高層建筑變形監(jiān)測(cè)

14.2高層建筑變形監(jiān)測(cè)

高層建筑從施工準(zhǔn)備起，到全部工程竣工后的一段時(shí)間內(nèi)，應(yīng)按施工與設(shè)計(jì)的要求，進(jìn)行沉降、位移和傾斜等變形觀測(cè)。一般分兩部分：一部分是觀測(cè)高層建筑施工造成周?chē)徑?構(gòu))筑物和護(hù)坡樁的變形以及日照等對(duì)建筑物施工影響的變形，以保證安全和正確指導(dǎo)施工，這是直接為施工服務(wù)的變形觀測(cè)；另一部分是在整個(gè)施工過(guò)程中和竣工后，觀測(cè)高層建筑各部位的變形，以檢查施工質(zhì)量和工程設(shè)計(jì)的正確性，并為有關(guān)地基基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反饋信息。

14.2.1監(jiān)測(cè)項(xiàng)目清單

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目清單見(jiàn)表14-3。

表14-3

高層建筑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目清單

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)內(nèi)容沉降觀測(cè)1施工對(duì)鄰近建(構(gòu))筑物影響的觀測(cè)打樁和采用井點(diǎn)降低水位等，均會(huì)使鄰近建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不均勻的沉降、裂縫和位移等變形。為此，應(yīng)在打樁、井點(diǎn)降水影響范圍以外設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)距基坑一定范圍的建(構(gòu))筑物上設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)，并進(jìn)行沉降觀測(cè)。并針對(duì)其變形情況，采取安全防護(hù)措施。2施工塔吊基座的沉降觀測(cè)高層建筑施工使用的塔吊，噸位和臂長(zhǎng)均較大。隨著施工的進(jìn)展，塔吊可能會(huì)因塔基下沉、傾斜而發(fā)生事故。因此，要根據(jù)情況及時(shí)對(duì)塔基四角進(jìn)行沉降觀測(cè)，檢查塔基下沉和傾斜狀況，以確保塔吊運(yùn)轉(zhuǎn)安全。3地基回彈觀測(cè)一般基坑越深，挖土后基坑底面的原土向上回彈的越多，建筑物施工后其下沉也越大。為了測(cè)定地基的回彈值，基坑開(kāi)挖前，在擬建高層建筑的縱、橫主軸線(xiàn)上，用鉆機(jī)打直徑100mm的鉆孔至基礎(chǔ)底面以下300～500mm處，在鉆孔套管內(nèi)壓設(shè)特制的測(cè)量標(biāo)志，測(cè)定其標(biāo)高。當(dāng)套管提出后，測(cè)量標(biāo)志即留在原處。待基坑挖至底面時(shí)，測(cè)出其標(biāo)高，然后，在澆筑混凝土基礎(chǔ)前，再測(cè)一次標(biāo)高，從而得到各點(diǎn)的地基回彈值。地基回彈值是研究地基土體結(jié)構(gòu)和高層建筑物地基下沉的重要資料。4地基分層和鄰近地面的沉降觀測(cè)這項(xiàng)觀測(cè)是了解地基下不同深度、不同土層受力的變形情況與受壓層的深度，以及了解建筑物沉降對(duì)鄰近地面由近及遠(yuǎn)的不同影響。這項(xiàng)觀測(cè)的目的和方法基本與地基回彈觀測(cè)相同。5建筑物自身的沉降觀測(cè)這是高層建筑沉降觀測(cè)的主要內(nèi)容。當(dāng)澆筑基礎(chǔ)墊層時(shí)，就在墊層上設(shè)計(jì)指定的位置埋設(shè)好臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)。一般每施工一層觀測(cè)一次，直至竣工。工程竣工后的第一年內(nèi)要測(cè)四次，第二年測(cè)二次，第三年后每年一次，直至下沉穩(wěn)定為止。一般砂土地基測(cè)二年，粘性土地基測(cè)五年，軟土地基測(cè)十年。位移觀測(cè)1護(hù)坡樁的位移觀測(cè)無(wú)論是鋼板護(hù)坡樁還是混凝土護(hù)坡樁，在基坑開(kāi)挖后，由于受側(cè)壓力的影響，樁身均會(huì)向基坑方向產(chǎn)生位移。為監(jiān)測(cè)其位移情況，一般要在護(hù)坡樁基坑一側(cè)500mm左右設(shè)置平行控制線(xiàn)，用經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線(xiàn)法，定期進(jìn)行觀測(cè)，以確保護(hù)坡樁的安全。2日照對(duì)高層建筑物上部位移變形的觀測(cè)這項(xiàng)觀測(cè)對(duì)施工中如何正確控制高層建(構(gòu))筑物的豎向偏差具有重要作用。觀測(cè)隨建(構(gòu))筑物施工高度的增加，一般每30m左右實(shí)測(cè)一次。實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)選在日照有明顯變化的晴天天氣進(jìn)行，從清晨起每一小時(shí)觀測(cè)一次，至次日清晨，以測(cè)得其位移變化數(shù)值與方向，并記錄向陽(yáng)面與背陽(yáng)面的溫度。豎向位置以使用天頂法為宜。3建筑物本身的位移觀測(cè)由于地質(zhì)或其它原因，當(dāng)建筑物在平面位置上發(fā)生位移時(shí)，應(yīng)根據(jù)位移的可能情況，在其縱向和橫向上分別設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)和控制線(xiàn)，用經(jīng)緯儀視準(zhǔn)線(xiàn)或小角度法進(jìn)行觀測(cè)。傾斜觀測(cè)1建(構(gòu))筑物豎向傾斜觀測(cè)一般要在進(jìn)行傾斜監(jiān)測(cè)的建(構(gòu))筑物上設(shè)置上、下二點(diǎn)或上、中、下多點(diǎn)觀測(cè)標(biāo)志，各標(biāo)志應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。用經(jīng)緯儀正倒鏡法，由上而下投測(cè)各觀測(cè)點(diǎn)的位置，然后根據(jù)高差計(jì)算傾斜量?；蛞阅骋还潭ǚ较?yàn)楹笠暎脺y(cè)回法觀測(cè)各點(diǎn)的水平角及高差，再進(jìn)行傾斜量的計(jì)算。2建(構(gòu))筑物不均勻下沉對(duì)豎向傾斜影響的觀測(cè)這是高層建筑中最常見(jiàn)的傾斜變形觀測(cè)，利用沉降觀測(cè)的數(shù)據(jù)和觀測(cè)點(diǎn)的間距，即可計(jì)算由于不均勻下沉對(duì)傾斜的影響。

