高层建筑沉降监测与数据分析

陈洪刚 山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272100

当前城市土地日益稀缺，从提高容积率的角度，高层建筑物不断涌现，而高层建筑物在施工、装修与竣工期的稳定性，关系到工程的生产安全，为及时发现建筑结构不均匀沉降问题，必须加强高层建筑物的周期性沉降监测工作，分析与预测建筑物的沉降变化规律，对工程建设具有重要参考价值。

1 沉降监测概述

高层建筑物沉降监测，即为首先在建筑物四角、拐点、中点等特征位置布设沉降监测点，然后以高等级水准观测的形式，根据技术设计和施工要求，进行定期与非定期的监测点高程重复式采集，计算每周期间的沉降变化量，进而判断建筑物基础的沉降与地面荷载间的关系，科学反馈监测对象的安全状况。

现以某住宅小区建设期间的高层建筑沉降监测为例，阐述建筑物沉降监测的布设方法、施测周期与数据分析处理。该住宅小区位于市区繁华地段，共有8 栋高层建筑，其中1-4#为26F、4-8#为24F，主体为钢混框架结构，基础类型为筏板基础，自2013 年4 月至10 月期间，为建筑物浇筑至封顶期，现以该时期的监测数据为基础，进行相应的阶段性数据分析。

2 高层建筑物沉降监测方案

建筑物沉降监测方案设计时，应明确作业依据、点位布设和精度要求、测绘周期与数据处理方法等，以维持沉降监测数据的精度。

(1)沉降观测作业依据。本工程测绘作业中主要执行下列现行的规范规程:GB12897-2006《国家一、二等水准测量规范》、JGJ8-2007《建筑变形测量规范》、GB50026-2007《工程测量规范》、甲方和设计方提供的有关技术要求。

(2)基准点及沉降观测点点位布设与精度要求。沉降监测的点位布设包含基准点与监测点两部分，在远离工程现场的稳固地区埋设3个以上的基准点，作为工程水准测量的控制点，构成闭合水准环路;监测点的布设，则在建筑物四角、沉降缝、后浇带等特征位置布设，点位应易于保护，施测时按照二等水准要求测量。

(3)观测周期与观测技术要求。根据相关规范的要求，基准点复测周期为半年，考虑复测工程量较小，本工程拟以3 个月为周期复测;监测点的测绘周期随施工阶段的不同有所差异，主体浇筑施工期间每3层1 期，封顶后装饰期间隔3 月1 期，竣工交付后间隔6 个月1 期，直至沉降稳定为止;遇到停工或点位异变情况，及时加测相关数据。测量时需要严格执行GB12897-2006《国家一、二等水准测量规范》、JGJ8-2007《建筑变形测量规范》的相关要求。

(4)数据处理要求。每期测量完成后及时将观测数据传输并备份，并按照规定及时处理数据，发现沉降异常分析原因并通知施工方、监理方及甲方。平差时采用COSA 进行高程网一维平差，数据汇总以Excel表格形式为主。

3 工程案例分析

现以该工程6#楼为研究对象，以浇筑与封顶期的9 期沉降监测为例，分析其数据采集方式，探究数据处理方法，并有针对性的分析沉降原因。该栋建筑共24 层，主体造型相对简单，共计布设6 个沉降点，分别布设在建筑物四角和南北两侧的中间位置。基准点与沉降点数据采集时，采用Trimble Dini03 自动安平精密电子水准仪配以LD-2 型条形码铟钢水准尺，按照二等水准的原则进行测绘作业;沉降基准网点经6月15 日、9 月10 日复测，点位最大变化量为0.17mm，相对稳固，可以视为沉降观测基准点无变化。

按照技术设计要求进行沉降观测工作，将周期性采集的沉降监测数据，经COSA 系统平差之后，导入Excel 表格，进行统计分析，因工程所在地为软土地区，施工中沉降总量相对明显。以时间作为横轴、以沉降总量作为纵轴，建立沉降总量-时间曲线图，可以直观的表现各个沉降观测点的沉降变形情况，对于发现异常沉降点位、分析施工中的变形特征具有重要意义，本工程中6#楼的沉降总量—时间曲线图，如图1 所示:

图1 6#楼体监测点沉降总量—时间曲线图

以每期周期性沉降的差值为分子，以周期间的日期数为分母，求取沉降速率变换曲线，可客观反映楼体在各时期的沉降变化状态。自2013 年4 月8 日起至10 月17 日的9 期沉降监测数据发现，建筑物施工期间的沉降大致分3 个阶段，现以A03 点为例，进行分析。第一阶段，初期随建筑物层高增加，地表负重荷载的迅速增加，建筑物监测点在一段时间内，沉降速率呈现略微加快的趋势，由0.06mm/d 变化至0.12mm/d 附近，此后随土体压缩程度的增加，底部基础抗压性的增强，楼体沉降速率又缓慢减小至0.05mm/d 附近，但同一楼体的各沉降监测点沉降均匀，属施工期间的正常沉降;第二阶段，随施工进行，随楼层不断增高，当混凝土加气块填充后，楼体沉降速率略微增大至0.07mm/d，通过监测发现，楼体沉降点沉降较为均匀;第三阶段，楼体主封顶及混凝土加气块填充完成后，楼体沉降速率随时间延续呈现减小的趋势，而且沉降平缓，速率维持在0.01mm/d-0.04mm/d 之间，按照JGJ8-2007《建筑变形测量规范》对高层建筑物沉降速率的要求，该楼体建筑物正处于缓慢沉降并趋于稳定的良性状态，但伴随装饰期与竣工使用期间的荷载增加，必须加强后期沉降的持续监测工作，一般竣工后半年无明显沉降，可视为沉降稳定，并停止沉降观测工作。

4 结语

在高层建筑物沉降监测中，为保证数据的精度与可靠性，要按照相对固定的施测原则，维持周期性数据间的精度统一，固定主测人员、固定仪器设备、固定观测路线，即“三定”原则，同时要注意施测时的前后视距基本相等，减小球气折光差与i 角偏差的影响，避免施工震动对沉降观测的影响等;在数据分析处理方面，充分利用沉降结果表、沉降量-时间曲线图、沉降量三维模型来反映沉降情况，也可融入灰色系统理论模型、双曲线模型、神经网络模型等进行沉降量预测，科学指导建筑物的工程施工，确保安全。

［1］韩正，杜海霞，龙飞，等.高层建筑沉降观测及其数据分析［J］.城市勘测，2009(1):108-110.

［2］冯云德.建筑物沉降观测技术方法探讨［J］.北京测绘，2009(4):88-90.

［3］黄育华，倪宏宇.建筑沉降观测数据处理［J］.地理空间信息，2008(2):117-120.

［4］王振，潘国荣.提高建筑物沉降观测精度的方法［J］.测绘信息与工程，2007(3):44-46.

［5］王敦峰.浅谈建筑物施工中沉降观测实施要点的具体分析［J］.山东工业技术，2015(3):129.