高层建筑第三方沉降监测方法探讨

朱志愿，朱国满

ZHU Zhiyuan1，ZHU Guoman2

(1.台州市地理信息测绘中心，浙江 台州318000;2.台州市建筑工程管理处，浙江 台州318000)

台州市沿海地区属于特殊水文地质，而且近年来有些施工单位对高层建筑沉降监测的重视度不高，沉降监测的方法也比较落后。今根据台州市建设规划主管部门要求《台建规［2012］27 号文件》，高层房屋建筑工程实施第三方沉降监测。

1 工程概况

椒江区保障性住房建筑工程位于台州大道西侧，S82 省道南侧，共由13 栋高层建筑组成，剪力墙结构，结构安全等级为二级，工程合理使用年限为50年，地基基础设计等级为甲级。

目前台州市地理信息测绘中心仅对本工程施工阶段进行监测，对于本项目高层建筑、地下室完工前监测工作由施工单位承担。我中心从地下室完工后开始进行沉降第三方监测工作，检测周期根据建筑荷载递增，增加荷载25%、50%、75%、100%需进行一次观测，建筑结顶后，根据前期监测数据情况而定，施工阶段原则上检测次数不得少于8 次，工程验收后应继续对使用阶段进行沉降观测(使用阶段监测由施工单位负责)。

2 精度要求

2.1 项目精度要求

根据本项目设计资料，按照变形规范要求观测等级定为二级［1］。

表1 建筑变形测量级别、精度指标及其适用范围表

根据现行国家标准《建筑地基基础设计规范(GB 50007—2011)》要求工业与民用建筑相邻柱基允许的沉降差见表2［2］。

表2 建筑结构相邻柱基允许沉降差

高层建筑沉降水准与一般的水准测量不同，精度要求较高，由于高层建筑的沉降量比较小，如果观测精度不高，就无法正确反映建筑物的沉降规律，因此观测的精度直接决定沉降量的大小和观测目的。沉降观测就是为了监测建筑物的安全，则沉降量观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20，才能达到预期的精度要求，根据该地区地质资料，本工程为中压缩性土，取(表2)1/20值为0. 6 mm，所以本次观测精度至少应达到0.6 mm的要求。

2.2 外业观测精度要求

在观测过程中，主要利用一等水准路线(基准点观测)和二等水准路线进行施测，以本项目为例，具体观测要求见表3。

表3 沉降观测外业要求表

2.3 数据处理精度要求

按要求进行严密平差，应采用测绘行业较成熟的平差软件进行计算，并采用不同的平差软件进行检查。

同时，还要对水准观测的限差以及单位权中误差(测站高差中误差)进行计算和分析，见表4。

表4 水准观测限差表/mm

单位权中误差即观测点测站高差中误差μ 应按下面公式估算:

式中:ms—沉降量s 的测定中误差(mm);

mΔs—沉降差Δs 的测定中误差(mm)［3］。

沉降数据需计算的内容包括:观测点的沉降量、沉降差，以及本周期平均沉降量、沉降速率和累计沉降量;根据需要，可按公式计算基础或构件的倾斜或弯曲度［1］。

3 作业方法

作业内容包括监测网布设方法、水准观测线路布设、仪器设备选择、平差计算及精度分析、观测频率、资料编整、成果资料［3］。下面结合本项目的作业方法和思路，对相关事项进行一下探讨。

3.1 监测网

技术方案由甲方审定后，开始埋设基准点和观测点标志，应在测区建立统一高程基准，基准起算点高程并与国家高程基准系统一致。

监测网一般由基准点(水准基点)、工作基点和监测点(观测点)组成［4］。水准基点就是沉降观测的高程基准点，要求布设在非常稳定的地方，因此基准点应尽量埋设在基岩上。

基准点根据规范要求至少埋设3 个点，本工程首先利用西侧400 m 处山边二等水准加密点(基岩点)TJ15 作为起算基准点，在路线内一处高压塔基础墩上埋设了检查基准点，并且利用路线内已处于稳定期内建筑物的沉降钉作为检查基准点。由于地区沉降的影响或其他因素，会造成基准点高程的变化，在初始测量后每期观测应对检查基准点进行分析。

