衛(wèi)艷霞

(黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧 810008)

0 引言

從20世紀(jì)90年代以來(lái)，工程變形監(jiān)測(cè)手段的硬件和軟件迅速發(fā)展，人類社會(huì)的進(jìn)步，加快了工程建設(shè)的進(jìn)程，并且對(duì)現(xiàn)在工程建筑物的規(guī)模、造型、難度提出了更高的要求，保證工程建筑物安全施工是一個(gè)十分重要而且很現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題［1］。因此，變形監(jiān)測(cè)工作的意義更加重要，成為工程設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制的重要手段［2，3］。

1 主要觀測(cè)方法

按照J(rèn)GJ 8-2007建筑變形測(cè)量規(guī)范中二等變形觀測(cè)的技術(shù)要求，

使用精密電子水準(zhǔn)儀并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況深入探究了施工建筑沉降方案，包括對(duì)沉降基點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)、觀測(cè)周期的確定以及基準(zhǔn)點(diǎn)的檢測(cè)方法等。通過(guò)繪制各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降折線圖來(lái)反映各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)沉降變化過(guò)程。計(jì)算出各個(gè)點(diǎn)的沉降速度，分析各點(diǎn)穩(wěn)定性。最終通過(guò)計(jì)算確定平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、最大傾斜值、最小傾斜值。具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 沉降工作流程圖

2 沉降觀測(cè)實(shí)踐

2.1 工程概況

工程為某商住樓，該工程所處的地段由于二十多年來(lái)過(guò)量開(kāi)采地下水，從而致使地下水位急劇下降。處于符合漏斗范圍的地方存在孔隙比較大，高壓縮土層。因此，工程區(qū)較容易引起地面的沉降。

2.2 觀測(cè)儀器及精度要求

沉降觀測(cè)儀器一般使用精密水準(zhǔn)儀，測(cè)量精度的確定極其重要，過(guò)高的精度要求使測(cè)量工作復(fù)雜、增加費(fèi)用和時(shí)間，精度定的太低又會(huì)增加變形分析的困難，使所估計(jì)的變形參數(shù)誤差增大，得出不正確的結(jié)論。制定變形觀測(cè)的精度取決于變形的大小、速率、儀器和方法所能達(dá)到的實(shí)際精度，以及觀測(cè)的目的等［8］。測(cè)量精度確定后，測(cè)量過(guò)程嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 8-2007建筑變形測(cè)量規(guī)范中二等變形觀測(cè)的技術(shù)要求施測(cè)獲得了可靠的數(shù)據(jù)，此時(shí)的觀測(cè)精度可達(dá)到0.3 mm/km。

2.3 觀測(cè)系統(tǒng)的建立

1)水準(zhǔn)基點(diǎn)的選埋。具體要求水準(zhǔn)基點(diǎn)要布設(shè)在建筑物沉降區(qū)、施工機(jī)器震動(dòng)區(qū)及開(kāi)挖區(qū)的范圍以外，水準(zhǔn)基點(diǎn)與鄰近建筑物的距離應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)深度的1.5倍～2.0倍。至少布設(shè)三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)構(gòu)成閉合檢校，并保證在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)任何地方架設(shè)儀器至少后視到兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)水準(zhǔn)基點(diǎn)離開(kāi)觀測(cè)點(diǎn)不應(yīng)大于100 m。沉降觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)可根據(jù)地質(zhì)條件不同選擇深埋式或淺埋式［9］，圖2為三個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)點(diǎn)位分布。

圖2 水準(zhǔn)基點(diǎn)分布圖

2)沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)。沉降觀測(cè)點(diǎn)是固定在觀測(cè)的高層建筑物上的標(biāo)識(shí)，選用的是直徑為20 mm的螺紋鋼，用沖擊鉆固定在建筑物的墻體上。按照J(rèn)GJ 8-2007建筑物變形測(cè)量規(guī)范中要求沉降觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和位置應(yīng)能全面反映建筑物的沉降情況［10］，在下列位置點(diǎn)位選設(shè)如圖3所示。

2.4 觀測(cè)周期的確立

圖3 沉降觀測(cè)點(diǎn)位圖（單位：m）

沉降觀測(cè)周期包括沉降觀測(cè)網(wǎng)的觀測(cè)周期和基準(zhǔn)網(wǎng)檢驗(yàn)周期。施工階段的觀測(cè)隨施工進(jìn)度及時(shí)進(jìn)行。觀測(cè)次數(shù)與時(shí)間應(yīng)視地基與加荷情況而定。施工過(guò)程中如暫時(shí)停工，在停工時(shí)及重新開(kāi)工時(shí)應(yīng)各觀測(cè)一次。停工期間，可每隔2個(gè)月～3個(gè)月觀測(cè)一次。封頂至竣工階段觀測(cè)，每月觀測(cè)一次。在觀測(cè)過(guò)程中，如有基礎(chǔ)附近地面荷載突然增減、基礎(chǔ)四周大量積水、長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨等情況，均應(yīng)及時(shí)增加觀測(cè)次數(shù)。當(dāng)建筑物突然發(fā)生大量沉降、不均勻沉降或嚴(yán)重裂縫時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測(cè)［11］。

