高层建筑的沉降观测

随着国家经济的发展,建筑产业占国民经济总产值(GDP)的比例日益上升。2008年房地产(建筑产业)占GDP约为5%。而且,比例上升的趋势应有空间。

大型的工程建筑物日益增多、兴建,改变了区域内地面原有的状态,并且打破了建筑物的基础基面层平衡。这就必然会引起基础基面及周围地层的变形。为保证建(构)筑物的正常使用寿命和建(构)筑物的安全性,勘察、设计、施工资料的准确、完整,相应的沉降观测参数,数据。建(构)筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行国家规范规定,高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等,均要求进行沉降观测。特别在超、高层建筑物施工过程中,应用沉降观测加强过程监控,指导合理的施工工序,预防在施工过程中出现不均匀沉降,及时反馈信息,为勘察设计施工部门提供准确、详尽的第一手资料,从而避免因沉降(上浮)原因而造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能,造成巨大的经济损失。 当前在建筑施工中,对沉降观测的认识,一般都不够重视,主要存在一下问题:一是施工单位承包、转包、挂靠等现象严重。技术负责人名不副实。技术人员鱼目混珠,缺乏基本的理论基础知识和实践经验,技术力量薄弱。二是建设方管理不到位,技术力量薄弱,缺乏技术部门、地勘、设计、施工之间的协调、配合。审核、图纸设计、技术交底敷衍了事,流于形式,把控不严,造成技术遗漏和欠缺。如:建筑设计部门在设计图纸上没有沉降观测方面的要求或明确的图示标注等等;三是由于管理松散、技术力量薄弱,造成观测点的设置不符合规定,漫不经心,导致原始数据偏差;四是观测的时间不按规范规定、设计要求;五是沉降观测记录弄虚作假或凭空填报;六是用户在使用过程中,没有按规定要求继续进行必要的沉降观测。

下面就如何保证施工中沉降观测的准确。在技术上做一下几方面简单阐述 一.沉降观测的基本要求

1、仪器设备、人员素质的要求

1)国内现行应用观测设备仪器主要有:压力计系列:孔隙水压力计渗压计水位计土压力计量水堰;位移计系列:测斜仪横剖仪沉降计测缝计收敛计;应力应变计系列:钢筋计混凝土应变计多向应变计组表面应变计无应力计反力计等;测试仪系列:便携式工程 测试仪(普通型及智能型)多通道工程测试仪;网络化数据系统:沉降观测分析软件数据采集分析系统

在这里要重点阐述的沉降观测设备仪器与的精度:选择沉降观测设备、仪器,根据沉降观测要求精度高的特点及建筑物的特性和建设、设计单位的要求,选择沉降观测精度的等级。在没有特别要求的情况下,一般性的高层建构筑物施工过程中,为

能精确地反映出建构筑物在不断增加荷载的沉降情况,采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下:第一,往返较差、附和或环线闭合差:△h=∑a-∑b≤1.0,n表示测站数;第二,前后视距≤30m;第三,前后视距差≤1.0m;第四,前后视距累积差≤3.0m;第五,沉降观测点相对于后视点的高差容差:≤1.0mm。,一般规定测量的误差应小于变形值的1/10——1/20,为此要求沉降观测应使用精密水准仪(S1或S05级),水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度铟合金水准尺。在不具备铟合金水准尺的情况下,使用一般塔尺尽量使用第一段标尺。 2)人员素质的要求,必须接受专业学习及技能培训,熟练掌握仪器的操作规程,熟悉测量理论能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序,对实施过程中出现的问题能够会分析原因并正确的运用误差理论进行平差计算,做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。 二、具体施测程序及步骤 1、建立水准控制网

1)观测点的选择。沉降观测点应布设在能全面反映建筑物地基变形特征的点位,一般布设在建筑物的四角、在转角及沿外墙每10~15米处;高低层建筑物、新旧建筑物、不同地质条件、不同荷载分布、不同基础类型、不同基础埋深、不同上部结构、沉降缝和建筑物裂缝处的两侧;建筑物宽度大于或等于15米,或宽度小于15米但地质条件复杂的建筑物的内纵墙处,以及框架、框剪、框筒、筒中筒结构体系的楼、电梯井和中心筒处;筏基、箱基的四角和中部位置处;多层砌体房屋,纵墙间距6~10米横墙对应墙端处;框架结构可能产生较大不均匀沉降的相邻柱基处;高层建筑横向和纵向两个方向对应尽端处。各种构筑物沿四周或基础轴线的对称位置上布点,数量不少于4个测点。观测基准点应设在基坑工程影响范围以外,一般不小于30~50米且数量不应少于两个。 观测点的布设是沉降观测工作中一个很重要的环节,它直接影响观测数据能否真实地反

