对高层建筑物沉降安全性分析

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

随着社会的不断进步，高层及超高层建(构)筑物越来越多，这些建(构)筑物的全部重量和荷载都通过基础传给地基。在压缩性地基上，基础沉降超过一定限度就会导致上部结构的变形或开裂，严重时甚至危及建(构)筑物的安全或影响其正常使用。这时就需要进行建筑物的沉降观测，其目的是监视建筑物在施工过程中和竣工后，投入使用中的安全情况；验证地质勘察资料和设计数据的可靠程度；研究变形的原因和规律，以改进设计理论和施工方法。

2 沉降观测的基本要求

2.1 仪器设备

根据沉降观测精度要求高的特点，为能够精确地反映出建（构）筑物在不断加荷作用下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/2—1/10，为此，要求沉降观测应使用精密水准仪（DS1级或DS0.5级亦可用DS3级—满足于工程测量）。 水准尺也应使用受环境及温差变化影响小的高精度铝合金水准尺。在不具备铝合金水准尺的情况下，使用一般塔尺时应尽量使用第一段标尺。

2.2观测时间的要求

建（构）筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，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，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。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以一定的时间段为一个观测周期（如30天为一个周期）或按建筑物有加荷情况每升高一层（或楼层）为一个观测周期。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。

2.3观测点的要求

为了能够反映出建（构）筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映建（构）筑物沉降特征且便于观测的位置。一般要求在建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，相邻点之间间距以15~30m为宜，均匀地分布在建筑物的周围（埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点）。通常情况下，建（构）筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图，观测点的设置应按设计要求布置。

2.4沉降观测的 “五定”原则和“三固定”原则

所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，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。

另外为了提高精度，每次观测均应遵循固定观测人员、固定观测仪器、固定测量路线的“三固定”原则。在客观上尽量减少观测误差的不定性，使测得的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果具有更好的可比性，更真实地反映实际沉降量。

2.6 沉降观测精度及成果整理计算的要求

根据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。在未有特殊要求的情况下，一般性的高层建（构）筑物施工过程中，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：

（1）往返交差、附和或环线闭合差为

（1）

（2）

（2）前后视距≤30m，前后视距差≤1.0m，前后视距累计差≤3.0m。

（3）沉降观测点相对后视点的高差容差应≤1.0mm，水准仪精度不低于DS3级别。

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，要根据依据正确、严谨有序、步步校核、结果有效的原则进行成果整理及计算。

3具体施测程序及步骤

3.1 建立水准控制网

根据工程的特点布局、现场的环境条件制订测量施测方案。以建设单位提供的水准控制点（或以城市提供的精密导线点）、工程的测量施测方案和布网原则的要求建立水准控制网。

具体要求：

1 一般高层建筑物周围要布置三个以上水准点，水准点的间距不应大于100m。

2 在场区内任何地方架设仪器时，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1.5m）。

最后与基准点联测，平差计算出各水准点的高程。

3.2 建立固定的观测路线

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。在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线进行。

3.3 沉降观测

根据编制的工程施测方案及确定的观测周期进行观测。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），等临时观测点稳固好后，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DS1级或DS0.5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后决定。

3.4 检查整理各次观测记录

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。如某个观测点的每周期沉降量为Δc，则累计沉降量为：

（3）

式中n表示观测点号。根据各观测周期平差计算的沉降量，列统计表，进行汇总。

4 建筑物沉降预测分析

4.1 沉降变形特征

1 内部因素引起的变形

合理变形：建筑物自身的构筑形态造成荷载分布不均衡使建筑物发生变形，这种变形一般小于允许变形值，随着时间的推移而趋于稳定。

施工误差变形：由于施工误差而造成荷载分布和预计分布不符，从而造成建筑物变形，这种变形对局部来讲一般很小，但考虑从下部到上部的累积变形间的相互影响时，它是建筑物达到危险变形的一个重要因素。

2 外部因素引起的变形

基础形变：由于建筑物的重量，使基础上的土壤被压实，引起建筑物沉降。

其余因素引起的变形：由于基础的地质构造不均匀，季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的摆动等，还有一些其他原因引起的变形，这里不包括偶然性的地震因素。

4.2 沉降监测分析

沉降观测和沉降规律分析研究是沉降工作不可缺少的两个工作阶段。观测是对工程状态进行数据采集，规律分析研究是对所采集的数据进行整理、归纳和研究，是观测工作的重要组成部分。观测的真正价值在于能起到工程安全监测和工程状态说明或预测的作用，及时采取相应措施，保证工程顺利进行，并由此提出工程评价，指导工程施工。因此观测分析应及时进行，否则就失去观测意义。

沉降预测分析是沉降监测不可缺少的组成部分。在建筑物的主体封顶竣工以后，还要对建筑物进行为期2-3年的监测，其主要目的是为预测建筑物的沉降趋势以便正确地对工程状态及质量作出评价。常用沉降趋势的预测模型有：多元线性回归模型，时间序列分析模型，灰色系统预测模型等。

5 结论

沉降观测是确保高层建筑物质量和运营安全的重要措施之一，我站辖区内的六圩灯塔是中国内河第一高灯塔，位于京杭运河与长江交汇口，塔高66.9米，通过本人多年的沉降观测，没有发现超误差沉降，满足了进出长江船舶的安全导航作用。为了保证建(构)筑物的正常使用寿命和建(构)筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料和相应的沉降参数，为设计部门的预测分析提供有效的数据支持，我们应该对建筑物的沉降观测引起足够的重视。