□趙 棟

（山西省測繪職業(yè)資格管理中心，山西太原030002）

城市高層建筑物變形監(jiān)測方案設(shè)計

□趙 棟

（山西省測繪職業(yè)資格管理中心，山西太原030002）

高層建筑物的大量出現(xiàn)，對其安全施工及安全運營有了更高的要求。本文從變形監(jiān)測技術(shù)角度出發(fā)，針對高層建筑物在施工與運營階段的變形監(jiān)測方案進行了設(shè)計，并給出了數(shù)據(jù)處理方式及沉降預(yù)測模型，后期對高層建筑物的順利建設(shè)及運營提供技術(shù)參考。

高層建筑物；變形監(jiān)測；監(jiān)測方案；方案設(shè)計

高層建筑物已成為城市的主要組成部分，也是目前房地產(chǎn)行業(yè)的首選開發(fā)方式，且結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，如何讓變形監(jiān)測技術(shù)為保障其順利施工到后期運營，是我們測量工作者一直在努力的精密工程測量方向之一。目前，已有大量的科研與技術(shù)工作者對建筑物變形監(jiān)測技術(shù)從研究與實踐的角度分別作了大量的分析與探討[1][2][3][4][5]，本文針對城市高層建筑物，給出了對其進行變形監(jiān)測的技術(shù)背景，進而設(shè)計了相應(yīng)的方案，并給出了數(shù)據(jù)處理方式，對高層建筑物的變形監(jiān)測提供了有益的探討。

1.方案設(shè)計背景

1.1 監(jiān)測依據(jù)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-99）

（2）《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2007）

（3）《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）

（4）《工程測量規(guī)范》（GB50026-2007）

（5）《城市測量規(guī)范》（CJJ8-99）

（6）《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》（GB12897-91）

（7）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）

1.2 監(jiān)測目的及內(nèi)容

1、監(jiān)測目的

高大建筑物的建設(shè)一般從設(shè)計、基坑開挖、具體施工，最后進入運營階段。而為了保障其順利的施工和安全的運營，在基坑開挖、施工及運營階段應(yīng)對其進行變形監(jiān)測。

（1）在工程建設(shè)前期，首先應(yīng)對建筑基坑進行變形監(jiān)測。主要包括：為了優(yōu)化和確定后續(xù)工作的施工參數(shù)，將基坑連續(xù)監(jiān)測后所得的數(shù)據(jù)與原有的預(yù)計值進行對比，看是否達到預(yù)期的施工工藝與參數(shù)要求，進行有效的控制施工對建筑物的影響。

（2）建筑物開建及投入運營后，對建筑物主體進行沉降觀測，通過所獲取的沉降觀測數(shù)據(jù)，分析其變形速率、變形方向、預(yù)測其變形的趨勢，進而通知甲方采取一定的措施，避免發(fā)生危險造成不必要的損失甚至是人員傷害。

2、監(jiān)測內(nèi)容

（1）依據(jù)有關(guān)規(guī)范的規(guī)定，基坑監(jiān)測包括以下內(nèi)容：基坑邊坡頂部沉降監(jiān)測、基坑壁側(cè)向位移監(jiān)測、基坑深2倍范圍內(nèi)周邊重要建筑（構(gòu)）物或道路的沉降監(jiān)測。

（2）對建筑物主體的監(jiān)測則包括：掌握施工場地的具體地形地貌，以規(guī)范要求為準(zhǔn)則，以現(xiàn)場實地地形為約束，合理布設(shè)兼顧二者的監(jiān)測點；按照設(shè)計的觀測周期及觀測方案對監(jiān)測點進行周期性野外觀測及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理，計算沉降量，繪制變形曲線，整理觀測資料；根據(jù)監(jiān)測結(jié)果驗證建筑物主體穩(wěn)定性評價的預(yù)測結(jié)果，如相符，則預(yù)計后續(xù)變形態(tài)勢，對其安全運營提供數(shù)據(jù)支持和保障。如不相符，則需調(diào)整預(yù)測模型，繼續(xù)監(jiān)測驗證。

2.監(jiān)測方案設(shè)計

2.1 基準(zhǔn)點的布設(shè)

1、基坑監(jiān)測基準(zhǔn)點布點原則

（1）監(jiān)測基準(zhǔn)點的選擇首先要考慮能長期保存，其次是點位應(yīng)該堅固穩(wěn)定，并且點位要不受因開挖引起的變形影響，但又能方便的傳遞到基坑周圍，視野應(yīng)該開闊；

（2）工作點應(yīng)能方便的聯(lián)測到基準(zhǔn)點與監(jiān)測點，可使用相對穩(wěn)定的現(xiàn)埋點等。

2、建筑物監(jiān)測基準(zhǔn)點布點原則

（1）高層建筑物的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點應(yīng)該分布在建筑物周圍，點之間距離應(yīng)小于100米，并且最少應(yīng)該布設(shè)3個以上基準(zhǔn)點；

