朱志愿，朱國滿

ZHU Zhiyuan1，ZHU Guoman2

(1.臺州市地理信息測繪中心，浙江 臺州318000;2.臺州市建筑工程管理處，浙江 臺州318000)

臺州市沿海地區(qū)屬于特殊水文地質(zhì)，而且近年來有些施工單位對高層建筑沉降監(jiān)測的重視度不高，沉降監(jiān)測的方法也比較落后。今根據(jù)臺州市建設(shè)規(guī)劃主管部門要求《臺建規(guī)［2012］27 號文件》，高層房屋建筑工程實施第三方沉降監(jiān)測。

1 工程概況

椒江區(qū)保障性住房建筑工程位于臺州大道西側(cè)，S82 省道南側(cè)，共由13 棟高層建筑組成，剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全等級為二級，工程合理使用年限為50年，地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級。

目前臺州市地理信息測繪中心僅對本工程施工階段進行監(jiān)測，對于本項目高層建筑、地下室完工前監(jiān)測工作由施工單位承擔(dān)。我中心從地下室完工后開始進行沉降第三方監(jiān)測工作，檢測周期根據(jù)建筑荷載遞增，增加荷載25%、50%、75%、100%需進行一次觀測，建筑結(jié)頂后，根據(jù)前期監(jiān)測數(shù)據(jù)情況而定，施工階段原則上檢測次數(shù)不得少于8 次，工程驗收后應(yīng)繼續(xù)對使用階段進行沉降觀測(使用階段監(jiān)測由施工單位負責(zé))。

2 精度要求

2.1 項目精度要求

根據(jù)本項目設(shè)計資料，按照變形規(guī)范要求觀測等級定為二級［1］。

表1 建筑變形測量級別、精度指標(biāo)及其適用范圍表

根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB 50007—2011)》要求工業(yè)與民用建筑相鄰柱基允許的沉降差見表2［2］。

表2 建筑結(jié)構(gòu)相鄰柱基允許沉降差

高層建筑沉降水準(zhǔn)與一般的水準(zhǔn)測量不同，精度要求較高，由于高層建筑的沉降量比較小，如果觀測精度不高，就無法正確反映建筑物的沉降規(guī)律，因此觀測的精度直接決定沉降量的大小和觀測目的。沉降觀測就是為了監(jiān)測建筑物的安全，則沉降量觀測的中誤差應(yīng)小于允許變形值的1/10～1/20，才能達到預(yù)期的精度要求，根據(jù)該地區(qū)地質(zhì)資料，本工程為中壓縮性土，取(表2)1/20值為0. 6 mm，所以本次觀測精度至少應(yīng)達到0.6 mm的要求。

2.2 外業(yè)觀測精度要求

在觀測過程中，主要利用一等水準(zhǔn)路線(基準(zhǔn)點觀測)和二等水準(zhǔn)路線進行施測，以本項目為例，具體觀測要求見表3。

表3 沉降觀測外業(yè)要求表

2.3 數(shù)據(jù)處理精度要求

按要求進行嚴(yán)密平差，應(yīng)采用測繪行業(yè)較成熟的平差軟件進行計算，并采用不同的平差軟件進行檢查。

同時，還要對水準(zhǔn)觀測的限差以及單位權(quán)中誤差(測站高差中誤差)進行計算和分析，見表4。

表4 水準(zhǔn)觀測限差表/mm

單位權(quán)中誤差即觀測點測站高差中誤差μ 應(yīng)按下面公式估算:

式中:ms—沉降量s 的測定中誤差(mm);

mΔs—沉降差Δs 的測定中誤差(mm)［3］。

沉降數(shù)據(jù)需計算的內(nèi)容包括:觀測點的沉降量、沉降差，以及本周期平均沉降量、沉降速率和累計沉降量;根據(jù)需要，可按公式計算基礎(chǔ)或構(gòu)件的傾斜或彎曲度［1］。

3 作業(yè)方法

作業(yè)內(nèi)容包括監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)方法、水準(zhǔn)觀測線路布設(shè)、儀器設(shè)備選擇、平差計算及精度分析、觀測頻率、資料編整、成果資料［3］。下面結(jié)合本項目的作業(yè)方法和思路，對相關(guān)事項進行一下探討。

