高层建筑沉降观测与数据分析

陈 士 林

(山西潞安工程有限公司，山西 长治　046102)

1　沉降观测的由来和意义

自改革开放后，中国的经济保持了近30年的经济腾飞，建筑技术方面也取得了巨大的进步，高楼大厦的高度和数量，也在一定的方面体现了一个国家、一个省份、一个地区甚至一个企业的强大，再加上国家关于住宅用地和商务用地的紧缩政策，在中国大地上，不可避免的出现了高层和超高层建筑的兴起。

对于高层建筑，安全性和稳定性绝对是第一考虑因素，其中主要包含两个方面：一是基础的稳定性，二是结构的安全性。而基础的稳定性取决于上部荷载与基础设计荷载的相互影响，也受到地下水位和持力层的影响，上述的影响因素，不论哪一种出现了问题，首先出现的问题就是基础变形或者地基变形，对于建筑物的直接影响就是建筑物整体沉降或者不均匀沉降，甚至出现位移。

如何有效的进行建筑物沉降观测和数据分析，是当前沉降观测与分析的主要课题，也是保证高层建筑基础安全的前提和预防措施。在此，针对建筑物的沉降观测办法与数据分析进行主要的阐述和分析。

沉降观测主要分为施工阶段和竣工移交阶段。

沉降观测的意义是：1)检测和预防建筑物基础安全的重要指标；2)能够及时反映出建筑在施工过程中和使用中建筑的沉降变化与速率，依据沉降数据，分析沉降的合理性和非合理性；3)在施工荷载加载完成后，为建筑物的整体稳定性和安全性提供数据支撑。

2　沉降观测方法与数据分析

2.1　建筑物沉降的种类和原因

1)均匀沉降(合理变形)：随着施工层数的增加和施工荷载的不断加大，地基和基础被不断压缩和挤压，建筑物整体均匀沉降，且基本是不可避免的，这也是建筑物沉降的主要原因，也是合理的沉降。

2)变形沉降(不合理变形)：建筑物沉降不均匀，出现墙体裂缝、建筑物倾斜、地面塌陷或者翘起等导致建筑物外形改变或损伤；主要原因有：施工时，荷载加载不均匀，导致建筑物某一侧沉降过大；上部设计荷载不均匀导致的沉降数据偏差过大；基础与地基受损，导致基础承载力发生改变，引起的建筑物不均匀沉降；地质条件变化，导致持力层土质发生变化，基础承载力发生变化导致的建筑物沉降不均匀或者位移；基础或地基设计缺陷，导致的承载力不足发生的不均匀沉降。

3)数据上的变化沉降：指的就是数据出现不正常的数据变化；主要是指：测量时存在的误差或者失误；沉降观测点和基准点被扰动。至于属于合理变形或者不合理变形，需要后期反复核定。

2.2　沉降观测原理

沉降观测(亦称沉陷观测)是变形观测中最重要也是最常见的观测手段，是指对沉降观测点进行持续的垂直沉降观测，根据时间间隔和荷载增加等因素得出沉降数据，进而分析建筑物变形的可靠程度。

变形观测中沉降观测极为重要。沉降观测中沉降数据必须精准、观测点必须固定牢靠，沉降数据提供沉降数量，根据不同部位的沉降数量和统一时间段的不同部位的沉降量，沉降观测人员要具备数据分析的能力，至少要得出沉降变化是否在允许范围内、是否出现不均匀沉降、沉降速率是否过大等一系列的沉降指标。

2.3　沉降观测方法

当前的沉降观测方法有很多种，一般都采用水准测量方法，操作相对简单，且适宜大多数的技术人员进行观测，数据相对准确，随着沉降技术的发展，另外还有三角高程测量方法、数字摄影测量方法、GPS方法等。

2.4　高层建筑沉降观测实例

2.4.1工程概况

长治能化基地建设写字楼项目，建筑面积约4万m2，建筑结构形式为框架剪力墙结构，基础为筏板基础。设计单位为上海诚建设计院，建筑施工单位为山西潞安工程有限公司；结构为22层，高度98 m。

2.4.2观测点的布设和观测

1)观测点的布设。

根据规范要求建筑物的转角及建筑物的外墙每15 m处布设沉降观测点。根据本工程结构及基础特点，在建筑物转角和外墙上均匀布设6个沉降观测点，观测点距离室外地坪高度为500 mm，观测点为可拆卸的钢螺栓隐蔽观测设施,采用后埋式(较为常见的埋设方式)。

2)沉降观测。

采用水准仪及相应的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进行观测。

3)沉降观测的时间间隔与方式。

在施工过程中每增加3层框架观测1次，竣工后每3个月观测1次，直到沉降数据达到《建筑变形测量规程》规定的稳定标准，停止观测。

4)数据分析(表1为沉降量汇总表和图1为数据曲线变化图)。

表1　沉降观测点与沉降量汇总表　mm

从表1中第1次～第10次的各个观测点的沉降数据，说明建筑物发生了沉降，同时也可以看出随着建筑物的逐渐修建过程中，虽然荷载在不断加大，但是各个观测点的沉降数据整体上却是呈逐渐减小的趋势，但仍然存在数据忽大忽小的现象。数据分析如下：