我中心负责的监测工作主要处于施工阶段，场地内由于施工等因素限制未布设工作基点。

观测点是由施工单位根据设计图已预先埋设。在现场查勘时，发现点位高度与地下室顶板高差相差过高，无法进行观测，经协商后对观测点埋设进行了调整。观测点埋设分两阶段进行:第一阶段先埋设临时过渡观测点，方便测量人员架设仪器和司尺，临时点埋设在距地下室顶板标高向上1.0～1.3 m之间;第二阶段为室外场地未完全回填前及时将高程传递至设计图要求观测点位上，以免临时点被室外场地回填破坏，导致数据缺失。

3.2 水准线路

在变形观测等级确定后，根据现场情况和等级布设基准点水准线路及观测点水准线路。

由于基准点水准路线的精度直接取决于整体水准网的精度，因此基准点水准线路一律严格按照(表3)一等水准观测要求进行测量，并在往返测量的基础上组成闭合环，其目的主要是为了保证水准网精度及以后每期观测后分析基准点稳定性。

观测点水准线路布设要求:

(1)在观测过程中，施工现场条件允许的情况下，水准环线的架设站数应尽量减少，严格按照不超过(表3)要求的站数，可减少不必要的架站而产生的误差。

(2)由于本工程高层建筑幢数较多，观测点数也比较多，由每幢独立建筑布设成一个环线，幢与幢之间布设环内附合路线，附合连结点应避开环线最弱点，所有建筑最终组合成三大环线路，这样可及时发现观测误差相互抵消造成的精度影响。

(3)如个别点位不方便组入环线时，则可使用往返单程双测站法进行联测，高差取平均值，并在线路图上注明。

其他相关注意事项可根据《国家一、二等水准测量规范(GB/T 12897—2006)》要求，在此不作叙述。

3.3 仪器设备选择

我中心采用的仪器天宝DINI03C 为电子水准仪，自动安平，操作方便，现常用于高等级水准测量，可减少人为因素的一些误差;DINI03C 内附合精度较高，每公里偶然误差为0.3 mm，可达到变形测量沉降观测二级仪器要求。

外业观测数据记录采用我中心基于安卓系统自主开发的记录软件，读数取位至0.01 mm，高差最终成果取位到0.1 mm，本软件具备测段小结计算等功能，并可保存电子水准仪原始观测数据作为检核。

3.4 平差计算与精度分析

数据按要求进行严密平差，首先采用“南方平差易”进行平差计算，并采用清华山维“NASEW”平差软件进行检查。

“南方平差易”平差结果:

每公里高差中误差=0.49(mm)

最大高程中误差［F11 -2］=0.40(mm)

最小高程中误差［J3］=0.09(mm)

平均高程中误差=0.33(mm)

最大高差闭合差:［F7-6-F7-4-F8-4-F8-1-F7-3-F7-2-F7-1-F9-6-F9-5-F10-4-F9-4-F10-1-F9-3-F10-2-F10-3-F8-2-F8-3-F4-2-F4-1-F3-3-F3-2-F3-1-F5-6-F5-4-F5-3-F5-2-F5-1］

高差闭合差= -0.40(mm)，限差= ±4 ×SQRT(1.346)= ±4.64(mm)

路线长度=1.346(km)架站数:38

最小高差闭合差:

路径:［F2-7-F2-5-F2-3-F2-6-F2-8-F2-2］

高差闭合差=0.00(mm)，限差= ±4 × SQRT(0.172)= ±1.66(mm)

路线长度=0.172(km)架站数:10

“NASEW”平差结果如下。

平差前后基本观测量中误差情况:

观测值 平差前 平差后

直接高差 0.003000 0.001096

控制网中最大误差情况:

最大点位误差=0.00038 m

最大点间误差=0.00032 m

根据两次平差计算结果分析，精度可满足本项目所有观测精度要求。

3.5 观测频率

(1)首次观测在地下室完工后。

(2)观测次数与间隔时间视地基与荷载情况而定。原则上每增加2～3 层观测1 次。主体建筑结顶后与竣工验收期间，如果时间间隔较长，需每月观测1 次，竣工验收前15 d 内，必须观测1 次。

