沉降观测技术在高层建筑施工中的应用分析

但 敏

（德阳市自然资源和规划局，四川 德阳 610000）

0 引言

近年来，随着我国建筑行业的蓬勃发展和城镇化水平的不断提高，高层、超高层建筑在城市中越发普遍。然而，随着楼层的不断增加、荷载逐渐增大，建筑物的沉降量逐渐加大。为了建筑物建设与运营的安全，在建筑物施工过程中必须对其沉降量进行监测，以便及时发现问题并做相应处理，保证建筑物的正常使用寿命和安全性［1］。建筑物发生沉降的原因既有外部因素的影响，也有内部因素的制约，归纳起来主要包括地基基础处理不合理、建筑场地选址不当、规划不合理、基础方案失误等。

客观、真实的沉降观测资料能对施工工序起到指导作用，因此，高层建筑物施工过程中和竣工后的沉降观测就显得尤为重要［2-3］。

1 变形监测的特点

1.1 周期性重复观测

变形观测的主要任务是周期性地对观测点进行重复观测，以求得其在观测周期内的变化量。周期性是指观测的时间间隔是固定的，不能随意更改；重复性是指观测的条件、方法和要求等基本相同。

在观测时，每一期观测应等精度进行，测量人员、仪器、作业条件都应相对固定。比如在进行沉降观测时，要求在规定的日期，按照设计的路线和精度进行观测，水准网形原则上不准改变，测量仪器一般也不能更换，对于某些测量要求较高的情况，连测站位置也应基本不变。

1.2 精度要求高

变形监测的精度要求一般比常规工程测量的精度要求要高，比如《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）里规定，特高精度要求的特种精密工程的变形测量沉降观测的精度要求测站高差中误差要小于0.05 mm，很多工程变形场合要求精度达到毫米级甚至是亚毫米级，像这样的精度在一般的工程测量中很少遇到。

1.3 多学科综合分析

变形监测的分析涉及的学科领域较多，比如地质学、工程力学、岩土知识、土木工程等，还会涉及计算机软件编程、图形图像处理知识。

2 实例分析

2.1 工程项目概况与地质条件

本工程项目名称为中恒·首座公馆，位于四川省德阳市中江县北塔路，占地面积3 608.80 m2，是一个独栋16 层电梯的高层建筑，总建筑面积约11 684.54 m2。

工程所在区域中江县地处四川中部偏北，川中丘陵区西部。县境内出露地层有中、生界的侏罗系、白垩系和新生界的第四系。县境西部地质构造属新华夏系龙泉山褶断东，其北端为合兴环状构造范围，褶皱较紧密，断裂以走向逆断层发育；东部和中南部属绵阳环状构造范围，为近东西向的平缓褶皱组成。从龙台到包山皆为平缓单斜构造，地层倾角1°～3°，仓山以南，分布有川中东西部向褶皱平缓褶皱构造。

2.2 参照规范与仪器设备选择

本工程项目依据的规范主要包括：《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）、《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897—2006）和《工程测量规范》（GB 50026—2007）等。依据上述规范的相关要求，本次沉降观测的技术方法采用水准测量，等级为国家二等，高程系采用独立高程系统。测量中所使用的仪器设备有SOKKIA 精密电子水准仪、铟合金钢尺、南方平差易2005版。

2.3 沉降观测点布设

2.3.1 水准基点。水准基点是整个工程项目的起始控制点，其将为后续的测量工作提供必要的起算数据，根据规范要求结合实际情况，本项目共埋设3 个基准点。基准点埋设在沉降影响范围以外，且便于长期保存的位置。

水准基点布设为工程项目的首级高程控制网，网型采用闭合环状。严格依据二等水准测量技术要求进行外业数据采集。为保证起始数据的准确性，还必须定期检测其高程值的变化情况［4］。

2.3.2 观测点。依据建筑物的形状、自身特点以及《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）中的观测点布设要求，在完成现场实地勘验的基础上，将观测点选择在标高±0.00 m 以上30 cm 左右的承力柱或剪力墙上，埋设后做好保护措施，以防施工过程中被破坏。中恒·首座公馆工程共布置沉降观测点8 个，分别为A01、A02、A03、A04、A05、A06、A07 和A08。