正常曲线图(C1,C2,C6)：从这三个曲线变化来看，沉降数据自初始观测，沉降数据量呈逐渐减小，曲率变化也越来越小，说明随着建筑物的荷载逐步增大，地基与基础的压力弹性越来越小，地基承载力逐渐趋向于稳定，除非上部荷载超出设计承载力，否则沉降将越来越小，甚至不沉降，这是建筑物安全性和稳定性的重要依据。

曲线前期突然回升(C4第二次测量)的原因分析：一可能是初次测量精度不高、数据错误或测量时存在误差；二可能是施工区内降水积水过多，导致基础松软；三就是基础承载力严重出现失衡、承载力不足；如果是因为初测精度不高所引起的，曲线回升超过5 mm，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5 mm之内，则可调整初测标高与第二次观测标高一致，如可能是第三种的情况，则应立即停工，组织各参与单位进行进一步的研究和论证。

曲线后期起伏(C3和C5)：沉降数据在后期出现起伏的现象是沉降观测过程中经常出现的一种情况，多数是测量误差引起的。之所以在前期起伏没有出现或者不明显，因为前期沉降量大于测量数据误差的原因，到后期后，由于沉降量已经非常小或已经稳定未继续沉降，此时，测量误差体现在曲线上就非常的明显和突出。除非出现单次沉降数据非常大时，需要重复测量和具体分析外，一般情况下可以不用处理，只检测总沉降量即可。

曲线出现负向(沉降数据为负值)：产生这种现象有两种原因：一是由于水准点下沉所致，建筑物是处于下沉状态的，但是有时水准点也可能被人为或其他原因造成下沉，所以一个建筑物的水准点，一般不得少于3个，且定位于不同的地点；当水准点沉降量大于建筑物沉降量时，数据曲线出现曲率负值(沉降数据为负值)，相对的反映出建筑物不降反提升了。二是建筑物不均匀沉降导致建筑物某一侧翘起，翘起侧的沉降量则为负值，曲线自然就出现反向，这种情况说明建筑物已经出现倾斜，地基与基础已经变形和失控，存在极为严重的安全隐患和质量问题。所以一旦出现反向曲线或观测值为负值时，一定要严肃对待，立即通知各参建单位，工程暂停施工及使用，集体进行沉降的二次复核与分析；具体做法：首先换一个距离较为远的水准点进行再次复核；其次核查另外的观测点数据变化；最后复核原水准点的当前高程与定位高程的数据变化情况。采用另外的水准点经复核后，沉降数据正常，且另外观测点的沉降量没有出现巨大的变化，复核原水准点高程，能证明水准点确实发生沉降了，说明沉降数据曲线发生反向变化，确实是由水准点沉降引起的。反之，水准点变化较小，且建筑物其他观测点也存在急剧的变大或负值，则说明建筑物的地基或者基础已经失控。

曲线在过程中突然回升：一般情况下是水准点或观测点被扰动所引起的，当扰动后的水准点高程低于之前的标高和沉淀被观测点扰动后的高程高于之前的标高时，都会出现数据突然增大、曲线突然回升。发生这种情况，要仔细检查被观测点和水准点，查看有无被扰动的痕迹，如没有明显的被扰动的痕迹，需要采用另外的水准点进行重新复核，进行二次设置。

3　结语

结合实例的沉降观测与数据分析，具体阐述了如何进行沉降观测和如何进行沉降观测的数据分析，依据数据曲线变化和数值，可以分析出建筑物地基与基础的受控状态，得出影响建筑物沉降的直接原因和影响因素，通过沉降观测数据与数据分析，指导施工过程，预防出现不可弥补的继续和后续损失，并为相关监督与参与单位部门提供准确的数据资料，也为业主对于建筑物的功能做出了使用限制和依据，必须依据设计功能使用，严禁私自改变建筑物的局部功能，导致建筑物出现局部荷载超出设计极限，造成不均匀沉降。科学的沉降观测和数据分析，应成为建筑物稳定性和安全性评价的第一因素，只有基础稳定和安全了，才可以进行上部工程的稳定性和安全性的评价，全面熟悉的掌握沉降观测方法。

参考文献：

[1]李景刚,阮志国,霍志华.高层建筑施工中的沉降观测[J].科技咨询导报,2006(8)：54-56.

[2]薛美琴,陈剑峰.浅谈沉降观测在高层建筑中的应用[J].科技信息(学术研究)，2007(36)：83.

[3]王成余,马建良.沉降观测监测网的稳定性分析[J].测绘通报，2010(12)：27.