摘 要：為了保障建筑的安全性，需要對(duì)高層建筑的變形進(jìn)行觀測(cè)。在高層建筑建設(shè)全生命周期內(nèi)，主要包括施工準(zhǔn)備期、施工期以及運(yùn)營(yíng)期，沉降觀測(cè)對(duì)于高層建筑的安全性以及穩(wěn)定性都有著重要的作用。沉降觀測(cè)作為高層建筑精度以及質(zhì)量的保障，已經(jīng)成為施工過(guò)程中必要的進(jìn)行的項(xiàng)目。本文首先介紹了高層建筑水準(zhǔn)測(cè)量的具體原理，然后提出了沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理和分析的新方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑；沉降觀測(cè)；水準(zhǔn)測(cè)量；數(shù)據(jù)處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.082

0 引言

隨著土地資源與人口矛盾逐漸加深，高層建筑規(guī)模越來(lái)越大。為了保障高層建筑的安全性，對(duì)其進(jìn)行變形觀測(cè)是非常必要的。建筑變形觀測(cè)主要包括傾斜觀測(cè)、水平位移觀測(cè)以及水平位移觀測(cè)等。

在沉降觀測(cè)過(guò)程中，觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差處理方式，一般都是通過(guò)觀測(cè)前采取一定的對(duì)策來(lái)避免系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生，然后通過(guò)工作人員的經(jīng)驗(yàn)去對(duì)粗差進(jìn)行剔除，再進(jìn)行平差計(jì)算。從實(shí)際案例中不合理的現(xiàn)象開(kāi)始，使用誤差的可區(qū)分性理論來(lái)考慮系統(tǒng)誤差、偶然誤差以及粗差模型，對(duì)于觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理思想見(jiàn)下圖1，通過(guò)過(guò)渡處理能夠體現(xiàn)出更好的沉降規(guī)律，對(duì)最終的沉降量進(jìn)行正確的預(yù)測(cè)，能夠?qū)ㄖO(shè)計(jì)以及施工進(jìn)行科學(xué)合理的指導(dǎo)，這種方法較為直觀以及形象。

1 沉降觀測(cè)原理與方法

（1） 建筑物沉降的原因。1）施工誤差。在高層建筑施工中，由于施工誤差的存在，會(huì)使得荷載以及預(yù)應(yīng)力分布不均，這種現(xiàn)象較為常見(jiàn)。

2）高層建筑的合理變形。高層建筑的施工以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，都存在由于其自身結(jié)構(gòu)造成的荷載分布不均的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的存在會(huì)使得高層建筑發(fā)生變形。

3）外部因素。在高層建筑建設(shè)的過(guò)程中，因?yàn)楹奢d不斷的增加使得地基土被不斷的壓實(shí)，體積逐漸減小就造成了沉降變形。

（2） 沉降觀測(cè)原理。在變形觀測(cè)中使用最多的就是沉降觀測(cè)，沉降觀測(cè)具體來(lái)講就是針對(duì)觀測(cè)點(diǎn)實(shí)行持續(xù)的垂直位移的觀測(cè)，按照項(xiàng)目具體的特征階段性的得出觀測(cè)的結(jié)果，作為項(xiàng)目實(shí)施的可靠程度的判斷依據(jù)。

在變形觀測(cè)中沉降變形尤為重要，其實(shí)際在操作較為簡(jiǎn)便，但是對(duì)于精度的要求相對(duì)較高，不僅僅能夠反映沉降量，還能夠經(jīng)過(guò)推斷得出高層建筑的傾斜撓度以及水平構(gòu)件的撓度。在高層建筑從施工開(kāi)始的生命周期內(nèi)，沉降一直存在，沉降作為一種變形在一定限值內(nèi)屬于正常現(xiàn)象，但是如果超過(guò)整個(gè)限值，就會(huì)對(duì)高層建筑的安全造成影響。

（3） 沉降觀測(cè)方法.沉降觀測(cè)的方法有很多，在具體觀測(cè)過(guò)程中需要根據(jù)工程的具體特點(diǎn)來(lái)選擇合適的方法，常用的主要包括：水準(zhǔn)測(cè)量方法、地面沉降監(jiān)測(cè)站、GPS技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法以及三角高層測(cè)量方法。