映出建筑物的整体沉降趋势及局部沉降特点。

2)观测点体系:根据整个工程地理面貌和布局、现场的环境条件,制订测量网路原则 (城市精密导线点,一般由规划部门统一给出基础点,即:一级测量点。)。建立水准控制网。在水准控制网中的观测点的数目和位置,应能全面正确反映建筑物沉降的情况,这与建筑物的大小、荷重、基础形式和地质条件等有关。一般来说,在民用建筑中,是沿房屋的周围每隔6—12m设立一点,另外,在房屋转角及沉降缝两侧也应布设观测点。当房屋宽度大于15m 时,还应在房屋内部纵轴线上和楼梯间布置观测点。在工业厂房中,除承重墙及厂房转角处设立观测点外,在最容易沉降变形的地方,如设备基础、柱子基础、伸缩缝两旁、基础形式改变处、地质条件改变处等也应设立观测点。高大圆形烟囱、水塔等,可在其周围或轴线上布置观测点。固定的

观测点应是完整固定的观测路线,(依据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布点图,确定沉降观测点的位置)并在架设仪器站点与转点处作好标记桩,保证主次观测均沿统一路线。 3)规范要求:

(1)一般高层建筑物周围要布置三个以上水准点,水准点的间距不大于100米。 (2)在场区内任何地方架设仪器至少后视到两个水准点,并且场区内各水准点构成闭合图形,以便闭合检校。

(3)各水准点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外,水准点的埋深要符合二等水准测量的要求(大于1.5米) 2、观测时间、周期

1)观测时间、周期的重要性:沉降观测时间和周期是正确反映建筑物的沉降变形规律。建(构)筑物的沉降观测对时间有严格的条件,特别是首次观测得出的原始数据将贯穿整个工程。因此,必须按时、按周期进行,否则沉降观测得不到原始数据,从而使整个观测得不到完整的观测结果。其他各阶段的复测,根据工程进展情况必须定时进行,不得漏测或补测,只有这样,才能得到准确的沉降情况或规律

2)观测时间、周期主要分两类情况:第一:基础施工:一般在增加较大荷重之后(如浇灌基础,回填土,安装柱子和厂房屋架,砌筑砖墙,设备安装,设备运转,烟囱高度每增加15m左右等)要进行沉降观测。施工中,如果中途停工时间较长,应在停工时和复工前进行观测。当基础附近地面荷重突然增加,周围大量积水暴雨及地震后,或周围大量挖方等,均 应观测。竣工后要按沉降量的大小,定期进行观测。开始可隔1—2个月观测一次,以每次沉降量在5—10mm以内为限度,否则要增加观测次数。以后,随着沉降量的减小,可逐渐延长观测周期,直到沉降稳定为止。第二:超、高层建筑在基础施工完成后(正负零以上施工)通常观测单位根据实际情况层数、荷载的增加按月进行观测。一般认为建筑在砂类土层上的建筑物,其沉降在施工期间已大部分完成,而建筑在粘土类土层上的建筑物,其沉降在施工期间只是整个沉降量的一部分,因而,沉降周期是变化的。根据工作经验,在施工阶段,观测的频率要大些,一般按3天、7天、15天确定观测周期,或按层数、荷载的增加确定观测周期,观测周期具体应视施工过程中地基与加载而定。如暂时停工时,在停工时和重新开工时均应各观测一次,以便检验停工期间建筑物沉降变化情况,为重新开工后沉降观测的方式、次数是否应调整作判断依据。在施工打桩、基坑开挖以及基础完工后,上部不断加层的阶段进行沉降观测时,必须记载每次观测的施工进度、增加荷载量、仓库进(出)货吨位、建筑物倾斜裂缝等各种影响沉降变化和异常的情况。每周、月观测后,应及时对观测资料进行整理,计算出观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量和沉降速度。若出现变化量异常时,应立即通知委托方,为其采取防患措施提供依据,同

