高层建筑物的沉降观测与数据处理.doc

1．引言
对于人口密集的大中城市，因为土地有限而又昂贵，所以人们只能向空中谋求更多的空间，而高层建筑物具有节省用地、美化城市建筑景观等显著优点，于是高层建筑物迅速崛起。但由于高层建筑往往采用桩基基础，且荷载较大，对高层建筑本身即内部基础和设备的相对位置有很高的精度要求，其施工将给高层建筑本身及周边建筑群体带来复杂的形变影响。所以，为了保障施工和运营的安全必须对高层建筑物进行沉降观测。
本文首先分析了高层建筑物沉降的主要来源及特征，包括建筑物本身相联系的原因和自然条件引起的变化。即：
1）内部因素引起的变形
合理变形：建筑物自身的构筑形态造成荷载分布不均衡使建筑物发生变形，这种变形一般小于允许变形值，随着时间的推移而趋于稳定。
施工误差变形：由于施工误差而造成荷载分布和预计分布不符，从而造成建筑物变形，这种变形对局部来讲一般很小，但考虑从下部到上部的累积变形间的相互影响时，它是建筑物达到危险变形的一个重要因素。
2）外部因素引起的变形
基础形变：由于建筑物的重量，使基础上的土壤被压实，引起建筑物沉降。
其余因素引起的变形：由于基础的地质构造不均匀，季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的摆动等。这里不包括偶然性的地震因素。
建筑物产生沉降后一定要对其沉降量值进行分析，建筑物正常的沉降，是循着：从缓慢——活跃——缓慢——稳定的过程。我们通常最关心的是建筑物最大沉降量，有关要求是H（建筑物总高）×0.02％。但这是对一个建筑物完工后一定时期的概略标准，却不是建筑物从施工至使用后1——2年里的各个时期的最大沉降量的要求。而各时期的最大沉降量的要求是及时和非常重要的，而且因各地的地质构造情况不同和各个时期时间性不同，所以的设计系数也不同。
2．沉降观测
一般的说，高层建筑物的沉降的观测多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量、三角测量和地面摄影测量的方法。大型和高层建筑的沉降观测的内容主要是测定建、构筑物均匀沉陷和不均匀沉陷。包括地面沉降观测和建筑物沉降观测。对于高层建筑物沉降观测的任务，是周期性的对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的高程变化量。高层建筑的沉降变形按其类型来区分，可以分为静态变形和动态变形。
我们通常说到的沉降观测的精度的确定是指观测中误差的确定，绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）的观测中误差，对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定；对于其他精度要求的工程，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选择±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm。相对沉降的观测中误差，根据1971年13届 FIG会议提出的，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，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10--1/20，我国建筑设计部门以允许倾斜值的1/20作为监测的精度指标。
沉降观测周期的确定，根据多年的实践经验，高层建筑物的施工出了地面后，即到了零高度后，每增长两层要观测一次，直至封顶。封顶后的第一年每季度要观测一次，第二年没二季度观测一次，第三年开始每年观测一次，直至沉降停止。如果，发生沉降异常，应酌情增加观测次数。
3．“蓝色港湾”商住楼的观测实践
本文的重点是结合“蓝色港湾”商住楼的观测实践来论述沉降观测的施工过程与方法。“蓝色港湾”的右侧是一正建的高层建筑，后面与府南河相距40米，河深约20米左右，这是值得注意的工程概况。规范标准依据为《地基与基础施工及验收规范》（GBJ202-85）、《工程测量规范》（GB50026-96）、《国家一、二等水准测量规范》（GB12987-91）以及“甲方审定后的沉降观测设计方案”。观测采用德制蔡斯Ni 004精密水准仪，以及高精度铟瓦合金水准尺。依二等水准的观测规则进行观测。
沉降水准点是测定建、构筑物基础的沉降量的基准点。因此，对布设一定数量（不少于三个）的水准点的点位要认真对待。既要使所设置的水准点牢固、长期保存和便于利用，又要注意避免气温变化过大对其影响。这里要特别注意：一定要避免为加固群楼基础而进行打桩对其影响的区域。为此，应根据建筑平面图、地层结构和建筑场地实际条件与建筑施工单位有关人员商讨定之。使布设的水准点合理分布在监测的建、构筑物周围，除万不得已时，避免将全部水准点设置在被监测的建、构筑物的一侧。高层建筑施工场地一般都很小，水准点埋设地点又不能距监测的高层建、构筑物太远，一般在50米左右。沉降水准点的观测精度要求较高，在其埋设的一段时期后沉降点稳定，严格测取其高程，在每次对监测点观测前都要对水准点进行检验。
对于“蓝色港湾”商住楼监测点布设我们在严格遵守规范要求的情况下，因为该楼是栋新楼，所以我们主要考虑了以下的原则：
1建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10-15米处或每隔2-3根柱基上。
2建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处。
4．沉降观测的原则
沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则：
所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。
将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而确定出沉降量并统计表汇总。同时要计算出建筑物平均沉降量、平均沉降速率、各沉降点位沉降速率、基础相对倾斜、相对弯曲和沉降点最大差异沉降量等重要数据。绘制沉降曲线图。
另外，本文介绍了EXCEL在沉降数据计算和绘制沉降曲线图时的应用。利用EXCEL，通过公式定制，只要每次将观测的日期和沉降点高程向相应单元格输入(可设置自动连接或用键盘录入)，便可将本次沉降量和累计沉降量计算出来，并在图表区域自动展绘沉降量曲线图。无需手工绘制，准确美观。同时可以求取回归线性方程，根据回归线性方程可以预报出监测点的高程，以达到检验的目的。
5．沉降观测报告应提交的成果
最后，本文说明了沉降观测报告应提交的成果：
⑴ 沉降观测成果表；
⑵ 沉降观测点位分布图及各周期沉降展开图；
⑶ v－t－s（沉降速度、时间、沉降量）曲线图；
⑷ p－t－s（荷载、时间、沉降量）曲线图（视需要提交）；
⑸ 建筑物等沉降曲线图（如观测点数量较少可不提交）；
⑹ 沉降观测分析报告。
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