張三福,鄧正定
(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅蘭州730000;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,北京100081)
動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在高層建筑糾偏中的應(yīng)用
張三福1,鄧正定2
(1.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司,甘肅蘭州730000;2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院,北京100081)
針對(duì)高層建筑糾偏工程風(fēng)險(xiǎn)性較大的特點(diǎn),為確保糾傾過(guò)程中的萬(wàn)無(wú)一失,建立多監(jiān)測(cè)手段相結(jié)合的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系,除傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀沉降監(jiān)測(cè)外,引入水平管連通器及錨索監(jiān)測(cè)等新手段,多種監(jiān)測(cè)結(jié)果相互印證,對(duì)比分析,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果中可能的意外發(fā)生,為決策人員進(jìn)行下一步措施提供了可靠的信息,確保了整個(gè)糾傾期間大樓“線性、平穩(wěn)、安全”的回歸。多種監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比表明,監(jiān)測(cè)結(jié)果間數(shù)據(jù)基本吻合,說(shuō)明動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較好的工程實(shí)用價(jià)值。
糾偏;連通器;錨索;高層建筑;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,高層及超高層建筑不斷涌現(xiàn),隨著城市的快速擴(kuò)張,一些高層建筑不得不坐落在地質(zhì)條件復(fù)雜的地基土上,由于勘察、設(shè)計(jì)、施工等原因的失誤,高層建筑物傾斜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,對(duì)傾斜建筑物進(jìn)行糾傾扶正,恢復(fù)其使用功能,具有極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
建筑物糾傾是一項(xiàng)技術(shù)難度大、影響因素多的技術(shù)密集型工作,有人戲稱為“繡花工程”,建筑物的回傾實(shí)質(zhì)是基礎(chǔ)各個(gè)部分的沉降在不斷調(diào)整、沉降差在逐漸縮小的一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程,由于在目前的技術(shù)水平下還不能進(jìn)行精確的科學(xué)計(jì)算,這就使信息化施工顯得格外重要。高層建筑造價(jià)高昂,糾傾過(guò)程中必須確保萬(wàn)無(wú)一失,因而僅僅依靠單一的監(jiān)測(cè)手段難以確保建筑安全,本文依托定西某小區(qū)高層建筑(50m)糾傾工程案例,建立多手段全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系,多種監(jiān)測(cè)手段相互印證,確保傾斜建筑物“線性、平穩(wěn)、安全”的回歸。
某小區(qū)1#為地下1層,地上17層的商住樓。其地下室層高4.20m,地上1層為商鋪,層高3.30m,2層塔樓區(qū)域?yàn)樽≌?。其余為商鋪,層?.30m,3層塔樓區(qū)域?yàn)樽≌?,其余為商鋪,層?.60m,4~17層均為住宅,層高均為2.80m,建筑總高度為49.70m。建筑面積10606.77m2。2013年9月,1#樓主體結(jié)構(gòu)封頂,在進(jìn)行裝修和電梯安裝施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)外墻及電梯井道存在傾斜現(xiàn)象,各邊傾斜率如圖1所示。
圖1 大樓傾斜情況平面示意圖
由于1號(hào)樓為新建框架剪力墻結(jié)構(gòu),整體剛度和完整性較好,經(jīng)過(guò)檢查結(jié)構(gòu)沒(méi)有出現(xiàn)裂縫,因此在糾傾過(guò)程中無(wú)需做裂縫監(jiān)測(cè),而是建立了以沉降觀測(cè)為主,傾斜監(jiān)測(cè)、吊線錘監(jiān)測(cè)、水位連通儀監(jiān)測(cè)、錨索傳感器監(jiān)測(cè)為輔的一整套監(jiān)測(cè)控制體系,隨時(shí)全方位的掌握大樓的變形信息,以指導(dǎo)糾傾施工的順利開(kāi)展。
3.1 沉降監(jiān)測(cè)