时适当增加观测次数。在竣工后,观测的频率可以少些,视地基土类型和沉降速度的大小而定,一般有一个月、两个月、三个月、半年与一年等不同周期。沉降是否进入稳定阶段,应由沉降量与时间关系曲线判定。对重点观测和科研项目工程,若最后三个周期观测中每周期的沉降量不大于2倍的测量中误差,可认为已进入稳定阶段。一般工程的沉降观测,若沉降速度小于0.01~0.04mm/d,可认为进入稳定阶段,具体取值应根据各地区地基土的压缩性确定。 综述:建构筑物的沉降观测对时间有严格的条件,特别是首次观测必须按时进行,否则沉降观测得不到原始数据,而是整个观测得不到完整的观测意义。其他各阶段的复测,根据工程进展情况必须定时进行,不得漏测或补测。只有这样,才能得到准确的沉降情况或规律。相邻的两次时间间隔称为一个观测周期,一般高层建筑物的沉降观测按一定的时间段为一观测周期(如:次/30天)或按建筑物的加荷情况每升高一层(或数层)为一观测周期,无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。对工业厂房、公共建筑和4层及以上的砖混结构住宅建筑:第一次观测在观测点安设稳固后进行。然后,在第三层观测一次,三层以上时各层观测一次,竣工后观测一次。框架结构的建筑物每二层观测一次,竣工后再观测一次。

3)首次基准数据的观测:根据编制的沉降施测方案及确定的观测周期,首次观测应在观

测点稳固后及时进行。一般高层建筑物有一层或数层地下结构,首次观测应自基础开始,在基础的纵横轴线上(基础局边)按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的),待临时观测点稳固好,方可进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础,其精度要求非常高,施测时一般用N2级精密水准仪,并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次,比较观测结果,若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时,我们即可认为首次观测的数据是可靠的。随着结构每升高一层,临时观测点移上一层并进行观测,直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500mm),然后每施工一层就复测一次,直至竣工。

不同周期的观测应遵循“五定”原则。所谓“五定”,即通常所说的沉降观测依据的基准点、基点和被观测物上沉降观测点,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上要一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上能保证尽量减少观测误差的主观不确定性,使所测的结果具有统一的趋向性;能保证各次复测结果与首次观测结果的可比性一致,使所观测的沉降量更真实。 3、沉降观测

1)沉降观测实质:是根据水准点用精密水准仪定期进行水准测量,测出建筑物上观测点的高程,从而计算其下沉量。水准点是测量观测点沉降量的高程控制点,应经

常检测水准点高程有无变动。测定时一般应用S1级水准仪往返观测。观测应在成像清晰、稳定的时间内进行,同时应尽量在不转站的情况下测出各观测点的高程,以便保证精度。前后视观测最好用同一根水准尺,水准尺离仪器的距离不应超过50m,并用皮尺丈量,使之大致相等。测完观测点后,必须再次后视水准尺,先后两次后视读数之差不应超过±1mm。对一般厂房的基础或构筑物,同一后视点先后两次后视读数之差不应超过±2mm。根据编制的工程施测方案及确定的观测周期,首次观测应在观测点安稳固后及时进行。一般高层建筑物有一或数层地下结构,首次观测应自基础开始,在基础的纵横轴线上(基础局边)按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的),等临时观测点稳固好,进行首次观测。仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正,必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3——6个月重新对所用仪器、设备进行检校。 在观测过程中,操作人员要相互配合,工作协调一致,认真仔细,做到步步有校核。

2)沉降观测的标志,可根据不同的建筑结构类型和建筑材料,采用墙(柱)标志、基础标志和隐蔽式标志(用于宾馆等高级建筑物)等型式。各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点,并涂上防腐剂。标志的埋设位置应避开如雨水管、窗台线、暖气片、暖水管、电气开关等有碍设标与观测的障碍物,并应视立尺需要离开墙(柱)面和地面一定距离。隐蔽式沉降观测点标志的型式, 3)沉降观测的国家建设标准、验收规范规定。