14.2.2變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

1）精度要求高

為了能準(zhǔn)確地反映出建(構(gòu))筑物的變形情況，一般規(guī)定測(cè)量的誤差應(yīng)小于變形量的1／10～1／20。為此，變形觀測(cè)中應(yīng)使用精密測(cè)量?jī)x器和精密的測(cè)量方法。具體精度要求參見(jiàn)第8章第8.2節(jié)的表8-1～表8-3。

2）觀測(cè)時(shí)間性強(qiáng)

各項(xiàng)變形觀測(cè)的首期觀測(cè)時(shí)間必須按要求及時(shí)進(jìn)行，否則得不到初始數(shù)據(jù)，從而使整個(gè)觀測(cè)失去意義。其它各階段的復(fù)測(cè)，也必須根據(jù)工程進(jìn)展定時(shí)進(jìn)行，不得漏測(cè)，這樣才能得到準(zhǔn)確的變形量及其變化情況。

3）提交觀測(cè)成果要及時(shí)

對(duì)于施工期間的變形監(jiān)測(cè)，一定要及時(shí)提交監(jiān)測(cè)成果，以便進(jìn)行信息化施工。另外，觀測(cè)成果要可靠、資料要完整，這是進(jìn)行變形分析的需要，否則得不到符合實(shí)際的結(jié)果。