1號(hào)樓糾傾工程中,在大樓周邊共布置7個(gè)觀測(cè)點(diǎn),以便根據(jù)沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制各邊的沉降曲線、分析掏土引起的筏板基礎(chǔ)變位是否呈協(xié)調(diào)線性,水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)的平面布置如圖2所示。本工程采用了高精度萊卡電子水準(zhǔn)儀,由專人定時(shí)監(jiān)測(cè)大樓
各個(gè)部位的沉降變化,監(jiān)測(cè)頻率為:糾傾前兩天一次,糾傾過(guò)程中一天兩次,糾傾結(jié)束后三個(gè)月內(nèi)一周一次,沉降變形穩(wěn)定后一個(gè)月一次。在糾傾過(guò)程中,根據(jù)沉降數(shù)據(jù)的變化,及時(shí)繪制各點(diǎn)的沉降量變化曲線及沉降隨時(shí)間的變形曲線,以分析大樓的沉降速率、回傾方向以及筏板的線性變位情況等,為下一步糾傾措施的調(diào)整提供依據(jù)。
圖2 各沉降觀測(cè)點(diǎn)布置
3.2 水平連通計(jì)監(jiān)測(cè)
液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量也叫水位連通觀測(cè)儀測(cè)量,水位連通觀測(cè)儀根據(jù)液體力學(xué)中連通器的原理設(shè)計(jì)安裝(如圖3所示),其具體做法為:將一個(gè)具有一定容量的水箱安放在不受建筑物沉降影響的位置,水箱液面保持在一個(gè)固定刻度作為基準(zhǔn)標(biāo)高,水箱與固定在建筑物上的各液面觀測(cè)點(diǎn)通過(guò)透明水管相連接,則透明水管的液面與水箱液面總是保持在同一標(biāo)高上。當(dāng)建筑物沉降時(shí),透明水管將隨之下降,其中的液面對(duì)應(yīng)的刻度也將發(fā)生變化,此時(shí)可通過(guò)固定于透明水管上的刻度尺反映出來(lái),每次觀測(cè)記錄液面對(duì)應(yīng)的刻度與初始液面對(duì)應(yīng)的刻度差即是建筑物在這一時(shí)段內(nèi)該點(diǎn)的沉降量。水位連通觀測(cè)儀原理簡(jiǎn)明,操作方便、成本低,可以重復(fù)利用,不受天氣變化的影響,觀測(cè)人員也不必進(jìn)行專門(mén)訓(xùn)練,具有較高的精確度,可以進(jìn)行24h不間斷地追蹤觀測(cè)。
圖3 水位連通器原理示意圖
3.3 經(jīng)緯儀投影法傾斜監(jiān)測(cè)
測(cè)量墻體、柱以及整幢建筑物的傾斜率時(shí),要求經(jīng)緯儀安放的位置至墻、柱及建筑物的距離L應(yīng)大于墻、樁及建筑物的寬度。
如圖4所示,瞄準(zhǔn)墻、柱及建筑物的頂部M點(diǎn),向下投影得M′點(diǎn),然后量出N—M′的距離a。
圖4 投影法計(jì)算簡(jiǎn)圖
根據(jù)垂直角θ,計(jì)算測(cè)點(diǎn)的高度H,計(jì)算公式為
則墻、柱及建筑物的傾斜率i為:
則墻、柱及建筑物的傾斜量Δ為:
根據(jù)上述測(cè)算結(jié)果即可綜合分析墻、柱及四角的傾斜率及傾斜量,從而得知其傾斜情況及變化趨勢(shì)。
3.4 吊線錘監(jiān)測(cè)
垂準(zhǔn)線的建立可以利用懸吊垂球法,也可以利用激光鉛垂儀法,垂準(zhǔn)線法簡(jiǎn)單、直觀,一目了然,在有條件的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用。利用垂球時(shí),是將直徑為0.8~1.2mm的銦鋼絲固定于頂部的某點(diǎn)(如建筑物的幾何中心),懸線的下端懸掛10~20kg的錐形重錘,坐標(biāo)儀可以設(shè)在重錘的下方,垂球線的長(zhǎng)度應(yīng)使垂球尖端剛不與底部接觸,通過(guò)坐標(biāo)儀即可直接讀出垂球尖至高處吊球點(diǎn)的在底部的理論投影位置的距離,即為高處該點(diǎn)的傾斜量。為減小垂球的擺動(dòng)幅度,可以加重垂球的重量;也可以把重錘置于水中,把坐標(biāo)儀固定在與建筑物底部固連的框架上。
3.5 錨索應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)
由于本工程采用錨索加壓與掏土迫降相結(jié)合的糾傾法,具有可控性和靈活性,錨索的荷載大小可以根據(jù)糾傾效果隨時(shí)調(diào)整。為了更好地掌握錨索任意時(shí)刻的受力(荷載)大小,在1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)豎井內(nèi)的錨索加力系統(tǒng)中分別安裝了XYJ—三弦式荷載傳感器,通過(guò)ZX-16T振弦頻率儀隨時(shí)采集傳感器發(fā)送的頻率信號(hào),然后依據(jù)頻率與荷載之間的關(guān)系曲線計(jì)算出荷載值,從而得出錨索在任意時(shí)刻的預(yù)應(yīng)力