（2）水準(zhǔn)點的布設(shè)網(wǎng)形應(yīng)以閉合圖形為主，每一個設(shè)站點最少能與場地內(nèi)的2個水準(zhǔn)點通視；

（3）水準(zhǔn)點的埋深要符合二等水準(zhǔn)測量的要求(大于1.5米)，各點位的布設(shè)位置同基坑監(jiān)測基準(zhǔn)點的要求一樣，應(yīng)不受其他影響而穩(wěn)定的存在，且能長期保存，并便于到達。

3、基準(zhǔn)點的埋設(shè)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測量規(guī)范》，并結(jié)合周邊建筑物分布情況，在工程壓力傳播范圍以外穩(wěn)定的住宅樓基礎(chǔ)上設(shè)置四個永久性沉降監(jiān)測基準(zhǔn)點，組成該工程豎向位移觀測的基準(zhǔn)點。每個月對以上各點進行一次聯(lián)測檢核。水平位移基準(zhǔn)點和工作點根據(jù)現(xiàn)場實際情況，埋設(shè)在基坑外圍通視條件好、穩(wěn)定的地基上。

2.2 監(jiān)測儀器及精度要求

采用2″全站儀采用邊角交會法、極坐標(biāo)法對基坑壁側(cè)向位移進行監(jiān)測；采用S05型水準(zhǔn)儀按二等水準(zhǔn)測量要求，對沉降監(jiān)測網(wǎng)進行定期測量。

2.3 監(jiān)測報警指標(biāo)

變形監(jiān)測的主要目的是提供預(yù)警，也就是預(yù)測預(yù)報變形體的變形趨勢及危險發(fā)生時間點或時間段。因而，如何根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理，分析其變形趨勢及提出預(yù)測預(yù)警關(guān)系到建筑物安全和施工進度等諸多方面。在進行預(yù)測時，必須根據(jù)建筑物的實際情況，綜合考慮影響其變形的各種因素，在實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對預(yù)測結(jié)果進行修正，驗證預(yù)測模型，完善預(yù)測結(jié)果，及時作出判斷并提供甲方參考。

目前，建筑物變形報警標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種指標(biāo)，一種是最大允許值，另外一種是變化速率。對這兩種指標(biāo)的運用不是要求其同時滿足，而是只要有一種達到警戒值都需要及時作出反應(yīng)，而累計變化量的報警指標(biāo)一般不宜超過設(shè)計限值。

監(jiān)測報警的措施主要有：

（1）當(dāng)實際監(jiān)測值超過報警值時，立即口頭通知委托單位（或監(jiān)理單位），24小時內(nèi)向委托單位（或監(jiān)理單位）提交一份書面監(jiān)測成果，2天內(nèi)提交監(jiān)測簡報，并與委托單位（或監(jiān)理單位）確定加密監(jiān)測事宜。

（2）當(dāng)實際監(jiān)測值超過預(yù)警值時，應(yīng)立即通知委托單位（或監(jiān)理單位），由委托單位（或監(jiān)理單位）報告給設(shè)計、安檢站等相關(guān)部門并協(xié)助分析原因；同時，根據(jù)合同約定進行加密監(jiān)測。

2.4 監(jiān)測頻率

1、基坑監(jiān)測頻率

基坑支護結(jié)構(gòu)位移觀測點的測量，基坑開挖前，進行兩次水準(zhǔn)測量，建立各測點的基礎(chǔ)高程數(shù)據(jù)；在基坑開挖期間，h＜5米時，每2天進行一次水平位移和沉降測量，h≥5米時，每天進行1次水平位移和沉降測量，如遇位移量超過報警值等特殊情況，則進行加密測量。基坑開挖結(jié)束后，應(yīng)根據(jù)其穩(wěn)定情況判斷是否可以適當(dāng)減少觀測次數(shù)，但是，仍要觀測至基坑回填后才能結(jié)束所有觀測。周邊環(huán)境觀測點，在基坑施工前，進行兩次水準(zhǔn)測量，建立各測點的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；在基坑降水、開挖期間，每星期觀測一次，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點變形過大，則表明基坑出現(xiàn)了潛在的不穩(wěn)定狀況。此時首先應(yīng)增加單位時間內(nèi)的觀測次數(shù)，并及時與建設(shè)單位溝通，匯報相應(yīng)情況，確定后續(xù)監(jiān)測工作及應(yīng)對措施。開挖結(jié)束后，基坑逐漸趨于穩(wěn)定，此時，可以根據(jù)實際情況適當(dāng)減少觀測次數(shù)至基坑回填后結(jié)束。

