張 勇 朱永祥 李 西

(滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系 安徽滁州 239000)

國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2017年末，城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?城鎮(zhèn)化率)為58.52%，比上年末提高1.17個(gè)百分點(diǎn)[1]。隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市土地資源也愈發(fā)緊張，為了合理利用資源，城市高層建筑的日益增多就變的順理成章。城市化過(guò)程必然對(duì)原有地形、水文等自然環(huán)境造成影響，進(jìn)而增加了勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)使用過(guò)程中對(duì)沉降觀測(cè)的控制難度。為了保證建筑物的安全施工和使用，減少經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)高層建筑進(jìn)行沉降觀測(cè)顯得尤其重要。特別是在土質(zhì)偏軟的地區(qū)，往往采取基礎(chǔ)深埋，深基坑的開挖、樁基對(duì)周圍土體的擠壓，都會(huì)引起地基和周圍建筑物的變形。綜上所述，從建筑物開始建設(shè)到建成運(yùn)營(yíng)這段時(shí)間內(nèi)，隨著建筑物荷載的增加，通過(guò)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)沉降趨勢(shì)，對(duì)后續(xù)施工提供參考，是保證建筑質(zhì)量安全的關(guān)鍵。

1 工程概況

該工程為某市某小區(qū)一棟高層住宅，樓建筑面積19 158m2，地上28層，地下1層，總高度82.7m，地基采用筏板基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)類型為框架——剪力墻結(jié)構(gòu)。文章簡(jiǎn)要介紹利用精密水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行沉降觀測(cè)實(shí)例。

2 沉降觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)

沉降觀測(cè)實(shí)質(zhì)就是在建筑物建設(shè)過(guò)程中建立沉降觀測(cè)點(diǎn)(高程未知點(diǎn))，以一定的觀測(cè)周期根據(jù)工作基點(diǎn)(高程已知點(diǎn))采用一定的水準(zhǔn)路線和觀測(cè)精度測(cè)量得到沉降觀測(cè)點(diǎn)的高程并建立與之對(duì)應(yīng)的時(shí)間關(guān)系，從而分析沉降的尺度和影響為施工提供決策。

該工程沉降觀測(cè)網(wǎng)的布設(shè)采用三級(jí)制：

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是沉降觀測(cè)的水準(zhǔn)基點(diǎn)，為保證水準(zhǔn)基點(diǎn)的穩(wěn)定，應(yīng)至少遠(yuǎn)離施工區(qū)域100米，設(shè)于地質(zhì)穩(wěn)定易保持處。每個(gè)獨(dú)立觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)應(yīng)保證不少于3個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)。

(2)工作基點(diǎn)。為方便觀測(cè)作業(yè)，在施工區(qū)域附近(距建筑物30m外)，不受日常施工干擾且能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定處埋設(shè)兩個(gè)工作基點(diǎn)，以便就近與建筑物的沉降觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)水準(zhǔn)閉合環(huán)。工作基點(diǎn)還應(yīng)定期與水準(zhǔn)基點(diǎn)聯(lián)測(cè)以便校核其數(shù)據(jù)精度。

(3)沉降觀測(cè)點(diǎn)。沉降觀測(cè)點(diǎn)是反映建筑物沉降量的依據(jù)，應(yīng)設(shè)立在能夠反映建筑物變形特征的位置。

該工程中沉降觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)如圖1所示。本工程在遠(yuǎn)離施工區(qū)域的穩(wěn)定處布設(shè)了3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(BM1、BM2、BM3)，基準(zhǔn)點(diǎn)在建筑施工過(guò)程中2月復(fù)測(cè)1次，施工結(jié)束后每半年復(fù)測(cè)1次。由于基準(zhǔn)點(diǎn)與所測(cè)建筑物距離較遠(yuǎn)，為方便觀測(cè)設(shè)立了2個(gè)工作基點(diǎn)(GZ1、GZ2)，并在建筑物主體四角及大轉(zhuǎn)角處的基礎(chǔ)水平面上埋設(shè)8個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)(GC1-GC8)。每期沉降觀測(cè)作業(yè)開始時(shí)，先將工作基點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，再利用其中一個(gè)工作基點(diǎn)(GZ1)與沉降觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)成閉合環(huán)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)。

圖1 沉降觀測(cè)網(wǎng)布設(shè)示意圖

3 沉降觀測(cè)原則及方法

3.1 沉降觀測(cè)的“五定”原則

“五定”即沉降觀測(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測(cè)物的沉降觀測(cè)點(diǎn)要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要固定而且性能要穩(wěn)定；觀測(cè)人員要盡量固定；觀測(cè)時(shí)的環(huán)境條件應(yīng)大體一致；觀測(cè)路線、鏡位、程序和方法要固定。遵守以上原則，在客觀上能盡量減少不確定性的觀測(cè)誤差，從而保證了觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，使各次觀測(cè)結(jié)果與首次觀測(cè)的結(jié)果更有可比性，所觀測(cè)的沉降量更可靠[2]。