14.2.3變形監(jiān)測(cè)的基本措施

為了保證變形觀測(cè)成果的精度，除按規(guī)定時(shí)間一次不漏的進(jìn)行觀測(cè)外，在觀測(cè)中應(yīng)采取“一穩(wěn)定、四固定”的基本措施。

1）一穩(wěn)定

一穩(wěn)定是指變形觀測(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，其點(diǎn)位要穩(wěn)定?；鶞?zhǔn)點(diǎn)是變形觀測(cè)的基本依據(jù)，每項(xiàng)工程至少要有3個(gè)穩(wěn)固可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)，并每半年復(fù)測(cè)一次，工作基點(diǎn)是觀測(cè)中直接使用的依據(jù)點(diǎn)，要選在距觀測(cè)點(diǎn)較近但比較穩(wěn)定的地方。對(duì)通視條件較好或觀測(cè)項(xiàng)目較少的高層建筑，可不設(shè)工作基點(diǎn)，而直接依據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)。變形觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)在被觀測(cè)物上最能反映變形特征，且便于觀測(cè)的位置。

2）四固定

四固定是指：①所用儀器、設(shè)備要固定；②觀測(cè)人員要固定；③觀測(cè)的時(shí)間要固定；④觀測(cè)的路線(xiàn)、鏡位、程序和方法要固定。

14.2.4電子水準(zhǔn)儀在高層建筑沉降觀測(cè)中的應(yīng)用

日本TOPCON公司生產(chǎn)的電子水準(zhǔn)儀DL-101C的標(biāo)稱(chēng)精度為±0.4mm/km，完全能夠達(dá)到沉降觀測(cè)所需要的二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。筆者利用電子數(shù)字水準(zhǔn)儀DL-101C進(jìn)行高層建筑的沉降觀測(cè)，取得良好效果。

表14-5

南京某高層住宅部分沉降觀測(cè)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)成果表(單位：mm)觀測(cè)日期觀測(cè)點(diǎn)號(hào)101104106110112第23期

97.08.30

（第23層）高程值8011.48007.98009.38000.0

本次沉降-0.7-0.6-0.9-1.1

累計(jì)沉降-11.7-11.1-13.7-16.0

第24期

97.09.05

（第24層）高程值8010.48007.08008.17998.3

本次沉降-1.0-0.9-1.2-1.7

累計(jì)沉降-12.7-12.0-14.9-17.7

第25期

97.09.13

（第25層）高程值8010.38006.88007.97998.0

本次沉降-0.1-0.2-0.2-0.3

累計(jì)沉降-12.8-12.2-15.1-18.0

第26期

97.09.18

（第26層）高程值8009.58005.88006.57996.8

本次沉降-0.8-1.0-1.4-1.2

累計(jì)沉降-13.6-13.2-16.5-19.2

第27期

97.09.24

（第27層）高程值8008.48005.08005.87995.6

本次沉降-1.1-0.8-0.7-1.2

累計(jì)沉降-14.7-14.0-17.2-20.4

第28期

97.09.29

（第28層）高程值8007.88004.48004.97994.7

本次沉降-0.6-0.6-0.9-0.9

累計(jì)沉降-15.3-14.6-18.1-21.3

圖14-3

沉降曲線(xiàn)圖

另外，本軟件同樣適用于常規(guī)儀器沉降觀測(cè)的內(nèi)業(yè)處理。利用光學(xué)精密水準(zhǔn)儀（如Ni007，NA2等）進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，記錄方式有電子手簿記錄和人工記錄兩種，如果是電子手簿記錄，則先要設(shè)法將電子手簿記錄的原始數(shù)據(jù)傳送到電腦，本軟件亦可對(duì)此原始記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算、自動(dòng)生成沉降成果電子表格和繪制沉降曲線(xiàn)圖。如果是手工記錄，則要將各次觀測(cè)平差成果通過(guò)人工輸入到電腦，并保存在一數(shù)據(jù)文件中，利用本軟件可以自動(dòng)生成沉降成果電子表格和繪制沉降曲線(xiàn)圖。

