孫貴平，單 劍

(青島地質(zhì)工程勘察院，山東青島 266071)

載荷穩(wěn)定狀態(tài)下沉降觀測研究*

孫貴平，單 劍

(青島地質(zhì)工程勘察院，山東青島 266071)

建筑物在建成后一段時(shí)間內(nèi)仍需進(jìn)行沉降觀測，觀測周期及停止觀測的時(shí)間值得探討。載荷穩(wěn)定情況下，可以根據(jù)沉降量及觀測精度確定觀測周期，使用雙曲線模型進(jìn)行沉降預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果確定停止觀測的時(shí)間。實(shí)踐表明，該方法可以確定觀測周期及停止觀測的時(shí)間，在降低成本的同時(shí)保證了觀測質(zhì)量。

沉降量;觀測周期;雙曲線模型;沉降預(yù)測

0 引言

建筑物建成后仍需進(jìn)行沉降觀測，沉降量超過一定限度或不均勻沉降會危及建筑物的安全。與施工階段不同，建成后建筑物的載荷基本穩(wěn)定，沉降更有規(guī)律性。如何根據(jù)沉降規(guī)律確定觀測周期及停止沉降觀測的時(shí)間值得探討。

1 觀測周期的確定

1.1 現(xiàn)狀

目前沉降觀測周期一般參照《建筑變形測量規(guī)范》[1]及《工程測量規(guī)范》[2]。文獻(xiàn)[1]規(guī)定，使用階段的觀測次數(shù)應(yīng)視地基土類型和沉降速率大小而定，除有特殊要求外，可在第一年觀測3～4次，第二年觀測2～3次，第三年后每年觀測1次，直至穩(wěn)定為止;文獻(xiàn)[2]規(guī)定建筑物封頂后應(yīng)每3個(gè)月觀測1次，觀測1年，直至建筑物穩(wěn)定為止。

可以看出，文獻(xiàn)[1～2]只對一般情況下的觀測周期作出了規(guī)定，并非所有沉降觀測都適用。

1.2 觀測周期的確定

沉降觀測周期不能太長或太短。周期太長，無法反映建筑物的真實(shí)沉降情況;周期太短，受觀測誤差的影響，沉降數(shù)據(jù)可靠性較低，且增加了大量人力物力。只有沉降量大于等于沉降量誤差的若干倍時(shí)，觀測成果才可靠。因此，沉降觀測周期應(yīng)取決于沉降量及觀測精度。

觀測點(diǎn)的沉降量為兩次觀測高程之差，即:根據(jù)誤差傳播定律，沉降量ΔH的中誤差為:

兩次觀測可視為同精度觀測，即mH1=mH2=m，則:

設(shè)沉降速率為V，一個(gè)觀測周期沉降量與其誤差之比為K，沉降觀測周期為T，則:

根據(jù)ΔH=VT，則:

由此，即可求得沉降觀測周期T。

在實(shí)際應(yīng)用中，m取沉降觀測精度估算中最弱點(diǎn)的中誤差;V取上一觀測周期沉降量與時(shí)間的比值。若各點(diǎn)沉降差值較大，應(yīng)取最大值;一般情況下，取K=10為宜 。

2 沉降觀測停止時(shí)間的確定

2.1 確定方法

最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d可認(rèn)為建筑物進(jìn)入穩(wěn)定階段，可以停止沉降觀測[1]。穩(wěn)定之前已經(jīng)累積了一定的觀測數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)的規(guī)律，進(jìn)行沉降預(yù)測，根據(jù)預(yù)測結(jié)果計(jì)算日平均沉降速率，確定停止沉降觀測時(shí)間。對部分觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測來驗(yàn)證沉降預(yù)測的正確性，這樣在減少工作量的同時(shí)，也保證了沉降觀測質(zhì)量?？梢钥闯?，該方法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確預(yù)測沉降量。

2.2 常用沉降預(yù)測方法

沉降預(yù)測方法主要有3種[4]:一是分層總和法，使用簡化的固結(jié)公式計(jì)算固結(jié)度，從而估算沉降發(fā)展規(guī)律;二是數(shù)值計(jì)算法，根據(jù)固結(jié)理論，結(jié)合土的本構(gòu)模型計(jì)算最終沉降量;三是擬合法，通過實(shí)測數(shù)據(jù)來推算沉降量與時(shí)間的關(guān)系。

分層總和法、數(shù)值計(jì)算法在理論上可行，但所涉及的參數(shù)必須通過實(shí)驗(yàn)獲得。取樣過程中土樣會產(chǎn)生擾動，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)得出的參數(shù)與實(shí)際參數(shù)相差甚遠(yuǎn)，因此根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算的沉降量與實(shí)際沉降規(guī)律常常不符合。擬合法有一定的理論基礎(chǔ)，可以充分利用實(shí)測數(shù)據(jù)，其結(jié)果令人滿意。

目前根據(jù)沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測的方法較多，主要有雙曲線法[5]、指數(shù)曲線法[6]、泊松曲線法[7]、灰色理論預(yù)測法[8]、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法[9]等。具體應(yīng)用中，可以根據(jù)沉降數(shù)據(jù)選擇合適的模型進(jìn)行預(yù)測。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

某高層建筑建成后仍需進(jìn)行沉降觀測。該項(xiàng)目共布設(shè)3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，6個(gè)沉降觀測點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)之間按照一級觀測要求進(jìn)行，沉降觀測按照二級觀測要求進(jìn)行，在觀測時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范。

3.2 觀測周期

根據(jù)式(5)，取K=10，該項(xiàng)目為二級觀測，m取沉降觀測精度估算中最弱點(diǎn)的中誤差1 mm。沉降觀測數(shù)據(jù)，見表1。