3.2 沉降觀測(cè)方法

該沉降觀測(cè)采用執(zhí)行《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8—2016)，按一等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行施測(cè)[3]。水準(zhǔn)觀測(cè)時(shí)的要求見表1，水準(zhǔn)觀測(cè)的限差見表2。

表1 水準(zhǔn)觀測(cè)的視線長(zhǎng)度、前后視距和視線高度(m)

表2 水準(zhǔn)觀測(cè)限差(m)

4 觀測(cè)作業(yè)及數(shù)據(jù)處理分析

4.1 儀器

采用Trimble DiNi03精密電子水準(zhǔn)儀及配套2m銦鋼條碼尺。

4.2 觀測(cè)周期

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)。水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)，嚴(yán)格按國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行觀測(cè)，確定工作基點(diǎn)的高程。

(2)沉降觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)。采用1個(gè)工作基點(diǎn)與沉降觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)，按國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)周期為：在基礎(chǔ)工程完工(出水平面)后作第一次觀測(cè)，以后每二層觀測(cè)1次，竣工時(shí)觀測(cè)1次。主體結(jié)構(gòu)封頂后每1個(gè)月1次，竣工后每季度1次，竣工1年后每半年1次。

4.3 數(shù)據(jù)處理與分析

(1)數(shù)據(jù)處理。沉降變形觀測(cè)最早應(yīng)用于水壩，從20世紀(jì)60年代開始逐漸運(yùn)用數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)地處理分析變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。建筑物沉降監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)模型是很豐富的，目前研究運(yùn)用較為成熟的理論體系有回歸模型、濾波模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、數(shù)據(jù)系列模型等[4]。選擇適合對(duì)應(yīng)施工工程的模型則需要考慮諸多復(fù)雜的因素：自然因素、自身因素和人為因素[5]，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在實(shí)際工程實(shí)踐中，更多的運(yùn)用平差軟件處理原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出各沉降點(diǎn)的高程值，及沉降量、沉降速度等，進(jìn)而分析沉降規(guī)律及是否滿足規(guī)范要求。

該工程沉降數(shù)據(jù)處理結(jié)果見表格3，為了形象直觀的表達(dá)和利于進(jìn)一步的分析，在表3基礎(chǔ)上繪出建筑物沉降曲線圖(見圖2)及各點(diǎn)沉降累計(jì)值柱狀圖(見圖3)。

表3 各觀測(cè)點(diǎn)沉降觀測(cè)成果表(mm)

圖2 建筑物沉降曲線圖

圖3 各觀測(cè)點(diǎn)沉降累計(jì)值柱形圖

(2)數(shù)據(jù)分析。從圖2可以看出，伴隨著建筑物的開工，建筑物開始下沉。首次觀測(cè)后曲線并沒(méi)有發(fā)生回升現(xiàn)象，表明首次觀測(cè)精度較高。從第5-11次觀測(cè)數(shù)據(jù)表明建筑物隨著荷載的增加，下沉較快。整個(gè)曲線沒(méi)有出現(xiàn)異常點(diǎn)，表明工作基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)比較穩(wěn)定，滿足沉降觀測(cè)中穩(wěn)定性的需要。在施工過(guò)程中，沉降比較均勻，竣工后平均日沉降量小于0.02mm/d，說(shuō)明沉降已趨于穩(wěn)定。另外，需要指出的是，差異沉降對(duì)建筑質(zhì)量安全的危害遠(yuǎn)大于均勻沉降的危害，在進(jìn)行的17次觀測(cè)成果中，沉降觀測(cè)點(diǎn)中最大沉降量為14.6mm(GC4)，最小沉降量為10.5mm(GC5)，平均累計(jì)下沉量為12.26mm，最大差異沉降值為4.1mm。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011)：60m

其中，hmn為m點(diǎn)與n點(diǎn)之間沉降差，△Lmn為m點(diǎn)與n點(diǎn)之間水平距離。取代表性的GC3和GC5計(jì)算其傾斜值為0.0003，滿足規(guī)范要求。通過(guò)計(jì)算該高層建筑的沉降量及傾斜均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

采用高精度水準(zhǔn)測(cè)量手段對(duì)城市高層住宅進(jìn)行沉降觀測(cè)，方法可行且精度有保證，滿足國(guó)家最新的規(guī)范要求。在測(cè)量的過(guò)程中，定期進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的穩(wěn)定性分析可提高監(jiān)測(cè)精度。最后，測(cè)量誤差存在的客觀性，要求觀測(cè)觀測(cè)人員在盡量避免不利的外界環(huán)境因素下，保持監(jiān)測(cè)的專注性，同時(shí)將每次監(jiān)測(cè)成果及時(shí)匯總反饋給有關(guān)部門，確保建筑物在施工和使用中的安全。