3.1 監(jiān)測網(wǎng)

技術(shù)方案由甲方審定后，開始埋設(shè)基準(zhǔn)點和觀測點標(biāo)志，應(yīng)在測區(qū)建立統(tǒng)一高程基準(zhǔn)，基準(zhǔn)起算點高程并與國家高程基準(zhǔn)系統(tǒng)一致。

監(jiān)測網(wǎng)一般由基準(zhǔn)點(水準(zhǔn)基點)、工作基點和監(jiān)測點(觀測點)組成［4］。水準(zhǔn)基點就是沉降觀測的高程基準(zhǔn)點，要求布設(shè)在非常穩(wěn)定的地方，因此基準(zhǔn)點應(yīng)盡量埋設(shè)在基巖上。

基準(zhǔn)點根據(jù)規(guī)范要求至少埋設(shè)3 個點，本工程首先利用西側(cè)400 m 處山邊二等水準(zhǔn)加密點(基巖點)TJ15 作為起算基準(zhǔn)點，在路線內(nèi)一處高壓塔基礎(chǔ)墩上埋設(shè)了檢查基準(zhǔn)點，并且利用路線內(nèi)已處于穩(wěn)定期內(nèi)建筑物的沉降釘作為檢查基準(zhǔn)點。由于地區(qū)沉降的影響或其他因素，會造成基準(zhǔn)點高程的變化，在初始測量后每期觀測應(yīng)對檢查基準(zhǔn)點進行分析。

我中心負責(zé)的監(jiān)測工作主要處于施工階段，場地內(nèi)由于施工等因素限制未布設(shè)工作基點。

觀測點是由施工單位根據(jù)設(shè)計圖已預(yù)先埋設(shè)。在現(xiàn)場查勘時，發(fā)現(xiàn)點位高度與地下室頂板高差相差過高，無法進行觀測，經(jīng)協(xié)商后對觀測點埋設(shè)進行了調(diào)整。觀測點埋設(shè)分兩階段進行:第一階段先埋設(shè)臨時過渡觀測點，方便測量人員架設(shè)儀器和司尺，臨時點埋設(shè)在距地下室頂板標(biāo)高向上1.0～1.3 m之間;第二階段為室外場地未完全回填前及時將高程傳遞至設(shè)計圖要求觀測點位上，以免臨時點被室外場地回填破壞，導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失。

3.2 水準(zhǔn)線路

在變形觀測等級確定后，根據(jù)現(xiàn)場情況和等級布設(shè)基準(zhǔn)點水準(zhǔn)線路及觀測點水準(zhǔn)線路。

由于基準(zhǔn)點水準(zhǔn)路線的精度直接取決于整體水準(zhǔn)網(wǎng)的精度，因此基準(zhǔn)點水準(zhǔn)線路一律嚴(yán)格按照(表3)一等水準(zhǔn)觀測要求進行測量，并在往返測量的基礎(chǔ)上組成閉合環(huán)，其目的主要是為了保證水準(zhǔn)網(wǎng)精度及以后每期觀測后分析基準(zhǔn)點穩(wěn)定性。

觀測點水準(zhǔn)線路布設(shè)要求:

(1)在觀測過程中，施工現(xiàn)場條件允許的情況下，水準(zhǔn)環(huán)線的架設(shè)站數(shù)應(yīng)盡量減少，嚴(yán)格按照不超過(表3)要求的站數(shù)，可減少不必要的架站而產(chǎn)生的誤差。

(2)由于本工程高層建筑幢數(shù)較多，觀測點數(shù)也比較多，由每幢獨立建筑布設(shè)成一個環(huán)線，幢與幢之間布設(shè)環(huán)內(nèi)附合路線，附合連結(jié)點應(yīng)避開環(huán)線最弱點，所有建筑最終組合成三大環(huán)線路，這樣可及時發(fā)現(xiàn)觀測誤差相互抵消造成的精度影響。

(3)如個別點位不方便組入環(huán)線時，則可使用往返單程雙測站法進行聯(lián)測，高差取平均值，并在線路圖上注明。

其他相關(guān)注意事項可根據(jù)《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范(GB/T 12897—2006)》要求，在此不作敘述。

