高层建筑物变形监测数据处理与分析

袁松

（核工业华东二六七工程勘察院，江西 九江 332000）

1 引言

高层建筑从施工准备起，到全部工程竣工后的一段时间内，应按施工与设计的要求，进行沉降、位移和倾斜等变形观测。一般分两部分：一部分是观测高层建筑施工造成周围邻近建(构)筑物和护坡桩的变形以及日照等对建筑物施工影响的变形，以保证安全和正确指导施工，这是直接为施工服务的变形观测；另一部分是在整个施工过程中和竣工后，观测高层建筑各部位的变形，以检查施工质量和工程设计的正确性，并为有关地基基础与结构设计反馈信息。在监测过程中需要对相关的数据进行科学的处理与分析，然后根据实际变形情况采取有效的防治措施。本文主要就水岸莲华一期二标段18#、19#楼以及41#楼地下车库的沉降变形监测过程进行研究，重点分析了高层建筑物变形监测数据处理技术。

2 高层建筑变形监测的基本方法

为了保证变形观测成果的精度，除按规定时间一次不漏地进行观测外，在观测中应采取“一稳定、四固定”的基本方法。

2.1 一稳定

一稳定是指变形观测依据的基准点和工作基点，其点位要稳定。基准点是变形观测的基本依据，每项工程至少要有3个稳固可靠的基准点，并每半年复测一次，工作基点是观测中直接使用的依据点，要选在距观测点较近但比较稳定的地方。对通视条件较好或观测项目较少的高层建筑，可不设工作基点，而直接依据基准点观测。变形观测点应设在被观测物上最能反映变形特征，且便于观测的位置。

2.2 四固定

四固定是指：①所用仪器、设备要固定；②观测人员要固定；③观测的时间要固定；④观测的路线、镜位、程序和方法要固定。

3 高层建筑变形监测数据的处理和分析

监测数据的处理方式主要分为两种：一种是内部监测数据，另一种是外部测量数据。在监测数据处理过程中，通常都要制定相应的步骤，每一个步骤中的计算工作都应该做到分毫不差，否则就会对最终的数据处理结果造成严重影响。

在处理数据时，应该先对外部影响因素的数据进行处理，这样有利于消除相关影响因素，进而专门处理内部监测数据。在实际处理过程中，工作人员应该先将竖直方向与水平方向的基线变化情况记录下来，并制作数据处理表。之后将不同观测时间内竖直方向和水平方向的原基线与基线增量进行记录，以便于在进行处理时能够相互对照。最后可以绘制一张相邻时间段的基线变化曲线图，进而使相关人员更加直观地观察不同观测过程中基线增量的变化情况。

上述分析方法是相对传统的数据分析法，目前，许多单位开始应用不同的新方法进行建筑变形监测数据处理，例如，最大间隙法与平均间隙法等。此外，有的工作单位还使用卡尔曼滤波法，这是目前应用最多同时也是效果最佳的方法，卡尔曼滤波中最关键的组成部分是状态估计，通过对观测数据的随机量进行定量推断可以估计出建筑物的变形情况，所以这种方法对建筑物变形数据处理工作有一定的帮助。

4 实例研究

4.1 工程概况

本工程位于九江市长虹西大道，其中18#、19#楼分别是三十三层与二十九层的高层住宅楼，这两座建筑的总高度分别为96.1m与84.5m。地下车库总建筑面积约为7.56万平方米，地下一层，层高3.7m。两座主楼的基础为桩基+筏板，主体为剪力墙结构；41#楼地下车库基础为桩基+筏板结构，地下车库为框架结构。