沉降观测点的施测精度及观测应严格按国家建设标准、验收规范规定进行(略)。二级基准点(未包括在水准线路上的观测点),应以所选定的测站高差中误差作为精度要求施测。各项观测指标要求简述如下: (1)往返较差、附和或环线闭合差:△h=∑a-∑b≤l√n—,表示测站数。(或△h=

∑a-∑b≤1.0√L—, L表示观测路线距离) (2)前后视距:≤30m (3)前后视距差:≤1.0m (4)前后视距累积差≤3.0m

(5)沉降观测点相对于后视点的高差容差:≤1.0mm (6)水准仪的精度不低于N2级别

沉降观测应由建设单位委托具备相关资质的单位进行监测(一般的勘察设计单位都具备这个资质),定期观测出报告,看建筑物的沉降最大值及沉降平均值。看是否满足要求。出具的报告应先给监理单位进行核查,看是否达要求,不达标的应采取措施等。 4、沉降观测成果整理及计算要求

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。原始数据要真实可靠,记录计算要符合施工测量规范的要求,依据正确,严谨有序,步步校核,结果有效的原则进行成果整理及计算。 1)、沉降观测的记录应采用建设部或省通表制定的统一表格。观测的数据必须经过严格核对无误,方可记录,不得任意更改。当各观测点第一次观测时,标高相同时要如实填写,其沉降量为零。以后每次的沉降量为本次标高与前次标高之差,累计沉降量则为各观测点本次标高与第一次标高之差。根据各观测周期平差计算的沉降量,列表,进行汇总。 2)、绘制各观测点的下沉曲线

首先建立下沉曲线坐标,横坐标为时间坐标,纵坐标上半部为荷载值,下半部为各沉降观测周期的沉降量。将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量画于坐标中,并将相应的荷载值也画于坐标中,连线,就得到对应于荷载值的沉降曲线。

(3) 根据沉降量统计表和沉降曲线图,我们可以预测建筑物的沉降趋势,将建筑物的沉降情况及时的反馈到有关主管部门,正确地指导施工。特别座在沉陷性较大的地基上重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。利用沉降曲线还可计算出因地基不均匀沉降引起的建筑物倾斜度:q=│△Cm-△Cn│/Lmn,△Cm,△Cn分别为m,n点的总沉降量,Lmn为m,n点的距离。对沉降观测的成果分析,我们还可以找出同一地区类似结构形式建筑物影响其沉降的主要因素,指导施工单位编好施工组织设计,正确指导施工大有裨益, 3)绘制沉降观测示意图。画出建筑物的底层平面示意图,注明观测点的位置和编号,注明水准基点的位置、编号和标高及水准点与建筑物的距离。并在图上注明观测点所用材料、埋入墙体深度、离开墙体的距离。 5.观测中的注意事项:

1) 严格按国家建设标准、设计、测量规范的要求施测。 2) 统一观测量具。

3) 观测必须按照固定顺序、观测路线进行。

4) 固定时间周期,尽可能保持观测环境基本一致。

5) 成像清晰、稳定时再读数。

6 )随时观测,随时检核计算,观测时要—气阿成。

7) 在雨季前后要联测,检查水准点的标高是否有变动。

8) 将各次所观测沉降情况及时反馈有关部门,当建筑物每天(24h)连续沉降量超过1mm时应停止施工,连续沉降大于2.0mm/d则应采取有效措施。 9)在施工期间,经常遇到的是沉降观测点被毁,观测人员应经常注意观测点变动情况,如有损坏应及时设置新的观测点。 10)建筑物的沉降量应随着荷重的加大及时间的延长而增加,但有时却出现上浮现象,这时需要具体分析上浮现象的原因。NrpoJac3v1 11)对于深基础或高层、超高层建筑,基础的荷载不可漏测,观测点需从底板开始布设并观测。根据设计资料,如仅在建筑底层布设观测点,将漏掉大约三层楼的荷载,从而影响变形1nowfTG4KI 的整体分析,因此,对这类建筑的沉降观测,应从基础施工时就开始,以获取基础和上部结构的沉降量。

12)建筑物的沉降观测是一项长期的系统观测工作,为了保证获得资料的正确性,应尽可能地固定观测人员,固定所用的水准仪和水准尺,按规定日期、方式及路线从固定的水准点出发进行观测。fjnFLDa5Zo