高层建筑沉降观测技术及数据分析探讨

钟晓霞　许武成　刘承栩

【摘 要】为了对建筑的安全性能提供严格保障，产生了针对高层建筑物的变形观测。不管是在高层建筑施工的准备期、施工期还是运营期，变形观测中的沉降观测对建筑本身建设的安全性、稳定性都有着举足轻重的作用。沉降观测也成为施工生产中的必要生产项目，是高精度、高质量的高层建筑的安全前提。本文重点阐述了高层建筑物沉降观测中精密水准测量的原理和方法，并对观测期间产生的数据给予了分析。

【关键词】高层建筑；沉降观测；水准测量；数据处理

0 引言

伴随社会不断的进步和物质需求与精神文明的逐步提高以及日臻成熟和完善的建筑施工技术水平[1]，同时，也因日益增多的人口与土地资源的矛盾，高层建筑物越来越多[2]。

为了对建筑的安全性能提供严格保障，产生了针对高层建筑物的变形观测。所谓建筑物的变形观测就是对建筑物本身的水平位移观测、沉降观测、倾斜观测等等。沉降观测的意义是：能够有效的为工程施工质量和地基基础设计质量的评估提供依据，并能及时的反映出建筑体建造过程中随着负荷的增加，和地基附加压力的增大，其竖向压缩变形的沉降从零开始直至沉降稳定的变化情况。因此，工程施工过程中对建筑物进行沉降观测[4]，具有非常重要的作用。

1 沉降观测原理与方法

1.1 建筑物沉降的原因

1.1.1 施工误差引起的变形

在建筑物的施工过程中，出现因施工误差而造成建筑物的荷载分布与预计分布不均匀的情况是不可避免的，这种细微的差错就会导致建筑发生形变[5]。

1.1.2 建筑物的合理变形

在建筑物施工和运营阶段，其自身结构形态造成荷载分布不均匀会导致建筑物发生形变。

1.1.3 外部因素

随着建筑物的建设，由于建筑物的荷载不断增加，其地基土在压力的作用下被不断压实，体积缩小，从而引起建筑的沉降变形。

1.2 沉降观测原理

沉降观测（亦称沉陷观测）是变形观测中用得最多的，它是指对所设置的观测点进行持续的垂直位移观测，根据工程特点分阶段地得出沉降观测成果，据此推断或验证工程实施的可靠程度[6]。

变形观测中沉降观测极为重要。沉降观测作业简单但精度要求高，它不仅能提供沉降量，还可以推算建筑物的倾斜以及水平构件的挠度等。工程建筑物从施工开始到竣工，以及建成运营后很长一段时间，沉降是不可避免的。沉降在一定的限度之内属正常现象，但一旦超过某一限度[7]，就会危及建筑物的安全。

1.3 沉降观测方法

沉降观测的方法有：水准测量方法、三角高程测量方法、数字摄影测量方法、InSAR方法、GPS方法、地面沉降监测站（基岩标和分层标组）、地下水动态监测等[8]。

2 高层建筑沉降观测实例

2.1 工程概况

该项目占地面积为67854.09m2，建筑结构形式为框架剪力墙结构，地基类型为桩基基础。建筑设计单位为西南设计院，建筑施工单位为成都建工5公司；设计用途为住宅，层数为25。

2.2 观测点的布设和观测

2.2.1 观测点的布设

在建筑物的四角、大转角及建筑物的外墙每10-20m处或每隔2-3根柱基上布设沉降观测点。同时在高低建筑物、纵横墙交界处、建筑物裂缝或沉降缝两侧、框架结构建筑物部分基柱上设置观测点。间距大约15m，地质复杂以及膨胀土质的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点。片伐基础、箱型基础底板或接近基础的结构部分之四角处及中部位置设置观测点。

