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高层建筑物沉降观测及其数据分析研究
作者：龚占福 刘旭和
来源：《城市建设理论研究》2013年第13期
摘要：随着科学技术和经济实力的提高，我国的高层建筑如雨后春笋般拔地而起，为了确保高层建筑物的稳固与安全，监测其变形状况变得越来越重要。本文详细阐述了沉降观测的作业流程和成果处理，以此掌握地基在不同荷载作用下随时间的沉降规律。 关键词：高层建筑；沉降观测；数据分析
中图分类号：[TU196.2]文献标识码： A 文章编号： 引言：
对高层建筑物的沉降进行跟踪观测，可以获得建筑物准确可靠的沉降数据，目前，包括《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-97)在内的许多勘察设计规范均将高层建筑的沉降观测列入基本要求，建设部还专门制定颁布了国家行业标准《建筑变形测量规程》(JGJ/T8-97)。笔者从事高层建筑物沉降观测的工作实践，总结了沉降观测的作业流程以及沉降观测的实施与数据处理分析方法等。
1、高层建筑沉降观测的基本特点
为了能及时监测高层建筑物的沉降状况，沉降观测点一般在新建筑物进行基础施工时或已有建筑物需要监测时布设。新建建筑物布设沉降点时，尚不能顾及沉降点周围可能砌筑隔断墙或铺设管道设备等，前期施工现场堆放物较多，施工现场凌乱，基础沉降点容易被压盖或碰撞。现场施工人员庞杂，各工序人员不同，交接协调工作如不及时，沉降点就有被人为覆盖或损毁的可能。如不及时进行观测，就会失去某一时段的沉降数据，且无法恢复或重测。每次观测完毕，应及时处理数据，以便及时发现问题解决问题。因此，高层建筑沉降观测具有以下特点:（1）监测环境复杂性，障碍物多，通视条件差;（2）沉降点点位易受破坏，影响沉降观测的连续性;（3）监测工期较长，人力物力消耗大;（4）原始数据量大，数据处理繁琐;（5）监测的实时性和不可逆性。
一般沉降观测项目基本工艺流程包括:仪器设备及材料准备、基准点布设、工作基点布设、沉降点布设、沉降观测及数据处理、沉降数据分析等，具体方法可参见有关规范和文献。在这里，沉降点埋设值得注意。对于高层建筑，沉降观测一般必须埋设基准点和永久沉降点，依据现场情况还可以布设工作基点、基础沉降点以及联系点、检查点等。基准点是沉降观测的起始控制点，要求埋设在稳定、安全、可靠和使用方便的地方，根据现场条件，确定基准点的埋设位置和个数，基准点的高程系统最好与建筑物高程系统一致。对于新建建筑物，布设基础沉降点和永久沉降点时，其个数主要依据建筑物规模、建筑结构以及地质条件等因素确定，沉
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降点位置应尽量分布在四角、大转角、承重墙(柱)、沉降缝两边、裂缝两边、轴线上和中心点等处，还应充分考虑通视条件，避免转点，必须布设在承重位置或地质条件差的地方，阳台、非承重墙(柱)等地方不宜布设永久沉降点。如果永久沉降点埋设在地下室，最好在地面上布设两个工作基点。工作基点是连接地上基准点和地下沉降点的过渡点。工作基点应与地下永久沉降点位置相对应，理论上工作基点的沉降量与其相对应的同一沉降柱上沉降点的沉降量相同，即将工作基点与其相对应的沉降点之间高差视作常量。 2、沉降观测的方法
目前，沉降观测的方法多采用精密水准测量方法进行，这一点在《工程测量规范》中有相应的规定。但是不同的建筑物有其各自的特点和条件，尤其民用高层建筑物，更因其作业场地小，工期要求短及建设方和施工方对沉降观测认识不足，给观测工作带来了更多的困难。 2.1测点的布设
观测点应布设在最能反映建筑物沉降的位置。对于民用建筑物，通常在它的四角点、中点、转角外布置观测点。沿建筑物的周边每隔10-20m布设一个观测点;有沉降缝的建筑物，应在沉降缝两侧布置观测点;在新旧建筑物连接处的两侧或一侧布设观测点，对于宽度大于15m的建筑物，应在其内部承重墙或支柱上布设观测点;同时观测点的布设应考虑水文、地质、建筑物的规模、荷载及基础形式等条件，尽可能做到合理、经济、便于观测和保留。 2.2工作基点和水准基点的布设