(3)施工过程中若遇停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。停工期间可每隔2～3 个月观测一次。

(4)如遇数据出现异常，经分析后，排除非人为碰动或观测误差等因素造成的数据异常，应立即上报业主方，并根据数据情况提出建议，根据业主方要求增加观测频率。

3.6 资料编整

根据以上的工作和计算可求出各观测点的高程数据，还要计算每个观测点在每个周期的沉降量和沉降速率。沉降量计算是以第一期观测数据为初始值，与以后各期观测数据的比较值来反映，本期沉降速率计算是以本期沉降量除以两期之间相隔的天数，累计沉降速率是以累计沉降量除以总天数。

3.7 成果资料(案例)

成果资料以我中心观测的台州市椒江区保障性住房项目8 号楼第八次测量成果为例。

首先应对建筑沉降监测编写观测小结，如下:

8 号楼监测小结 共进行了8 次观测，沉降量最小的观测点为F8-4，沉降量为-6.70 mm，沉降量最大的观测点为F8-3，沉降量为-9.50 mm，平均沉降量为8.475 mm;速率最小的观测点为F8-4，速率为-0.02 mm/d，速率最大的观测点为F8-3，速率量为-0.030 mm/d，平均速率量为0.03 mm/d。相邻两点沉降差最大点为F8-3—F8-4，沉降差为2. 80 mm。倾斜度最大点为F8-4—F8-1，倾斜度为0.170‰。

最终倾斜度观测结果为:最大点号为F8-4—F8-1，倾斜度为0.170‰，倾斜度小于规范沉降稳定控制值2.5‰。见表5。

目前百日沉降观测结果:日平均沉降量为0.01 mm/d。小于规范《建筑变形测量规范(JGJ 8—2007)》要求的沉降稳定控制值0.01(mm/d)。

初步判定8 号楼已进入稳定阶段，建议结合建筑使用阶段进行的变形观测数据再作最终定论。

表5 沉降观测成果数据表

通过计算我们得出每期沉降观测点的高程值和累计沉降量以及沉降速率，并采用CASS9.1 软件绘出每期各幢的等沉降曲线图(图1)和时间-荷载-沉降量图(图2)。

图1 等沉降曲线图

图2 时间-荷载-沉降量图

4 常见问题和处理措施

由于高层建筑物施工阶段现场条件比较复杂，点位极易受到碰撞和破坏以及观测过程中产生测量误差，下面详细叙述一下此类情况的分析和处理措施。

4.1 数据回升或异常下降

原因:可能是基准点或观测点被碰动造成标高异常。

处理措施:基准点或观测点被碰撞，其外形必有损伤，比较容易发现，经分析判定后，观测点可取相邻观测点的相同期间沉降量作为被碰动观测点的沉降量;如起算基准点被碰动造成的点位上升可改用其它固定的基准点作为起算基准点，并对数据进行检核，如果观测点附近结构上有异常情况，应紧急重测核实并上报。

4.2 点位破坏

原因:可能是人为破坏或其他因素情况下造成的破坏。

处理措施:观测点位被完全破坏的情况很容易发现，需在下次观测前埋设好新的观测点，并应保证新点位的稳定性。观测点位破坏期间沉降数据可取相邻观测点的相同期间沉降量作为观测点的沉降量;基准点破坏后应在较稳固的地方重新布设，并进行联测。

4.3 数据分析

在第二次观测及以后观测时若本次沉降量出现局部或整体沉降量回升现象，而下次观测又出现下降。可能是上次测量误差偏大引起，若本次沉降量出现上浮或下降在测量误差范围以内可视为数据无异常。

5 结 语

以上作业方法及相关问题的处理，笔者在多个项目中也进行了应用和验证，并且大大地提高了工作效率及监测精度。希望本文对相关部门和同样从事沉降监测第三方检测的同行提供一些参考。

［1]建设综合勘察研究设计院. JGJ 8—2007 建筑变形测量规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2]中国建筑科学研究院.GB 50007—2011 建筑地基基础设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2011.

［3]胡伍生.工程测量学［M］.南京:人民交通出版社，2007.

［4]孔祥元，梅是义. 控制测量学［M］. 武汉:武汉大学出版社，2002.