2.5 進(jìn)行沉降觀測(cè)

本次觀測(cè)選用的儀器為徠卡NDA03精密水準(zhǔn)儀，配合銦鋼條碼尺觀測(cè)精度可以達(dá)到0.3 mm/km，沉降觀測(cè)的觀測(cè)路線是由沉降基點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn)組成閉合路線。因?yàn)槭状斡^測(cè)的沉降點(diǎn)高程值是以后計(jì)算沉降量的依據(jù)。因此，要求必須采用往返測(cè)兩次觀測(cè)，且兩次觀測(cè)都應(yīng)為偶數(shù)站。在兩次所測(cè)得的沉降點(diǎn)的高程值差值滿足1 mm以內(nèi)后，取兩次測(cè)量高程值的平均值作為最后的沉降點(diǎn)高程。在以后的沉降觀測(cè)中允許采用單程觀測(cè)，因?yàn)槌两迭c(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)組成的是閉合路線，可以通過(guò)閉合差來(lái)檢驗(yàn)測(cè)量的精度。要求閉合差小于允許值的一半。圖4為本次沉降觀測(cè)路線圖，測(cè)量從J1開(kāi)始并閉合到J1，取往測(cè)與返測(cè)的平均值作為最后的高程值［12］。

圖4 沉降觀測(cè)點(diǎn)分布圖

3 沉降數(shù)據(jù)處理

3.1 水準(zhǔn)網(wǎng)的平差

在經(jīng)典平差中采用選擇固定基準(zhǔn)的方法來(lái)確定參考系，不同的參考系給出網(wǎng)點(diǎn)不同的位移值。由經(jīng)典平差所求得的網(wǎng)點(diǎn)位移值是相對(duì)于假定的固定點(diǎn)的變化量。當(dāng)網(wǎng)中存在固定點(diǎn)時(shí)，采用這些固定點(diǎn)作為基準(zhǔn)應(yīng)用經(jīng)典平差可以得到滿意的效果。當(dāng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中所有網(wǎng)點(diǎn)具有微小的隨機(jī)變動(dòng)時(shí)，自由網(wǎng)平差對(duì)這種變形情況是一種有效的分析方法［13］。

本次沉降監(jiān)測(cè)采用的是經(jīng)典平差的方法，使用的是徠卡水準(zhǔn)網(wǎng)平差程序，把沉降基點(diǎn)J1的高程值視為真值，設(shè)起算點(diǎn)J1的起算高程為10.0 m，閉合點(diǎn)J1高程為10.0 m。把每次的觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入到軟件中，對(duì)閉合環(huán)進(jìn)行平差處理。以第十次觀測(cè)數(shù)據(jù)為閉合環(huán) 如 圖 4 所 示:J1—J2—1—J3—A6—A7—A8—A9—A10—2—A5—3—A4—A3—A2—4—J1。

3.2 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性檢驗(yàn)

雖然沉降基準(zhǔn)點(diǎn)往往布設(shè)在遠(yuǎn)離變形體的穩(wěn)定地層或基巖上，但是參考點(diǎn)也可能因?yàn)槟承┮蛩囟l(fā)生移動(dòng)。在變形觀測(cè)過(guò)程中為了能夠發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的參考點(diǎn)，通常布設(shè)多個(gè)參考點(diǎn)，且構(gòu)成一個(gè)參考網(wǎng)。通過(guò)定期對(duì)參考網(wǎng)的復(fù)測(cè)來(lái)檢查參考點(diǎn)是否穩(wěn)定，并將不穩(wěn)定的參考點(diǎn)剔除［14］。如圖3所示，通過(guò)比較基準(zhǔn)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)標(biāo)高H1和測(cè)標(biāo)高H2的差值是否在允許值之內(nèi)來(lái)判斷基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。

3.3 累計(jì)沉降量的計(jì)算

水準(zhǔn)網(wǎng)平差處理后，根據(jù)計(jì)算出的各個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)高程和沉降點(diǎn)相對(duì)于相應(yīng)基準(zhǔn)點(diǎn)的高差，計(jì)算出各沉降點(diǎn)的高程。各個(gè)沉降點(diǎn)前后兩次的高程之差即為這周期的沉降量，各期沉降量的和為沉降點(diǎn)的累計(jì)沉降量［15］。

3.4 沉降變形曲線

在沉降數(shù)據(jù)的處理上，一般采用變形折線圖來(lái)反映變形觀測(cè)點(diǎn)的變形大小和速度。在繪圖時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和沉降趨勢(shì)判斷，剔除存在觀測(cè)誤差的點(diǎn)［16］。由于本次監(jiān)測(cè)時(shí)間跨度大，且每次觀測(cè)相隔時(shí)間差別很大，為了便于清楚表現(xiàn)每次沉降觀測(cè)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的變形情況，以觀測(cè)次數(shù)為橫軸，單位為次，沉降量為豎軸，單位為mm，各個(gè)沉降點(diǎn)用不同的曲線表示，并把每次觀測(cè)距離第一次觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)標(biāo)注在圖上，形成整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中沉降變形的折線圖5。