2 高層建筑沉降觀測(cè)實(shí)例

（1）工程概況。某工程占地面積：67854平方米；層數(shù)：25；設(shè)計(jì)用途：??；結(jié)構(gòu)：框架剪力墻；地基類(lèi)型：樁基礎(chǔ)。

（2）觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和觀測(cè)。1）觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。沉降觀測(cè)點(diǎn)的設(shè)置在該工程的四角以及大轉(zhuǎn)角，除此之外還有該工程外墻的十到二十米處，還有高低建筑、沉降縫的兩側(cè)、縱橫墻的交界處以及基柱上。而地質(zhì)較為復(fù)雜的工程，需要在承重內(nèi)墻內(nèi)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。

按照該工程的結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)的實(shí)際特點(diǎn)，需要在該工程設(shè)置十二個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，具體見(jiàn)圖2 。

2）沉降觀測(cè)。對(duì)該工程進(jìn)行沉降觀測(cè)所使用的儀器是DINI03 電子水準(zhǔn)儀及相應(yīng)的銦瓦水準(zhǔn)尺和尺墊，觀測(cè)的精度選擇二級(jí)，觀測(cè)的路線從基準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)始的閉合環(huán)。

3）沉降觀測(cè)的周期。在該高層建筑施工階段，對(duì)3#樓觀測(cè)頻率為每三層一次，封頂之后觀測(cè)頻率為沒(méi)兩到三個(gè)月觀測(cè)一次，在該高層建筑的主題竣工驗(yàn)收之后沉降達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)之后可以停止觀測(cè)。

3 沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)綜合分析

（1）各種不合理現(xiàn)象的原因分析與解決方法。1）觀測(cè)點(diǎn)在觀測(cè)周期內(nèi)沉降速度變化見(jiàn)圖3，折線在第一次觀測(cè)之后就出現(xiàn)了回升的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種回升現(xiàn)象的原因主要包括兩個(gè)方面：第一，第一次觀測(cè)精度不高；第二，可能由于施工區(qū)內(nèi)降水發(fā)生改變?cè)斐傻?。如果是由于第一次觀測(cè)精度不高造成的，那么折線回升小于5毫米時(shí)，需要對(duì)第一觀測(cè)的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，回升大于5毫米，此次觀測(cè)作廢，然后將第二次觀測(cè)作為首次來(lái)分析。如果是由于降水變化屬于正?，F(xiàn)象。

2）經(jīng)過(guò)觀察看出曲線在后期的狀態(tài)為波浪起伏狀，這種狀態(tài)是觀測(cè)過(guò)程中經(jīng)常遇到的，一般是由于測(cè)量存在誤差而引起的。由于高層建筑測(cè)量誤差小于下沉量造成曲線前期起伏不明顯，而后期高層建筑的下沉已經(jīng)逐漸趨于穩(wěn)定，所以曲線形態(tài)表現(xiàn)為測(cè)量誤差較大的現(xiàn)象。對(duì)于這種現(xiàn)象，需要按照整個(gè)情況來(lái)分析，選擇合適的點(diǎn)，這點(diǎn)其之后的曲線視作水平線。

3）曲線在某一個(gè)點(diǎn)之后出現(xiàn)回升的現(xiàn)象，主要原因是水準(zhǔn)點(diǎn)下沉，水準(zhǔn)點(diǎn)表現(xiàn)為逐漸下沉，但是沉降量相對(duì)較小，而高層建筑初期的沉降量相對(duì)較大，所以當(dāng)水準(zhǔn)點(diǎn)小于高層建筑沉降量時(shí)，曲線沒(méi)有回升的現(xiàn)象，隨著高層建筑逐漸下沉穩(wěn)定，曲線就會(huì)出現(xiàn)回升的現(xiàn)象。所以在高層建筑上埋設(shè)水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)該保障其實(shí)際的穩(wěn)定性。