观测点的沉降是靠工作基点和水准基点来确定的，因此工作基点应在建筑物附近便于观测，又比较稳定的地点埋设。其数量可根据场地，周围环境来决定。水准基点是沉降观测的基准点，所有建筑物及其基础的沉降均根据它来确定，因此它的构造与埋设必须保证稳定不变和长久保存。从实用的目的出发，通常水准基点可利用远离建筑物的一些牢固的深埋导线点(深埋点应在冰土层以下)、规划点、墙标点来代替。 2.3观测周期
观测周期的确定应根据建筑物的结构、形式、水文、地质条件、季节及观测精度等情况综合考虑。在施工初期频率应大些，一般3-7d为宜，当基础施工完成后可随建筑物荷载的增加而确定，通常1-2层或2-3层为一个周期，建成后一般每年1-2次。 2.4沉降观测的精度分析
在高层建筑的设计中，都应给出建筑物的允许变形值。沉降观测的精度要求，取决于该建筑物预计的允许变形值的大小和观测目的。在国际测量工作者联合会(FIG)第十三届会议工程测量组的讨论中提出:如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则观测误差应小于允许变形值的1/10-1/20;如果观测的目的是为了研究其变形的过程，
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则观测误差应比这个数值小得多。在民用高层建筑沉降观测中，其主要目的是观测建筑沉降和倾斜，保证建筑物的安全其观测精度应根据建筑物基础的允许沉陷值、允许倾斜度、允许相对弯矩等来决定。在我国综合了实践经验及有关资料后在《工程测量规范》中确定了允许变形量的确1/20作为测量精度要求，并归纳出沉降观测的等级划分，同时规定了作业方法、使用的仪器设备，制定了计算和成果整理的规定。 3、建筑物产生沉降变形的原因及危害
引起建筑物沉降变形的因素是多方面的，各因素间又是相互联系的。一般来讲，可以概括为两个方面:第一是自然条件及其变化原因，即工程水文、地质、土壤的物理性质、大气温度等因素造成的沉降，其中水文、地质条件是造成沉降变形的主要原因。由于建筑物不同部位的水文、地质条件不同，从而引起建筑物产生不均匀的沉陷，使其发生倾斜，裂缝，危及建筑物的寿命及使用安全。建筑在土基上的建筑物由于土壤的物理性质会产生塑性变形也会引起沉陷;温度及地下水位的季节性变化，会使建筑物随地下水位的变化而产生规律变形。这种变形对建筑物造成的危害也是相当大的，如果我们在施工过程中能及时发现，通过采取相应的措施就可以避免损失，若在竣工后发现就会危及建筑物的安全，甚至造成重大经济损失。其二是建筑物自身相关联原因，即建筑物本身的自重、建筑物的结构、型式及动荷载(如风力、震动等)的作用。此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理工作做得不合理，还会引起建筑物产生变形 4、沉降观测的作用
建筑物沉降观测的目的就是测定基础和建筑物本身在垂直方向的位移。即定期对测量观测点和相对水准点的高差进行观测，以求得观测点的高程，并将不同时期所得高程加以比较，得出建筑物的沉降情况资料。在建筑物的施工初期，基坑开挖后地表荷载卸除，使坑底产生回弹，随着施工的进展，荷载不断增加，基础开始下沉，可见沉降观测应与施工同步进行，应贯穿于整个施工全过程，并延续观测至建筑物沉降现象基本停止。在建筑物的设计初期，应调查建筑物地基的负载情况，在研究自然因素对建筑物变形影响的同时，就应着手拟定沉降观测的设计方案，并将其作为建筑物的一项设计内容，以便在施工的同时将观测标志和观测设备埋置在设计位置上。所以说沉降观测是工程管理的耳目，通过在施工和运营期间对建筑物进行观测、分析研究，可以验证地基与基础的计算方法，工程结构的设计方法是否可行，对不同的地基与工程结构规定其合理的允许沉降数值，为建筑物设计、施工、运行管理和科学研究提供依据。 结语：
综上所述，把沉降观测落到实处, 利用沉降观测技术对建筑物在施工及运营过程中的沉降情况进行了解,预测沉降的过程和趋势, 从而排除建筑物沉降隐患,保证建筑物的各项性能稳定。 参考文献：
高层建筑物沉降观测及其数据分析研究