4.2 观测方案

①基准点和观测点的布设。为提高观测准确性并且为了工作方便，本工程使用独立高程系统，分别在长虹西大道的马路旁电线杆和周边布设2个基准点。首次观测要用往返观测的方式对基准点闭合环进行观测，进而保证基准数据的可靠性。观测点应设置于距外墙墙体平面上部0.5m处，且保证距观测点至少2米以内不得有障碍物。观测点应设置在承重墙外，并保证其具备良好的通视条件。沉降缝或伸缩缝两侧、山墙中部、高低建筑物及建筑物的沉降缝两侧都要设置相应的观测点。观测时，各观测点要组成一个水准闭合环，再与2个基准点组成水准闭合环，同时检验基准点的稳定情况。

②使用仪器与观测。建筑沉降观测工作的精度要求非常高，所以为了确保观测结果的精准性，通常情况下的测量误差应小于变形值的到。为此，高层建筑变形监测工作应该使用S1或S05级的精密水准仪，同时还要使用受环境及温差变化影响小的高精度铟合金水准尺。本工程主要采用天宝DSO5高精密电子水准仪及一对2m铟钢尺和0.5s拓普康全站仪。

本次观测采用集合水准方法，按国家三等水准测量的技术要求进行。每次观测时，首先要对建筑物的2个起算基准点进行监测，基准点间的高度差不能大于0.3mm。每次观测结束后，用微机程序按经典的严密方法进行平差计算，求出每个观测点的平差后高程和点位高程中的误差。最后填制《沉降观测记录表》。

4.3 观测点的设置和观测周期

①观测点的设置。为了精确地反映出建筑物的沉降趋势，观测点需要根据现场及地基基础的情况而设置。主楼：18#、19#楼分别布设10个点共20个沉降点。41#楼地下车库：共布设33个沉降观测点。

②观测周期的设置。根据建筑物所在位置的地质情况、地基处理情况和上部结构情况，确定变形观测周期。主体建筑物建设到正负零时，布设观测点，设置好观测点后，进行第一次观测，确定基准值。地下停车库以每个建筑单元为单位划分，桩基柱子浇筑完成后，布设观测点，进行第一次观测，确定基准值。

主楼：每两层观测一次，直至主体完工；故18#楼共观测16次，19#楼共观测14次。如有异常，还需增加观测频率。

1#楼地下停车库：观测工作分施工期和竣工后两时段，施工期是在基础或地下室底板施工完成后即开始观测，可根据施工进度和相关要求进行，竣工后的观察要求在第一年内每隔2至3个月观测一次，以后每隔4至6个月观测一次。具体观测周期可根据建筑物变形情况并按规范规定进行适当调整。

4.4 变形观测数据的处理与分析

①二维曲线数据处理。本工程的变形监测自第1次实施观测到第26次完成,整理观测数据成果得到一条双纵轴绘制的沉降观测点总体变化曲线。通过该曲线可以看出监测点总体呈缓和下降趋势,至19#楼观测开始时,沉降情况逐渐发生变化，致使多数点都有较大的沉降变化量,部分点还出现沉陷反弹、抖动等现象。

②变形螺旋曲线法。在对变形数据曲线的绘制过程中,通过分析注意到一种能够较好反映出变形过程特性的曲线。该曲线形状上类似于数学中的函数螺线,故将其命名为变形螺旋曲线。该曲线的优点在于,它反映出了变形体变化的整体过程。当建筑物的荷载渐进增加阶段,沉降变形量便随之不断加大,此时的变形曲线将以较大的角度向内侧圆周收缩;在建筑物的荷载进入稳定阶段后,沉降变形量慢慢减少,此时变形曲线沿着某一固定圆周延伸。

③三维模型数据处理。为了能更直观明了地显示变形监测数据的特点,利用Surfer三维模型对变形数据进行处理是一种很好的方式。该软件通过数据插值网格化后绘制的测区三维立体线框模型,形象地展现了各观测点间的高程落差和点位的分布情况。

5 结语

高层建筑的沉降变形是一个动态且十分缓慢的过程，相关工作人员在数据监测过程中应该具备足够的耐心，同时，观测点的选择与观测点的布置也是变形监测工作中非常重要的部分。