建设中高层建筑物的沉降观测
摘要：结合工程实例，介绍利用电子水准仪对建设中高层建筑物沉降观测的整个观测过程，并进行了数据处理和分析；用折线图和柱状图直观的表达沉降的趋势，并总结了在沉降观测过程中需要注意的问题。
关键词：高层建筑；沉降观测；数据处理与分析
引言
目前由于城市化进程不断加快，而土地却无法满足人口增长的需要，为满足这种需求，各种复杂、大型的高层建筑物日益增多[1]。在建筑物建造的过程中，建筑物基础的构造不均匀，地下水位季节性和周期性变化，建筑物本身的荷重、结构等等，都会使建筑物发生不同程度的沉降。为保证建筑物的使用安全，对其进行沉降观测显得极其重要。通过处理观测数据，分析出沉降变化趋势，以便及时采取相应的应对措施。
1.工程实例
1.1 工程概况
本工程位于某市商务区核心区域连云港路，由一幢办公主楼和商业裙房组成。其中办公主楼地上56层，地下车库5层，建筑总高度247.20m。办公主楼的结构类型为框架-核心筒结构，商业裙楼为框架-剪力墙结构 。
1.2 沉降观测的目的、依据及原则
（1）沉降观测目的
沉降观测实际上就是测量建筑物上所设观测点与水准基准点间随时间推移的高差变化量。对于建筑物从开始施工到建成很长一段时间内，沉降变形都是不可避免的。一旦沉降变形超过了某一限度，就会危及建筑物的安全。因此必须对整个建筑物进行沉降观测，以便及时掌握变形情况，发现问题，采取措施。 （2） 沉降观测依据
1）《建筑变形测量规程》(JGJ 8-2007)； 2）《工程测量规范》(GB50026－2007)；
3）《国家一、二等水准测量规范》(GB/T127-2006)； 4）《数字水准仪检定规程》（CH/T 8019-2009）； 5）甲方、设计方提供的有关技术要求。 （3）沉降观测的“五定”原则 “五定”即沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降监测点，点位要稳定； 所用仪器、设备要固定而且性能要稳定；观测人员要尽量固定；观测时的环境条件应大体一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。遵守以上原则，在客观上能尽量减少不确定性的观测误差 ，从而保证了观测结果的准确性，使各次观测结果与首次观测的结果更有可比性，所观测的沉降量更可靠[2]。
1.3 沉降观测的基本要求
（1） 观测精度
本次沉降观测采用SOKKIA SDL1X电子水准仪，执行《国家一、二等水准测量规范》（GB 127—91），按一等水准测量的要求进行施测。水准观测时的要求如表1，水准观测的限差如表2。
表1水准观测的视线长度、前后视距和视线高度（m）
等级 一级 视线长度 ≥3且≤30 前后视距差 ≤0.7
表2水准观测的限差(mm)
等级 基辅分划读数之差 0.3 基辅分划所测高差之差 0.5 往返较差及附合或环线闭合差 ≤0.3单程双测站所测高差较差 ≤0.2检测已测测段高差之差 ≤0.45前后视距差累计 ≤1.0 视线高度 ≥0.6 一级 n n n 注：n为测站数 （2）观测周期
1）自基础垫层完成后起直至竣工后沉降稳定。
建筑物在施工期间每完成二层观测一次（地下室施工每完成一层观测一次）；
主体结构封顶后每一个月一次；竣工后每一季度一次，竣工一年后每半年一次，直至沉降稳定为止，即连续二次半年沉降量≤2mm,说明基础沉降已趋于稳定，即可停止观测。
对于突然发生，严重裂缝或大量沉降等特殊情况，应增加观测次数；
2）参考基准点稳定性联测：在观测初期观测1次，封顶后、楼体沉降观测结束时各观测1次，以便检验、校核观测资料。 （3）基准点及沉降观测点的布设
高程基准点是沉降观测的基本控制点。依据《规范》要求，一般高层建筑物垂直形变监测网至少由三个基点组成，基准点应选设在建筑物沉降影响范围以外，便于长期保存的稳定位置，一般规定点位距建筑物的距离应大于建筑物基础最大宽度的2倍，稳定期应不小于
【】【】
15天23。该项目的沉降观测基准点埋设于围绕万达广场的路边绿化带中，共设立4个基准点(BM0~BM3)，构成外围联测水准网。本次观测的水准基准点按照JGJ 8-2007《建筑变形测量规程》中的附录A.0.6混凝土普通水准标石方式进行埋设，中间刻十字作为平面观测
【】
中心4，规格如图1所示：
图1 混凝土普通水准标石（单位：mm）
沉降观测点的布设是沉降观测工作的基础，设立在能够反应目标变形特征的位置，便于观测，易于保存。一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点间距以15 m ～ 30m 为宜，均匀地分布在建筑物的周围。根据本项目特点，目前还在施工，主体共布设8个观测点，点号为C1到C8，沉降观测点采用角钢埋在主体承重墙上，在墙上钻取100 mm～160 mm 深的孔眼，插入角钢后用1：2 砂浆浇筑在建筑物上。观测点埋设点位分
布图2所示：
图2 沉降观测点分布图
1.4 精密水准测量
使用电子水准仪既能满足沉降监测精度（一等或二等水准测量）的要求，又可以方便快捷的测量并记录数据，测量结果客观[5]。利用图像处理技术自动识别读数，免除了观测员人工读数误差的影响[6]。
根据现场布点的实际情况设计观测路线，形成一条合理的闭合线路。仪器设置，创建新文件，现场实测i角仪器自动补偿。首期观测是沉降观测的关键，首先往返观测水准基点，获得沉降点的初始高程；然后，从BM0点起按照一等水准测量观测要求和沉降观测的原则对每个沉降观测点进行测量，最终闭合到原点BMO。
1.5 数据处理与分析
（1）数据处理