5）應(yīng)用前景

將電子數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)用于沉降觀測(cè)，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）效率高。由于儀器重量輕，又是自動(dòng)讀數(shù)，作業(yè)員勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕，觀測(cè)速度快，且無(wú)需記錄員，大大提高了工作效率；

（2）精度高。測(cè)量高差閉合差都能滿(mǎn)足沉降觀測(cè)的限差要求，從表14-4中的數(shù)據(jù)可以看出，大部分的測(cè)量高差閉合差fh的絕對(duì)值小于0.4mm，說(shuō)明電子數(shù)字水準(zhǔn)儀的性能穩(wěn)定；

（3）內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。利用PCMCIA卡記錄數(shù)據(jù)，可很方便地與電腦實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，再利用應(yīng)用軟件，可自動(dòng)生成沉降成果電子表格、自動(dòng)繪制沉降曲線(xiàn)圖等，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作變得非常輕松、迅速。

電子數(shù)字水準(zhǔn)儀應(yīng)用于其它領(lǐng)域，同樣有上述優(yōu)點(diǎn)。因此，電子數(shù)字水準(zhǔn)儀代表了當(dāng)今水準(zhǔn)測(cè)量發(fā)展的方向，有著廣闊的應(yīng)用前景。

14.2.5某高教公寓主體沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

1）概況

為高質(zhì)量地建設(shè)南京某高教公寓，掌握大樓施工過(guò)程中的變形情況，建設(shè)單位委托東南大學(xué)對(duì)南京某高教公寓A、B兩大樓主體進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)將A大樓主體施工階段的沉降監(jiān)測(cè)情況作簡(jiǎn)要介紹。

2）沉降監(jiān)測(cè)成果

南京某高教公寓A大樓布設(shè)了12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)。根據(jù)《工程測(cè)量規(guī)范》，主體施工階段，大樓每施工1～2層觀測(cè)一次。A幢是在1998年10月19日基礎(chǔ)施工完畢之后作首次觀測(cè)的，至1999年５月20日結(jié)構(gòu)封頂（32層）共進(jìn)行了20次觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果見(jiàn)表14-6。

表14-6

A幢沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)沉降量成果表（單位：mm）觀測(cè)日期20120220320420520620720820921021121298/10/19-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.099/05/20-9.2-5.3-10.2-9.3-5.4-5.4-7.1-10.2-11.5-9.6-8.1-12.7

3）沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

（1）累計(jì)沉降量分析

從表14-6中可以看出，A幢累計(jì)沉降量最大值是-12.7mm（212點(diǎn)），212點(diǎn)的平均下沉速度為-0.060mm/d（即每天下沉0.060mm）；累計(jì)沉降量最小值是-5.3mm（202點(diǎn)），202點(diǎn)的平均下沉速度為-0.025mm/d；累計(jì)沉降量的平均值是-8.67mm，平均下沉速度為-0.041mm/d。

從累計(jì)沉降量和下沉速度來(lái)看，數(shù)值均較小，這些情況均屬正常，且較為理想。

（2）不均勻沉降分析

不均勻沉降對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)影響較大。《地基基礎(chǔ)實(shí)用手冊(cè)》（中國(guó)建筑工業(yè)出版社）對(duì)多層、高層建筑由不均勻沉降引起的傾斜度提出限差如下：設(shè)建筑物總高度為H，當(dāng)H24m時(shí)，限差為4‰；當(dāng)24m<H60m時(shí)，限差為3‰；當(dāng)60m<H100m時(shí)，限差為2‰；當(dāng)H>100m時(shí)，限差為1.5‰。