2.4 沉降观测的技术要求

2.4.1 基准点观测的基本要求。根据规范要求，相邻基准点高差中误差的绝对值小于0.5 mm，水准测量往返测较差和环线闭合差小于规范要求。

2.4.2 观测点测量的一般要求。沉降观测点测站高差中误差绝对值≤0.5 mm。

2.4.3 仪器设备要求。工程所使用的仪器全部经过质检中心的检定，并在有效时间内使用。每次外业数据采集前进行i角检校，视准轴误差（i角）≤15″。

2.4.4 作业时间。确定在2020 年5 月27 日至2021年12月13日进行周期性观测。

2.4.5 成果整理。全部原始观测数据必须真实可靠，记录计算符合规范要求，依据正确、严谨有序、步步校核、结果有效的原则进行成果整理及计算［5］。

2.4.6 沉降量计算。将各周期观测记录整理检查无误后，进行严密的平差计算，求出各周期每个观测点的高程值，从而确定出沉降量。本次沉降量及累计沉降量计算公式如式（1）、式（2）。

2.5 沉降观测程序要求

沉降观测严格遵循监测点必须固定、仪器设备必须固定、技术人员必须固定、观测路线固定、方法程序必须固定、外业观测条件要大概相同的原则。按照此程序观测可以减小测量误差对外业采集数据质量的影响。除此之外，每一测站的观测程序必须严格按照规范的要求执行；观测时应尽量避免强光直射，成像清晰、稳定后才能读数；外业采集数据的相关计算、校核都必须在现场完成，做到边记录边计算边校核；控制网应定期检测。

3 结果与分析

3.1 资料整理

①外业观测值和记录，在项目现场直接记录和计算。

②沉降测量计算包括观测手簿、环闭合差、每次沉降量、累计沉降量的计算。

③将各沉降监测点数据填入沉降量计算表中，并计算出沉降量，绘制各沉降观测点的曲线图。

3.2 资料分析

沉降观测成果如表1所示。由表1可知，中恒·首座公馆工程共布设8个观测点。本楼8个观测点中累计沉降量最大值为观测点A08，沉降累计量为-16.8 mm，累计沉降量最小值为观测点A01，沉降累计量为-9.9 mm。平均沉降量为-12.4 mm，最大沉降差为6.9 mm。

荷载—沉降量曲线图如图1所示，由图1和表1可知，中恒·首座公馆工程最近一次观测的沉降速率最大值为0.014 mm/d，参与速率计算时间间隔分别为0 d、6 d、30 d、29 d、37 d、32 d、23 d、123 d、95 d、92 d、91 d。根据《建筑变形测量规范》（JGJ 8—2016）中相关要求，当最后100 d 的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d时可认为已进入稳定阶段。

图1 荷载—沉降量曲线图

表1 沉降监测成果表

使用SPSS 软件分析荷载与沉降量之间的关系可知，荷载与沉降量之间存在较强的二次多项式函 数关系，R2最高在A05 点，为0.973，R2最低在A06 点，为0.907。8 个点位R2均大于0.9，相关关系较强。

使用SPSS软件分析沉降时间与沉降量之间的关系可知，沉降时间与沉降量之间存在较强的二次多项式函数关系，R2最高在A07点，为0.998，R2最低在A02点，为0.985。8个点位R2均大于0.9，相关关系较强。与荷载相比，沉降时间与沉降量的相关关系更强，使用沉降时间预测沉降量更好。荷载—沉降量与沉降时间—沉降量精度分析如表2和表3所示。

表2 荷载—沉降量精度分析

表3 沉降时间—沉降量精度分析

根据公式分别对8 个监测点位在第625 d 的沉降量进行预测，将8 个监测点位的实测沉降量与预测值进行对比，对比结果如表4所示。

表4 沉降时间预测值与实测值对比表 单位：mm

根据沉降时间预测值与实测值对比表，预测沉降值与实测沉降值差值总体较小，最大为3.7 mm，最小为0.3 mm，总体预测精度较好。

3.3 结论

在高层和超高层建筑施工过程中，通过专业的测量技术手段获取周期性的沉降数据后，对数据进行客观、科学的分析，系统掌握建筑沉降变化规律，引导工程顺利进行，确保建筑物建设期间的安全性。针对具体工程项目，得出以下两点结论。

①在高层建筑建设过程中，会产生沉降，荷载与沉降时间是与沉降量相关的两个因素，且相关程度较高。

②荷载与沉降时间分别与沉降量存在二次多项式曲线关系，可利用沉降时间对沉降量进行预测。通过对沉降量的实时监测与算法预测可掌握高层建筑的实时沉降状态与沉降趋势，保证高程建筑施工与运营安全。