每次观测都是以基准点BM0为已知高程点，采用高程坐标系，设其相对高程为1m,经平差计算求出各观测点的相对高程值。本次沉降观测数据通过专业的数据平差软件进行处理，计算出各沉降点的高程值，及沉降量、沉降速度等。沉降观测汇总成果表如表3所示：
表3 沉降观测汇总成果表
沉降观测汇总成果表 观测点 第1期 沉降量（mm） 本次 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 累计 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 第2期 沉降量（mm） 本次 -2.77 -2.03 -4.24 -2.29 -3.57 -2.25 -1.90 -3.32 累计 第3期 沉降量（mm） 本次 累计 -3.03 -3.00 -3.21 -4.16 -9.00 -3.12 -3.73 第4期 沉降量（mm） 本次 -0.42 -0.58 -0.33 -0.47 -0.88 -0.59 -0.94 累计 第5期 沉降量（mm） 本次 累计 -3.45 -3.58 -16.75 -3.54 -4.63 -9.88 -3.71 -4.67 -2.77 -0.26 -2.03 -0.99 -4.24 0.19 -2.29 -0.92 -3.57 -0.59 -2.25 -6.75 -1.90 -1.22 -3.32 -0.41 -3.45 -0.71 -3.58 0.11 -3.54 -0.95 -4.63 -0.93 -9.88 -0.63 -3.71 -0.30 -4.67 -0.31 -4.05 -12.70 -16.75 -0.54
（2）数据分析
随着科学技术的不断进步，处理沉降观测数据的模型也越来越多，现在比较常用的有回归分析法、时间序列分析法、人工神经网络等等。查阅很多文献，这些方法都可以比较好的预测沉降趋势。本工程到现在只观测了8期，观测数据还无法准确的建立预测模型。现在EXCEL应用十分广泛，不但可以处理各种数据、表格，用EXCEL根据数据画出图形，也很简单便捷。因此用EXCEL做出前8期C1-C8各点的沉降趋势图，如图4所示：
图4 建筑物沉降曲线图
从建筑物的沉降曲线图可以看到，曲线的总体走势是第1期到第2期缓慢下沉，第2期到第6期数据表明建筑物随着荷载的增加，下沉较快，第6期到第8期过渡平稳，说明建筑物渐渐趋于稳定。而规范规定点位速率达到0.01~0.04mm/d范围内，方可停止周期性监测。此工程会继续监测，直至达到规范要求。
建筑物沉降观测中各个点的沉降速率也是具有很高的参考价值。根据规范，某点的下沉速度可按下式计算:
VnnHmnHnDm1„„„„„„„1.5-1
1 式中：Hm和Hm分别表示m次和m-1次观测n点时的下沉值；D表示两次观测的n间隔天数.
根据1.5-1可以算出各点沉降速率，然后做出沉降速率曲线图。这几次观测，各观测点都还出于下沉阶段，每个点观测的天数都是一致的，只要用各点累计沉降值做出图5所示的柱形图，可以简洁、清晰的比较出沉降速率大小，由柱形图我们可以容易的判断出C3观测点下沉速度最快。
图5 观测点累计值柱形图
2. 注意事项
1）进入施工区，必须戴安全帽，同时注意仪器和标尺的安全。
2）观测时，仪器应避免安置在有空压机、搅拌机、卷扬机等振动影响的范围内，塔式起重机等施工机械附近也不宜设站。 3）在施工期间，经常会遇到观测点被毁，可适当的加密观测点，在重要的位置可布置双点。此外，观测人员应注意观测点的变动情况，如有损坏，及时更换新的观测点。
4）建筑物的沉降量一般应随着荷重的增加及时间的延长而增加，但有时却出现回升现象；有时曲线表现为阶梯状或波动起伏，这时就需要具体分析这些异常沉降现象的原因。
5）建筑物的沉降观测是一项长期而又有周期的测量工作，为了确保测量数据的可靠性，应尽可能的固定观测人员，水准仪及水准尺等。按规定日期、方式及路线从固定的基准点出发进行测量。
6）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,必须高度准确；基准点也应定期复测。
3. 结语
本次观测采用电子水准仪进行精密测量，整体的沉降趋势比较平稳，观测点C3和C6下沉速度较快，但也逐渐平稳，该项目会按建设情况合理的继续进行监测，直至达到规范要求。建筑物的沉降观测是一项技术要求较高，长期而系统的的工作；同时，建筑物的沉降观测是一门交叉学科，它处于测绘学和土建工程学科的边缘，涉及到测绘工程、工程地质、建筑工程、工程力学等方方面面。建筑物的沉降观测只是其中的一方面，我们要从建筑物的沉降程度映射到整个地区的沉降趋势，引起足够的重视[7]。
参考文献：
[1]陈芳.高层建筑施工中的沉降观测[J].中华民居（下旬刊），2014：308-309.
[2]包雍卿等.高层建筑物沉降观测及形变分析[J].测绘与空间地理信息.2012，35(11):220-221. [3]刘玉梅等.高层建筑物沉降观测及其数据分析[J].沈阳建筑工程学院学报(自然科学版).2003，19(4)：279-280.
[4]中华人民共和国建设部.JGJ 8-2007.建筑变形测量规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2007.
[5]武军，许.建筑物沉降监测数据处理与分析[J].北京测绘.2015，(05):91-92. [6]罗维扬，刘少靖.电子水准仪在沉降观测中的应用分析[J].企业技术开发.2015，34(29):55-56. [7]温宇斌.建筑物沉降观测的实践及探讨[J].测绘通报.2002，(11):38-39. [8]李青岳，陈永奇.工程测量学(第 3 版) [M]． 北京: 测绘出版社，1995.