3.3 儀器設(shè)備選擇

我中心采用的儀器天寶DINI03C 為電子水準(zhǔn)儀，自動安平，操作方便，現(xiàn)常用于高等級水準(zhǔn)測量，可減少人為因素的一些誤差;DINI03C 內(nèi)附合精度較高，每公里偶然誤差為0.3 mm，可達到變形測量沉降觀測二級儀器要求。

外業(yè)觀測數(shù)據(jù)記錄采用我中心基于安卓系統(tǒng)自主開發(fā)的記錄軟件，讀數(shù)取位至0.01 mm，高差最終成果取位到0.1 mm，本軟件具備測段小結(jié)計算等功能，并可保存電子水準(zhǔn)儀原始觀測數(shù)據(jù)作為檢核。

3.4 平差計算與精度分析

數(shù)據(jù)按要求進行嚴(yán)密平差，首先采用“南方平差易”進行平差計算，并采用清華山維“NASEW”平差軟件進行檢查。

“南方平差易”平差結(jié)果:

每公里高差中誤差=0.49(mm)

最大高程中誤差［F11 -2］=0.40(mm)

最小高程中誤差［J3］=0.09(mm)

平均高程中誤差=0.33(mm)

最大高差閉合差:［F7-6-F7-4-F8-4-F8-1-F7-3-F7-2-F7-1-F9-6-F9-5-F10-4-F9-4-F10-1-F9-3-F10-2-F10-3-F8-2-F8-3-F4-2-F4-1-F3-3-F3-2-F3-1-F5-6-F5-4-F5-3-F5-2-F5-1］

高差閉合差= -0.40(mm)，限差= ±4 ×SQRT(1.346)= ±4.64(mm)

路線長度=1.346(km)架站數(shù):38

最小高差閉合差:

路徑:［F2-7-F2-5-F2-3-F2-6-F2-8-F2-2］

高差閉合差=0.00(mm)，限差= ±4 × SQRT(0.172)= ±1.66(mm)

路線長度=0.172(km)架站數(shù):10

“NASEW”平差結(jié)果如下。

平差前后基本觀測量中誤差情況:

觀測值 平差前 平差后

直接高差 0.003000 0.001096

控制網(wǎng)中最大誤差情況:

最大點位誤差=0.00038 m

最大點間誤差=0.00032 m

根據(jù)兩次平差計算結(jié)果分析，精度可滿足本項目所有觀測精度要求。

3.5 觀測頻率

(1)首次觀測在地下室完工后。

(2)觀測次數(shù)與間隔時間視地基與荷載情況而定。原則上每增加2～3 層觀測1 次。主體建筑結(jié)頂后與竣工驗收期間，如果時間間隔較長，需每月觀測1 次，竣工驗收前15 d 內(nèi)，必須觀測1 次。

(3)施工過程中若遇停工，在停工時及重新開工時應(yīng)各觀測一次。停工期間可每隔2～3 個月觀測一次。

(4)如遇數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，經(jīng)分析后，排除非人為碰動或觀測誤差等因素造成的數(shù)據(jù)異常，應(yīng)立即上報業(yè)主方，并根據(jù)數(shù)據(jù)情況提出建議，根據(jù)業(yè)主方要求增加觀測頻率。

3.6 資料編整

根據(jù)以上的工作和計算可求出各觀測點的高程數(shù)據(jù)，還要計算每個觀測點在每個周期的沉降量和沉降速率。沉降量計算是以第一期觀測數(shù)據(jù)為初始值，與以后各期觀測數(shù)據(jù)的比較值來反映，本期沉降速率計算是以本期沉降量除以兩期之間相隔的天數(shù)，累計沉降速率是以累計沉降量除以總天數(shù)。

3.7 成果資料(案例)

成果資料以我中心觀測的臺州市椒江區(qū)保障性住房項目8 號樓第八次測量成果為例。

首先應(yīng)對建筑沉降監(jiān)測編寫觀測小結(jié)，如下:

8 號樓監(jiān)測小結(jié) 共進行了8 次觀測，沉降量最小的觀測點為F8-4，沉降量為-6.70 mm，沉降量最大的觀測點為F8-3，沉降量為-9.50 mm，平均沉降量為8.475 mm;速率最小的觀測點為F8-4，速率為-0.02 mm/d，速率最大的觀測點為F8-3，速率量為-0.030 mm/d，平均速率量為0.03 mm/d。相鄰兩點沉降差最大點為F8-3—F8-4，沉降差為2. 80 mm。傾斜度最大點為F8-4—F8-1，傾斜度為0.170‰。

最終傾斜度觀測結(jié)果為:最大點號為F8-4—F8-1，傾斜度為0.170‰，傾斜度小于規(guī)范沉降穩(wěn)定控制值2.5‰。見表5。

目前百日沉降觀測結(jié)果:日平均沉降量為0.01 mm/d。小于規(guī)范《建筑變形測量規(guī)范(JGJ 8—2007)》要求的沉降穩(wěn)定控制值0.01(mm/d)。

初步判定8 號樓已進入穩(wěn)定階段，建議結(jié)合建筑使用階段進行的變形觀測數(shù)據(jù)再作最終定論。

表5 沉降觀測成果數(shù)據(jù)表

通過計算我們得出每期沉降觀測點的高程值和累計沉降量以及沉降速率，并采用CASS9.1 軟件繪出每期各幢的等沉降曲線圖(圖1)和時間-荷載-沉降量圖(圖2)。

圖1 等沉降曲線圖

圖2 時間-荷載-沉降量圖

4 常見問題和處理措施

由于高層建筑物施工階段現(xiàn)場條件比較復(fù)雜，點位極易受到碰撞和破壞以及觀測過程中產(chǎn)生測量誤差，下面詳細敘述一下此類情況的分析和處理措施。

4.1 數(shù)據(jù)回升或異常下降

原因:可能是基準(zhǔn)點或觀測點被碰動造成標(biāo)高異常。

處理措施:基準(zhǔn)點或觀測點被碰撞，其外形必有損傷，比較容易發(fā)現(xiàn)，經(jīng)分析判定后，觀測點可取相鄰觀測點的相同期間沉降量作為被碰動觀測點的沉降量;如起算基準(zhǔn)點被碰動造成的點位上升可改用其它固定的基準(zhǔn)點作為起算基準(zhǔn)點，并對數(shù)據(jù)進行檢核，如果觀測點附近結(jié)構(gòu)上有異常情況，應(yīng)緊急重測核實并上報。

4.2 點位破壞

原因:可能是人為破壞或其他因素情況下造成的破壞。

處理措施:觀測點位被完全破壞的情況很容易發(fā)現(xiàn)，需在下次觀測前埋設(shè)好新的觀測點，并應(yīng)保證新點位的穩(wěn)定性。觀測點位破壞期間沉降數(shù)據(jù)可取相鄰觀測點的相同期間沉降量作為觀測點的沉降量;基準(zhǔn)點破壞后應(yīng)在較穩(wěn)固的地方重新布設(shè)，并進行聯(lián)測。

4.3 數(shù)據(jù)分析

在第二次觀測及以后觀測時若本次沉降量出現(xiàn)局部或整體沉降量回升現(xiàn)象，而下次觀測又出現(xiàn)下降。可能是上次測量誤差偏大引起，若本次沉降量出現(xiàn)上浮或下降在測量誤差范圍以內(nèi)可視為數(shù)據(jù)無異常。

5 結(jié) 語

以上作業(yè)方法及相關(guān)問題的處理，筆者在多個項目中也進行了應(yīng)用和驗證，并且大大地提高了工作效率及監(jiān)測精度。希望本文對相關(guān)部門和同樣從事沉降監(jiān)測第三方檢測的同行提供一些參考。

［1]建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院. JGJ 8—2007 建筑變形測量規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2]中國建筑科學(xué)研究院.GB 50007—2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3]胡伍生.工程測量學(xué)［M］.南京:人民交通出版社，2007.

［4]孔祥元，梅是義. 控制測量學(xué)［M］. 武漢:武漢大學(xué)出版社，2002.