根据建筑物结构及基础吃力层特点，拟在建筑物主题布设12个沉降观测点，如图1所示：

2.2.2 沉降观测

采用天宝生产的DINI03电子水准仪及相应的铟瓦水准尺和尺垫按照二级水准观测精度，从基准点开始组成闭合、附合或结合水准路线进行观测。

2.2.3 沉降观测的周期

施工过程中3#楼每3层观测1次，封顶后每2-3个月观测1次，在主体竣工验收（静荷载加载完毕）时如沉降数据达到《建筑变形测量规程》规定的稳定标准，可停止观测，否则应继续进行观测工作，直至达到稳定标准为止。

3 沉降观测数据综合分析

图2详细记录了从第1期到第12期的各个观测点的高程数据，从表中可以看出随着建筑物的逐渐修建过程中，各个观测点的高程数据的值是在成逐渐减小的趋势，说明建筑体在发生沉降变化，也说明整个建筑的变化状态是符合理论实际研究的。

曲线在首次观测后即发生回升现象。产生这种现象的原因，一方面，可能是初测精度不高；另一方面，也可能是施工区内降水变化引起的；如果是施工区内降水变化引起的，则属正常现象。如果是因为初测精度不高所引起的，曲线回升超过5mm，应将第一次观测成果作废，而采用第二次观测成果作为首测成果，如曲线回升在5mm之内，则可调整初测标高与第二次观测标高一致。

曲线的波浪起伏现象。曲线在后期呈现波浪起伏现象，此现象在沉降观测中最常遇到，常常是测量误差所造成的。曲线在前期波浪起伏所以不突出，是因建筑物下沉量大于测量误差之故，但到后期，由于建筑物下沉极微或已接近稳定，因此在曲线上就出现测量误差比较突出的现象。处理这种现象时，应根据整个情况进行分析，决定自某点起，将波浪形曲线改成水平线。

曲线自某点起渐渐回升。产生此种现象一般是由于水准点下沉所致，水准点是逐渐下沉的，而且沉降较小，但建筑物初期沉降量较大，即当建筑物沉降量大于水准点沉降量时，曲线不发生回升，到了后期，建筑物下沉逐渐稳定，如水准点继续下沉，则曲线就会发生逐渐回升现象。因此在选择或埋设水准点时，特别在建筑物上设置水准点时，应保证其点位的稳定性，如已查明确系水准点下沉的原因，则应测出水准点的下沉量，以便修正观测点的标高。

曲线在中间某点突然回升。发生这种现象的原因，是水准点或观测点被碰动所致，当水准点碰动后低于被碰动前的标高及观测点被碰动后高于被碰动前的标高时，才会出现回升现象的可能。由于水准点或观测点被碰动，其外形必有损伤，比较容易发现对这个问题必须进行合理的处理，其办法是：选择结构、荷重及地质等条件都相同的临近另一沉降观测点，取该点在同一期间内的沉降量，作为被碰动观测点的沉降量。此法虽不能真正反映观测点的沉降量，但如果选择适当，可得到比较接近实际情况的结果。

4 结论

沉降观测对高层建筑的施工以及运营都有极为重要的作用，通过对沉降观测技术的应用，可以加强对施工过程的监控，能够更加合理的指导施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，并及时向施工部门反馈详尽的第一手资料信息，避免造成因建筑体的沉降而导致其结构破坏进而造成的巨大经济损失的情况。在今后的高层建筑沉降观测作业中，我们应根据工程特点恰当的选择观测方式，高质高效的完成观测工程。

【参考文献】

[1]黄庆锋，张亚娟.水准测量技术在高层沉降观测上的应用[J].中国新技术新产品，2012（22）.

[2]罗渝.论高层建筑施工中的沉降测量技术[J].城市建设，2013（29）.

[3]田文阳.高层建筑施工中沉降观测的质量控制要点[J].城市建设理论研究（电子版），2013（34）.

[4]朱志刚，陈志峰.高层建筑施工沉降问题初探[J].科学与财富，2013（9）：293.

[5]国家测绘局.GB50026-93工程测量规范[S].

[6]李保平，藩国兵.变形监测[M].西南交通大学出版社，2012.

[7]桌健成.工程控制测量建网理论[M].成都：西南交通大学出版社，1996.

[8]张志会.变形监测技术在高层建筑施工中的运用[J].城市建设理论研究，2011 （20）.

[责任编辑：王楠]