2、建筑物監(jiān)測頻率

對建筑物的變形監(jiān)測以出地面為準(zhǔn)開始進行，當(dāng)建筑物主體澆筑至±0.000米面后，開始布設(shè)沉降觀測標(biāo)，并完成建筑物主體的初次觀測。之后每增加一層荷載，進行一次沉降觀測，直至建筑主體封頂為止。工程進入裝修階段后，每3個月觀測一次。工程暫停及復(fù)工時各測一次；假如建筑物突然產(chǎn)生大量沉降、不均勻沉降或嚴(yán)重裂縫時，迅速展開每天或幾天一次的連續(xù)觀測。主體竣工后，第一年觀測4次；第二年觀測3次；第三年后每年觀測一次，直至穩(wěn)定為止。

式中：i--觀測點點號；k--觀測期數(shù)。對沉降監(jiān)測點各期沉降量和累計沉降量計算如下：

（1）對各個沉降監(jiān)測點每一期的沉降量進行計算：沉降監(jiān)測點各期沉降量=該期觀測所得的監(jiān)測點高程-上期監(jiān)測所得的監(jiān)測點高程

（2）對各個沉降監(jiān)測點每一期相對于第一期的累計沉降量進行：

各期監(jiān)測點累計沉降量=該期沉降量+上期累計沉降量

將計算出的沉降觀測點本次沉降量、累積沉降量和觀測日期、荷載情況等填入“沉降觀測表”中[2]。

3.2 變形預(yù)測模型

以上只是給出了沉降量的計算值，而要實現(xiàn)沉降預(yù)測，應(yīng)選擇相應(yīng)的預(yù)測模型。近些年，在變形領(lǐng)域用的比較多的是灰色系統(tǒng)理論模型、小波分析模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、多元回歸分析模型和時間序列分析模型等，實際應(yīng)用中既可以采用上述模型單獨進行沉降預(yù)測，也可以組合預(yù)測[6][7][8]。其中，灰色系統(tǒng)理論GM（1,1）模型如下。

3.數(shù)據(jù)處理

3.1 沉降量計算

定期地測量觀測點對于穩(wěn)定的水準(zhǔn)點的高差以計算觀測點的高程，并將不同時間所得同一觀測點的高程加以比較，從而得出觀測點在該時間段內(nèi)的沉降量[1]：｝做一次累加生成得到新的數(shù)列。其中

（2）模型建立

用累加后灰色模塊構(gòu)成微分方程

變形后得，

因為x（1）（k+1）=x（1）（k+1）-x（1）（k［

］

），寫成矩陣型式有

則有Yn=BA，可用最小二乘法則得到最小二乘近似解為

則有GM（1,1）預(yù)測模型方程為

4.結(jié)束語

沉降觀測工作是一項非常繁雜的工作，技術(shù)要求高，需要付出艱辛的勞動[3]。由于觀測期間，建筑工地正在進行施工建設(shè)，導(dǎo)致某些觀測點無法觀測且達不到固定如初，這是影響觀測精度的主要原因[4]。采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下，通過三角高程的方法來代替幾何水準(zhǔn)進行沉降觀測，可以減少勞動強度，但能否滿足精度要求，是值得在今后沉降觀測中加以研究的[3]。變形監(jiān)測技術(shù)通過高等級測量方式，以周期觀測取得高層建筑物的沉降量，進而以數(shù)據(jù)處理尋找其內(nèi)在規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常，分析原因，為施工方提供預(yù)判支持。當(dāng)遭遇險情時，也能通過預(yù)測預(yù)警提前開展補救措施，降低損失。隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，先進儀器的廣泛應(yīng)用，測量精度越來越高，沉降觀測的技術(shù)必定會越來越成熟，為設(shè)計、施工提供更加可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)[5]。

【1】張營.深基坑監(jiān)測方法與精度要求研究及其工程應(yīng)用[D].山東大學(xué),2012.

【2】李賀慧,都杰,薛海梁.中州國際高層住宅樓沉降觀測方案[J].科技風(fēng),2010（17）:115.

【3】段璐璐,李成山.洙水河航道改造工程嘉祥船閘主體建筑物沉降觀測[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊, 2013（10）:99.

【4】王保國.一寫字樓建設(shè)工程沉降觀測的實踐與分析[J].江西測繪,2009（1）.49-51.

【5】劉慎棟.高層建筑的沉降初探[J].企業(yè)導(dǎo)報,2011（11）.285.

【6】黃聲享，尹暉，蔣征.變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理[M].武漢：武漢大學(xué)出版社.2003.

【7】Clemen RT,Winkler RL.Combining economic forecasts[J].Journal of Business and E-conomic Statistics,1986,4.

【8】Donaldson RG,Kamstra M.Forecast combining with neural networks[J].Journal of Forecasting,1996,15.

TU196

B

2095-7319（2014）05-0039-05

趙棟（1983—），男，山西晉中人，工程師，2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)測繪工程專業(yè)，現(xiàn)在山西省測繪職業(yè)資格管理中心從事職業(yè)技能鑒定、培訓(xùn)及再教育等工作。