圖5 商住樓沉降曲線

通過(guò)圖5可以明顯看出來(lái)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)隨觀測(cè)次數(shù)的沉降大小和沉降趨勢(shì)，對(duì)于同一次觀測(cè)，還能比較出不同觀測(cè)點(diǎn)變形大小。圖5各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)總體呈緩和下降趨勢(shì)，符合沉降觀測(cè)的客觀規(guī)律。

3.5 工程安全評(píng)價(jià)

該商住樓已經(jīng)沉降觀測(cè)十次，現(xiàn)將幾個(gè)主要觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算如下:

1)平均沉降量為 －6.41 mm，最大沉降量(A2)為 －9.77 mm，最小沉降量(A9)為－1.35 mm。

2)觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)傾斜值按下式計(jì)算:

其中，Si為基礎(chǔ)傾斜方向端點(diǎn)i的沉降量，mm;Sj為基礎(chǔ)傾斜方向端點(diǎn)j的沉降量，mm;L為基礎(chǔ)兩端點(diǎn)i，j間的距離，mm。

觀測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)傾斜值(A1—A2)為0.000 31，觀測(cè)點(diǎn)最小相對(duì)傾斜值(A4—A5)為 0.000 040 909。

3)差異沉降最大允許值按下式計(jì)算:

M最大=2/1 000×L，L為兩相鄰沉降點(diǎn)的最小間距。

M最大=2/1 000 ×10.0 m=20.0 mm。

觀測(cè)結(jié)果最大差異沉降量點(diǎn)A2與A3，值為5.58 mm＜20.0 mm，在允許沉降范圍之內(nèi)。根據(jù)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析、比較，認(rèn)為本建筑物在觀測(cè)期間沉降量較小。

4 結(jié)語(yǔ)

工程施工監(jiān)測(cè)中采用了精密測(cè)量?jī)x器，由專門(mén)人員嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 8-2007建筑變形測(cè)量規(guī)范中二等變形觀測(cè)的技術(shù)要求施測(cè)。通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，最終獲得施工過(guò)程中各個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的變形折線圖，客觀的描述了沉降觀測(cè)點(diǎn)在不同施工階段的沉降變形情況。通過(guò)計(jì)算得到施工中的平均沉降量、最大沉降量、最小沉降量、觀測(cè)點(diǎn)最大相對(duì)傾斜值和最小相對(duì)傾斜值以及最大差異沉降量，比較其與允許值的大小，判斷該工程為安全工程。

［1］ JGJ 8-2007，建筑變形測(cè)量規(guī)范［S］.

［2］ 金其沖，郭新成，邵穎浩.西安民生大樓一期工程沉降監(jiān)測(cè)與分析［J］.測(cè)繪工程，1995，4(1):57-61.

［3］ 蔣 建，路 倬，高廣運(yùn)，等.建筑地基沉降預(yù)測(cè)的Usher-Spillman組合模型研究［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，37(4):507-514.

［4］ 呂喜明，李明遠(yuǎn).最小二乘曲線擬合的MATLAB實(shí)現(xiàn)［J］.內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，24(2):125-127.

［5］ 吳清海.1stopt在沉降預(yù)測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2009，34(4):34-35.

［6］ 巨正平，郭廣禮，張書(shū)畢，等.最佳曲線擬合［J］.江西科學(xué)，2009，27(1):25-27.

［7］ 吳清海.地面沉降預(yù)測(cè)方法的探討［J］.測(cè)繪通報(bào)，2009(2):46-48.

［8］ 袁德寶.GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的小波分析與應(yīng)用研究［D］.北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

［9］ 楊東升.建筑物變形觀測(cè)的意義［J］.施工技術(shù)，2010(39):513-514.

［10］ 陳世梅.建筑變形監(jiān)測(cè)技術(shù)探討［J］.科技資訊，2011(20):79-80.

［11］ 鄒 昆.高層建筑變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及監(jiān)測(cè)方法研究［J］.建筑科學(xué)，2010(18):83-84.

［12］ 馬華宇，翟銀鳳.地鐵變形監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)與變形分析［J］.河南建材，2011(2):53-55.

［13］ GB 50026-2007，工程測(cè)量規(guī)范［S］.

［14］ 吳子安.工程建筑物變形觀測(cè)數(shù)據(jù)處理［M］.北京:測(cè)繪出版社，1989.

［15］ 陳永奇，吳子安，吳中如.變形監(jiān)測(cè)分析與預(yù)報(bào)［M］.北京:測(cè)繪出版社，1998.

［16］ 李青岳，陳永奇.工程測(cè)量學(xué)［M］.北京:測(cè)繪出版社，1995.