高层建筑沉降监测与预测分析

张守魁

摘 要： 沉降监测就是利用先进的、高精度的测绘仪器，按照一定的时间间隔测量其沉降值，并对测量数据整理、分析变形规律的过程。高层建筑竣工以后，还要进行2～3年的沉降预测，其目的是为了预测建筑物的沉降趋势，以便对工程状态和质量做出正确评价。本文结合某高层建筑的沉降监测实例，具体阐述了沉降监测和预测分析的过程，提出了使用灰色系统GM（1，1）模型进行沉降预测的方法，同时对沉降预测的精度也进行了分析。

关键词： 基准点； 监测网； 灰色系统GM（1，1）模型

1. 引言

随着社会经济的发展，土地资源日渐减少，高层建筑物越来越多。高层建筑在施工时由于地基负荷不断增加，引起周边地层和基础形变，使建筑物主体不规则下沉从而发生沉降变形，势必会对人们的财产和生命安全构成威胁。因此，对高层建筑进行沉降监测和变形趋势预测势在必行。沉降监测就是利用先进的、高精度的测绘仪器，按照一定的时间间隔测量其沉降值，并对测量数据整理、分析变形规律的过程。高层建筑竣工以后，还要进行2～3年的沉降预测，其目的是为了预测建筑物的沉降趋势，以便对工程状态和质量做出正确评价。本文结合某高层建筑的沉降监测实例，具体阐述了沉降监测和预测分析的过程，提出了使用灰色系统GM（1，1）模型进行沉降预测的方法，同时对沉降预测的精度也进行了分析。

2. 高层建筑沉降监测

2.1 概述

某高层建筑为钢筋混凝土框支剪力墙结构，地下2层，地上31层，基础为筏板基础。为了合理指导施工工序，预防建筑物出现不均匀沉降，造成巨大的经济损失，受业主委托，对本建筑物进行沉降监测。

2.2 技术依据与采用仪器

（1）《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2007）。

（2）《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897-2006）。

（3）《工程测量规范》（GB 50026-2007）。

本次监测采用天宝DINI 03电子水准仪，仪器均按要求定期鉴定，每次使用前均检验i角，使其值小于15，配套使用的铟瓦水准标尺使用前经尺长检验为合格。

2.3 沉降监测过程

2.3.1监测网的布设

监测网由基准点和沉降监测点组成，根据地质条件和现场情况，共布设4个基准点，均埋设在工程影响变形区以外稳固的地方。本工程采用1985国家高程基准，采用四等水准与城市高程点联测。该建筑物共布设了6个沉降监测点，主要布设在承重柱及拐角处，监测点的布置见图1。

2.3.2沉降监测的实施

本项目按照《建筑变形测量规范》二级精度进行观测，要求观测点测站高差中误差不大于±0.5mm，绝对沉降的观测中误差为±1.0mm，实际作业时，主要限差控制到≤1/2限差范围，困难条件下保证满足2/3限差。

2.4 成果分析

至竣工共进行了6次观测，沉降监测数据见下表1，从表1数据可以看出：本建筑物的最大沉降点是5#点，其沉降量为5.1mm，最小沉降点是2#点，其沉降量为3.9mm，最大沉降量与最小沉降量差值为1.2mm，以上数值均在限差允许范围内，满足规范要求，从而得知该建筑物的沉降较为正常，符合沉降规律。在观测期间内，该建筑物的沉降速率最大值达到0.016/d。在第3次观测时，各观测点沉降速率在0.011mm/d，小于0.02mm/d，从沉降速率分析，沉降趋于稳定。

3. 预测方法与分析

常用沉降趋势的预测模型有：多元线性回归模型、时间序列分析模型、灰色系统预测模型等，本次沉降预测采用灰色系统GM（1，1）模型，GM（1，1）模型计算步骤如下：

①计算原始数据的还原值与其实际之间的参差：e（k）=x（0） （k）- x∧（0） （k）

②计算原始数列标准差：

参差标准差：

③计算均方差比值：C= S2 /S1

④小误差概率： P=P（úe（k）-`eú<0.5934S1）

3.1 GM（1，1）建模计算

参照以上建筑物1#点沉降数据（表1），利用随机性的可弱化原始数据灰色系统预测方法建立GM（1，1）模型，以此得到该点沉降预测方程，对该点未来5次沉降量变化趋势进行计算预测。计算过程如下：

（1）1级比平滑检验：P（k）=（1.000003，1.000003，1.000003，0.999997）∈（1.1+0.018）

∈（0.1353，7.389）本数列是平滑的，可作灰色预测。

（2）2级比界区检验：N=5，以界区（e（x），e（y））=（0.696542，1.416321），因（1，1+0.018）∈（0.790698，1.317753），所以可以获得精度较高的GM（1，1）模型。

（3）GM（1，1）建模：将数据带入公式，得α=0.00000201045，μ=152.341，预测模型 ：

x∧（0） （k=1）=（ x（0） （1）-）e-ak+=152.341e1.101×10k-5.136×10-9。

（4）检验残差：把所有沉降监测数据带入公式②，计算出平均相对误差0.00021013，检验标准不大于0.01，可以看出，该模型通过检验标准，并且达到1级精度的要求。

（5）检验后验差：把数据代入③、④式，计算出S1=0.002121793， S2=0.00598881， C=S2 /S1=0.054623301，小误差概率：P<0.5632×S1。

3.2 预测结果分析

利用建立的预测模型，对1#点沉降值进行预测，得出5个月后该点累计沉降值。

由图2可以看出，1#点实际观测值逐渐递增，而预测值也逐渐递增，并且预测值和实际值的曲线图大体上是接近的，说明预测的沉降趋势与实际监测值是一致的。此外，观察每次的预测值，误差率都不高，其中的部分差值主要是因为灰色系统预测对于误差的因素考虑的比较少，是由数据本身的误差在建模时产生的。整体来看，运用灰色GM（1，1）模型对该建筑1#点沉降量的变化过程进行模拟和预测是可行的，预测精度达到1级精度标准。

4. 结束语

随着社会的不断进步，建筑设计，施工技术水平的日益成熟完善，对高层建筑的沉降监测和预测分析越来越受到人們的重视，及时对高层建筑进行沉降观测和预测分析，掌握高层建筑的沉降规律，以便及时分析研究和采取相应措施是非常必要的和具有重要意义的。

参考文献：

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