表1 觀測周期預(yù)測表Tab.1 Observation cycle prediction table

從表1可以看出，該建筑各點(diǎn)沉降量差異較小，根據(jù)第二次觀測平均沉降量計(jì)算下次觀測周期為36 d。由此計(jì)算出第三次沉降觀測的時(shí)間為2009年7月11日。

根據(jù)第三次沉降觀測結(jié)果，取平均值計(jì)算沉降速率，第四次沉降觀測周期為61 d，則第四次觀測時(shí)間為2009年9月10日。以此類推各次沉降觀測時(shí)間，直到建筑物穩(wěn)定為止。

3.3 沉降觀測停止時(shí)間的確定

3.3.1 雙曲線模型

文獻(xiàn)[5]提出，在建筑物載荷穩(wěn)定階段，沉降量與時(shí)間的關(guān)系可以使用雙曲線模型擬合。

設(shè)監(jiān)測時(shí)間為t，對應(yīng)時(shí)間t的沉降量為S，則建立沉降量與監(jiān)測時(shí)間的擬合關(guān)系式:

式中:yi為與沉降量有關(guān)的因變量;xi為與時(shí)間有關(guān)的因變量;vi為隨機(jī)因素對yi影響的總和(改正數(shù));^a、b^為回歸系數(shù)。

根據(jù)n次觀測值，按最小二乘原理，在[vv]最小的條件下解得:

按求得的^a、b^值建立式(6)的沉降量趨勢模型，同時(shí)對回歸模型的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.3.2 沉降預(yù)測

根據(jù)計(jì)算所得觀測周期，進(jìn)行沉降觀測，共進(jìn)行5次沉降觀測，觀測結(jié)果，見表2。

表2 沉降觀測結(jié)果表Tab.2 Subsidence observation result

使用雙曲線模型進(jìn)行沉降預(yù)測，經(jīng)過計(jì)算，將觀測日期倒數(shù)(x)與沉降量倒數(shù)(y)轉(zhuǎn)換為線性模型，得 y=1.917 5x+0.024 7，同時(shí)計(jì)算相關(guān)系數(shù)R2為0.999 2，擬合結(jié)果較好。

由表2可知，第四個(gè)觀測周期的平均沉降速率為0.044 mm/d，尚不能滿足最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d的要求，因此繼續(xù)下一周期觀測。

根據(jù)所得模型，預(yù)測未來沉降量。預(yù)測累計(jì)675 d時(shí)累計(jì)沉降量為36.31 mm，則100 d平均沉降速率為0.014 7 mm/d，故停止沉降觀測。

為驗(yàn)證沉降預(yù)測的正確性，累計(jì)675 d時(shí)增加1次觀測，得到平均累計(jì)沉降量為36.18 mm，接近且小于預(yù)測結(jié)果，說明雙曲線預(yù)測模型擬合精度較好，且比較安全。

4 應(yīng)注意的問題

利用本文所述方法確定沉降觀測周期時(shí)，應(yīng)注意以下問題:

1)該方法僅能在建筑物載荷及周邊環(huán)境穩(wěn)定的情況下使用。載荷不穩(wěn)定或周邊地質(zhì)環(huán)境比較敏感時(shí)(例如基坑開挖、大量抽取地下水、施工等)，應(yīng)加大沉降觀測密度，以便真實(shí)反映建筑物沉降情況。

2)在沉降觀測中，可能出現(xiàn)某一沉降點(diǎn)沉降量遠(yuǎn)大于其他沉降點(diǎn)的情況，此時(shí)可能是該點(diǎn)不穩(wěn)定或受到高空墜物打擊，不能反映真實(shí)情況。應(yīng)根據(jù)沉降觀測點(diǎn)的情況結(jié)合附近沉降觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，得出沉降的真正原因。

3)在建筑物均勻沉降的情況下，可以根據(jù)平均沉降量來計(jì)算觀測周期，但在沉降量差異較大的情況下，應(yīng)分別計(jì)算或根據(jù)最大沉降量計(jì)算沉降觀測周期。

4)沉降觀測模型較多，在載荷穩(wěn)定情況下，使用雙曲線模型預(yù)測效果較好。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)沉降實(shí)際情況選擇合適的沉降模型進(jìn)行預(yù)測。

5 結(jié)論

根據(jù)沉降量計(jì)算觀測周期，使沉降觀測日期的確定有了可靠依據(jù)，減少了觀測工作的盲目性，保證了觀測精度。但是，在特殊情況下應(yīng)加大觀測密度，以便真實(shí)反映沉降情況。

使用雙曲線模型預(yù)測未來沉降量，并計(jì)算未來沉降速率。通過驗(yàn)證可以看出，該方法可以滿足載荷穩(wěn)定狀態(tài)下的沉降預(yù)測，從而可以確定沉降觀測停止時(shí)間。

[1]JGJ－8－2007，建筑變形測量規(guī)程[S].

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Study about Subsidence Observation under Load Stable State

SUN Gui-ping，SHAN Jian
(Qingdao Institute of Geological Engineering Exploration，Qingdao Shandong 266071，China)

The subsidence observation still is of the need after building established for a period of time，the observation cycle and the time to stop observation are worthy to discuss problems.Under the condition of load stable state，the authors consider that the subsidence quantity，observation precision can be used to confirm observation cycle，using hyperbola model to make prediction，the stopped observation time is confirmed by prediction result.The practice indicates this method could confirm observation cycle and stopping observation time and so the method could reduce the cost and ensure observation quality as well.

subsidence quantity;observation cycle;hyperbola model;sedimentation predict

TU 196+.1

B

1007－9394(2011)02－0021－03

2011－02－25

孫貴平(1981～)，男，吉林長春人，助理工程師，現(xiàn)主要從事測繪及相關(guān)方面的工作。