羅靖唯

摘 要：高層建筑物在施工中，主體荷載不斷增加會導(dǎo)致建筑物下沉。如果沉降不穩(wěn)定，則會在施工階段造成人員傷亡影響正常的工作計劃，同時也會影響建筑物的安全使用。該文通過工程實例，將灰色系統(tǒng)預(yù)測應(yīng)用在高層建筑物沉降中，并建立兩種非等間隔灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型對沉降數(shù)據(jù)進行處理及預(yù)測，選出最優(yōu)模型進行分析。

關(guān)鍵詞：灰色預(yù)測 GM（1，1） 沉降觀測 數(shù)據(jù)分析

中圖分類號：P258 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0043-03

隨著中國城市化的進程加快，建筑施工技術(shù)的日益提高，高層建筑物逐年增多，住房壓力增大，對高層建筑物的安全監(jiān)測也成為時下一個熱門問題。較普通多層建筑而言，高層建筑物的沉降觀測更不容忽視。在施工應(yīng)用中不僅對建筑物進行長期的觀測起到一定作用，同時應(yīng)用數(shù)學(xué)模型對建筑物后期的變形進行預(yù)測也發(fā)揮了巨大作用，將高層建筑物沉降觀測與灰色系統(tǒng)預(yù)測相結(jié)合，對高層建筑物進行實際應(yīng)用。

1 非等間隔灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型的建立

1.1 非等間隔灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型

灰色系統(tǒng)理論是由鄧聚龍教授于1982年創(chuàng)立的，是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息、不確定性問題的新方法，高層建筑物沉降變形影響因素很多，如地質(zhì)條件，樓層荷載等，因此可以視其為一個灰色系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的GM（1，1）模型為基本模板，由于各方面的影響，沉降數(shù)據(jù)的實際獲取時間間隔有所不同，在使用等間隔GM（1，1）的相關(guān)理論之前，需要將非等間隔序列轉(zhuǎn)換為等間隔的序列[1-2]。目前使用較為廣泛的非等間隔GM（1，1）模型有兩種：等間隔轉(zhuǎn)換后套用GM（1，1）模型和對數(shù)據(jù)加權(quán)處理并建立的非等間隔GM（1，1）模型[3]。兩種模型的相關(guān)計算公式請參照相關(guān)文獻[4-6]。

1.2 精度檢驗

2 工程實例

2.1 工程概況

根據(jù)實際工程對12#樓進行沉降觀測。由該工程項目部提供的3個基準點J1、J2、J3分別位于12#西面所臨街道對面，與12#號樓相距200 m，3個基準點間隔60 m呈‘一字形近似南北方向排開。由基準點向施工區(qū)內(nèi)引入4個工作基點分別為G1、G2、G3、G4，圍繞20#號樓形成閉合環(huán)。觀測時間按每棟樓加蓋結(jié)構(gòu)層2層觀測一次直至竣工，竣工后應(yīng)按前期沉降觀測成果合理安排后期沉降觀測周期直至沉降穩(wěn)定。

2.2 觀測過程

（1）基準點測量。

首先對基準點進行檢驗。進行往返觀測按二級變形測量相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，視線長度小于50 m，前后視距差小于2 m，前后視距累積差不大于3 m，視線高度不小于0.2 m，基輔讀數(shù)差小于0.5 mm，基輔高差之差小于0.7 mm，路線閉合差小于1.5 mm，n為測站數(shù)。再將基準點與工作基點聯(lián)測，監(jiān)測所測高差與以往所測值是否有巨大變化，確定基準點穩(wěn)定可靠后方可進行沉降觀測。

（2）沉降監(jiān)測點的測量。

根據(jù)沉降觀測點總平面布置示意圖的觀測點的分布，由臨近的工作基準開始依次對沉降監(jiān)測點進行觀測。以12#樓為例，由相近的工作基點G3開始對沉降點進行觀測，按樓層數(shù)進行觀測，每加蓋兩層觀測一次，從2012年8月15日進行第一次觀測開始到2014年1月2日結(jié)束共觀測20次。觀測數(shù)據(jù)整理后如表2所示。

3 沉降監(jiān)測成果分析

3.1 下沉量分析

每次觀測完成獲取數(shù)據(jù)之后對數(shù)據(jù)進行整理，計算出沉降觀測點的高程，本次下沉量以及累計下沉量。將所有觀測點數(shù)據(jù)整理后總結(jié)其下降趨勢，看是否與正常變化趨勢相一致，對有疑點或變化數(shù)值較大的數(shù)據(jù)進行復(fù)測，根據(jù)沉降監(jiān)測成果表繪制出沉降監(jiān)測下沉曲線圖（圖1）。