大小。傳感器監(jiān)測(cè)不但可以與千斤頂加壓時(shí)油壓表的讀數(shù)相互校核,而且可以測(cè)量出錨索鎖定時(shí)的應(yīng)力損失以及由于大樓沉降引起的錨索荷載衰減情況。當(dāng)錨索荷載衰減到一定程度,若大樓仍沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的糾傾目標(biāo),則根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行下一批次的掏土,然后再對(duì)通過(guò)錨索進(jìn)行加載,如此循環(huán)直至達(dá)到理想糾傾目標(biāo)為止,如圖5所示。
圖5 豎井內(nèi)錨索加載受力變化圖
4.1 沉降觀測(cè)結(jié)果
圖6 各觀測(cè)點(diǎn)沉降-時(shí)間曲線
由圖6可知,大樓沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定,位于東北側(cè)的1#2#3#觀測(cè)點(diǎn)沉降值為60~70之間,西南角的6#點(diǎn)沉降最小,約10mm,且主要發(fā)生在前期,為加固側(cè)豎井開(kāi)挖及鋼管樁、石灰樁施工所致,后期基本穩(wěn)定。
4.2 經(jīng)緯儀傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果
如圖7所示,糾傾后大樓傾斜率由原來(lái)的平均約5‰回傾到2.4‰,由相似三角形原理,沉降觀測(cè)點(diǎn)的2#點(diǎn)與6#點(diǎn)的沉降差為62mm,兩點(diǎn)距離為24mm,沉降差與傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果基本吻合。
圖7 糾傾后各邊傾斜率
4.3 水準(zhǔn)儀與連通器監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比
本工程在沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)6#點(diǎn)及7#點(diǎn)相對(duì)應(yīng)位置布置水平管連通器,并與沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果的兩點(diǎn)沉降差進(jìn)行對(duì)比,繪制曲線,如圖8所示,沉降差與連通器監(jiān)測(cè)結(jié)果基本保持一致。
圖8 連通器監(jiān)測(cè)結(jié)果與水準(zhǔn)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比
4.4 錨索監(jiān)測(cè)結(jié)果與出結(jié)果對(duì)比
根據(jù)錨索加壓期間大樓各點(diǎn)的沉降觀測(cè)結(jié)果,錨索加壓期間迫降區(qū)各觀測(cè)點(diǎn)均有沉降,壓力越大、沉降速率越大,可見(jiàn)錨索加壓起到了很好的促沉作用。各觀測(cè)點(diǎn)沉降速率與錨索各級(jí)加載的關(guān)系曲線如圖9~10所示。錨索加壓期間沉降最大的3#點(diǎn)35d的下沉量33mm,最大日下沉量為3.35mm,日平均沉降速率為0.95mm/d,大樓在整個(gè)加壓糾傾過(guò)程中處于安全可控狀態(tài)。
圖9 1#傳感器沉降速率隨錨索加力變化
圖10 2#傳感器沉降速率隨錨索加力變化
本文依托高層建筑糾傾工程實(shí)例,采用多監(jiān)測(cè)手段建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系,得出以下結(jié)論:
1)糾傾工程是風(fēng)險(xiǎn)性較大工程項(xiàng)目,應(yīng)采取多手段監(jiān)測(cè)體系動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);2)糾傾過(guò)程中,多種監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)相互校核,以確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的可信度,確保了整個(gè)糾傾期間的安全;
3)引入連通器與錨索監(jiān)測(cè)輔助手段,豐富了監(jiān)測(cè)手段的多樣性。
[1] 唐業(yè)清,萬(wàn)墨林.建筑物改造與病害治理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2000.
[2] 王楨.錨索技術(shù)用于建筑物可控精確糾傾[J].施工技術(shù), 2011,40(S),24-27.
[3] 唐業(yè)清.特種工程新技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.
[4] 中國(guó)工程建筑標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),建筑物移位糾傾增層改造技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2007.
[5] 中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,建筑物傾斜糾偏技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012.
TU470.3