4）曲線在中間某一點(diǎn)突然回升的現(xiàn)象，主要原因可能是水準(zhǔn)點(diǎn)或者觀測(cè)點(diǎn)被突然觸碰，在水準(zhǔn)點(diǎn)被觸碰之后低于沒(méi)有被觸碰之間的標(biāo)高，而觀測(cè)點(diǎn)被觸碰之后高于被觸碰之間的標(biāo)高，這種情況下就會(huì)造成突然回升的現(xiàn)象。一旦水準(zhǔn)點(diǎn)或者觀測(cè)點(diǎn)被觸碰，就會(huì)對(duì)其外形造成損傷，這種損傷是極易被發(fā)現(xiàn)的，需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的處理，主要的處理方法為：取地質(zhì)、荷載以及結(jié)構(gòu)都相近的臨近觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，作為被觸碰的觀測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)。這種處理方法雖然不是該點(diǎn)的真正沉降數(shù)據(jù)，但是如果選擇的觀測(cè)點(diǎn)比較合理，沉降數(shù)據(jù)與實(shí)際情況就非常接近。

（2）過(guò)渡曲線的修勻。三點(diǎn)法具體見(jiàn)圖4。

修勻的具體步驟：

（1）三點(diǎn)進(jìn)行兩兩連接，求取AC和B垂直線的交點(diǎn)K。endprint

（2）在BK上求點(diǎn)I使得，B的修正位置就是I，

其中是每次觀測(cè)權(quán)，。

（3）根據(jù)1、2、3點(diǎn)對(duì)點(diǎn)2進(jìn)行修正，再通過(guò)2、3、4對(duì)點(diǎn)3進(jìn)行修正，依次進(jìn)行，進(jìn)而得到最終的沉降實(shí)程曲線。

而經(jīng)過(guò)修勻的沉降曲線是不是滿(mǎn)足精度的要求，還需要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的驗(yàn)證才能夠確定，具體驗(yàn)證步驟為：

（1）設(shè)的誤差是，而其中k的取值為0和1之間的實(shí)數(shù)。

（2）將每一個(gè)點(diǎn)的參數(shù)和坐標(biāo)都代入上式得到下式：

（3）根據(jù)上式對(duì)求方差之后得到因?yàn)閗的取值范圍是0到1之間的實(shí)數(shù)，所以。

因?yàn)閷?duì)“三點(diǎn)法”修勻之后的沉降曲線進(jìn)行了驗(yàn)證，通過(guò)修勻之后的沉降曲線對(duì)于偶然誤差實(shí)現(xiàn)了有效的控制，滿(mǎn)足精度的要求。所以通過(guò)上述驗(yàn)證，這種方法是能夠達(dá)到較好的效果。

4 提出擬合函數(shù)模型

上述通過(guò)處理得到的沉降曲線就是一條相對(duì)科學(xué)的沉降曲線。因此，可以通過(guò)各種函數(shù)模型來(lái)將其進(jìn)行擬合處理，得到一個(gè)與建筑沉降相適應(yīng)的模型，對(duì)于科學(xué)研究以及沉降預(yù)測(cè)有一定的促進(jìn)作用。

（1）對(duì)數(shù)模型：

其中：a、b以及都是需要擬合的參數(shù)。

對(duì)數(shù)模型是在太沙基一維滲透固結(jié)理論為前提而起初的。

（2）邏輯函數(shù)模型：

其中：a、b以及都是需要擬合的參數(shù)

邏輯函數(shù)模型作為統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)于回歸分析常用的模型，是在上述對(duì)數(shù)模型的基礎(chǔ)上提出的。

（3）雙曲線模型：

其中：a和b都是需要擬合的參數(shù)。

上述雙曲線模型是根據(jù)實(shí)際的沉降曲線提出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

上述三種擬合模型都是按照實(shí)際情況而提出的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，具有一定的科學(xué)合理性。但是因?yàn)橛^測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性以及過(guò)變形，在不同的環(huán)境背景下，隨著地基條件的不同，使用的模型也可能是不一樣的，這就需要通過(guò)更多的經(jīng)驗(yàn)以及資料來(lái)進(jìn)行更深層次的研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

在高層建筑施工以及運(yùn)營(yíng)階段，沉降觀測(cè)都非常重要，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的監(jiān)控，能夠科學(xué)合理的對(duì)施工工序進(jìn)行指導(dǎo)，避免不均勻沉降的現(xiàn)象出現(xiàn)，可以向相關(guān)的部分提供第一手的資料，防止由于沉降造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳小榮，雷勁松，盧學(xué)松等.高層建筑沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析新方法[J].四川建筑科學(xué)研究，2009，35（03）：119-124.

作者簡(jiǎn)介：李思武（1990-），男，江西南昌人，本科，助工，研究方向：工程測(cè)量。endprint