從沉降數(shù)據(jù)成果表（表2）以及沉降曲線圖（圖1）可以看出，所有監(jiān)測點都處于下沉狀態(tài)，其中12-2號點下沉量最大為-4.26 mm，12-6號點下沉量最小為-3.56 mm，相差0.7 mm。最大下沉點和最小下沉點相差數(shù)值不是很大，建筑物下降比較平穩(wěn)。將當(dāng)期樓層數(shù)對當(dāng)期沉降量進行參照，在建筑物建設(shè)階段沉降變化較大，特別是在加蓋17層之后，由于荷載量不斷增加，沉降數(shù)值較大。封頂之后沉降趨于緩和但仍有沉降發(fā)生。

3.2 下沉速度分析

在施工期間，由于荷載量不斷增加，各階段的下沉速度也不相同，各觀測點雖然下沉量不同，但差值都不大，根據(jù)上面成果表可以推算出所有觀測點中，有點12-2與12-3兩個觀測點的平均最大日下沉速度為0.008 7 mm/d，其余點平均日下沉速度都在0.005 mm/d。在5～15層之間，沉降數(shù)值有明顯變化，期間的下沉速率也達到最大。各點的下沉差異隨之減小。封頂之后對建筑物仍進行了六次觀測，沉降趨于平穩(wěn)。根據(jù)《規(guī)程》要求，沉降速度在0.01～0.04 mm/d，可認為沉降基本趨于穩(wěn)定[8]。

4 沉降預(yù)測

對觀測數(shù)據(jù)進行處理，并根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對建筑物未來時期內(nèi)的沉降狀況作出預(yù)計，是沉降觀測工作中必不可少的部分，直接關(guān)系到建筑物后期的安全使用。根據(jù)沉降數(shù)據(jù)可知對建筑物封頂后半年內(nèi)進行了兩次觀測，兩次沉降都比較均勻?，F(xiàn)采用2種非等間隔模型GM（1，1）進行分析。

4.1 模型預(yù)測

此次采用12-2號點最后6期觀測數(shù)據(jù)，對觀測數(shù)據(jù)建立非等間隔GM（1，1）模型并解算得到非等間隔模型及加權(quán)處理模型。求得表3數(shù)據(jù)，并繪制數(shù)據(jù)對比圖2。

4.2 模型檢驗與對比分析

由原始觀測數(shù)據(jù)求得原始數(shù)據(jù)的均值=4.09 mm及方差=0.02 mm2，進一步求得模型殘差平均值及方差，對比精度檢驗等級表分得到兩模型的等級，如表4。

根據(jù)GM（1，1）模型的應(yīng)用范圍，對于以上兩種模型的a值大于-0.3，所以此模型適用中長期階段，對沉降觀測完成5個月進行預(yù)測，得12-2號點還會繼續(xù)下降0.24 mm，下沉速度小于施工期間下沉速度，預(yù)測表明建筑物處于穩(wěn)定階段。

等時距變換的非等間隔GM（1，1）模型在生成各時段的差值序列時，雖然將間隔時段做了調(diào)整，但數(shù)據(jù)的特征總體上沒有變化，因此整體的沉降趨勢也保持不變；而加權(quán)處理的非等間隔GM（1，1）模型，在的波動大時，甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)的失真[9-10]。根據(jù)分析及精度結(jié)果，在精度和預(yù)測準確度方面，等時距變換的非等間隔GM（1，1）模型好于加權(quán)處理的非等間隔GM（1，1）模型。

5 結(jié)語

（1）此次沉降觀測提供的數(shù)據(jù)準確，為項目部在施工期間提供了正確的參考依據(jù)和施工建議，確保工程建設(shè)安全有序地進行。同時證明此次沉降觀測的方法過程是正確可靠的。（2）在停止監(jiān)測的情況下通過灰色系統(tǒng)理論預(yù)測建筑物在未來幾個月內(nèi)的沉降變化，為建筑物在后期的管理與安全使用提供了有力的數(shù)據(jù)，預(yù)測表明，建筑物在封頂之后一年左右（即觀測完畢后5個月）建筑物基本穩(wěn)定。（3）灰色系統(tǒng)理論預(yù)測適用于建筑物的沉降數(shù)據(jù)的預(yù)測，且采用等數(shù)據(jù)變換的非等間隔GM（1，1）模型要優(yōu)于加權(quán)處理的非等間隔GM（1，1）模型。前者能更好地預(yù)測建筑物的沉降發(fā)展趨勢?；疑到y(tǒng)理論在沉降數(shù)據(jù)的處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

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