楊和平

（1.湖北煤炭地質(zhì)物探測量隊(duì)，湖北 武漢 430070）

不同條件下提高沉降觀測精度的多維度思考

楊和平1

（1.湖北煤炭地質(zhì)物探測量隊(duì)，湖北 武漢 430070）

地質(zhì)條件與基礎(chǔ)型式不同會影響建筑物的沉降，根據(jù)不同的地質(zhì)條件與基礎(chǔ)型式優(yōu)化沉降觀測方案，能提高作業(yè)效率與測量精度，保障建筑物的安全。

地質(zhì)條件；基礎(chǔ)型式；沉降觀測

地質(zhì)條件一般分為高壓縮性、中高壓縮性、中低壓縮性及低壓縮性，在不同的地質(zhì)條件下會采用樁基基礎(chǔ)、天然基礎(chǔ)和復(fù)合地基等不同的基礎(chǔ)型式，建筑物也會因恒荷載的不斷增加而產(chǎn)生沉降，而沉降觀測作為建筑物安全保障的最后一道預(yù)警環(huán)節(jié)顯得極為重要。近年來，本單位在不同地質(zhì)條件、不同基礎(chǔ)型式下完成了大量的多層、小高層、大面積還建小區(qū)的沉降觀測工作，獲取了大量原始資料，觀測結(jié)果與地質(zhì)勘察報(bào)告、基礎(chǔ)處理型式和樁基檢測報(bào)告高度一致，對少量建筑物出現(xiàn)差異沉降偏大的現(xiàn)象進(jìn)行了重點(diǎn)分析和判斷，對存在的安全隱患按表1提出了切實(shí)可行的處理意見，業(yè)主也對問題處理意見進(jìn)行了及時(shí)、經(jīng)濟(jì)、有效、合理的處理，保證了建筑物的安全，深受業(yè)主的好評。

表1 問題處理意見表

1 點(diǎn)位埋設(shè)

1.1 基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)

基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)是否穩(wěn)固對評價(jià)建筑物的整體沉降和沉降觀測的其他技術(shù)數(shù)據(jù)起決定性作用，因此，基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)必須穩(wěn)固且長期保留。以江漢移動網(wǎng)通信大樓的沉降觀測工程為例，施工前期，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告發(fā)現(xiàn)該地區(qū)地質(zhì)條件為中高壓縮性土，即表層為耕土，地表以下為沖積形成的黏土。-12 m有一層中砂持力層，-40 m以后有一細(xì)砂持力層，主樓（16層另外塔樓3層，5樓以下層高4.5 m）持力層為細(xì)砂層，裙樓（3層）持力層為中砂層，基礎(chǔ)型式不一致（主樓為平均樁長48 m的鉆孔灌注樁，裙樓為平均樁長16 m的沉管灌注樁），主樓先于裙樓3個(gè)月施工，但主裙樓基礎(chǔ)卻緊緊相鄰，為了保證觀測質(zhì)量，調(diào)查發(fā)現(xiàn)在距工地200 m外有上世紀(jì)80年代經(jīng)過基礎(chǔ)處理的高壓走廊，就在兩座鐵塔塔基上各布了一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在工地外圍約80 m的地方用小型鉆機(jī)鉆孔16 m至中砂層埋設(shè)了一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，解決了在中高壓縮性土地區(qū)基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)的難題。各基準(zhǔn)點(diǎn)的初次及后期多次聯(lián)測的數(shù)據(jù)比較表明，基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定（僅鉆孔埋設(shè)的基準(zhǔn)點(diǎn)下沉約1.0 mm）。

除了采用鉆孔、利用基巖、高壓鐵塔塔基、陳舊箱涵以外，5 a以上的低矮建筑物基礎(chǔ)、老水井旁及老黏土地層等都是基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)地點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)要埋設(shè)在易于長期保存的地方，一般建筑物的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)保存2 a以上，高層建筑物或大型建筑群的基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)保存3 a以上。高大建筑物、新建建筑物、車輛容易輾壓的道路附近、基建場所、回填區(qū)域則排除。所有工地的基準(zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)數(shù)均在3個(gè)以上，工作基準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)建筑規(guī)模的大小適當(dāng)進(jìn)行了埋設(shè)，且所有基準(zhǔn)點(diǎn)均能夠成網(wǎng)狀。

1.2 觀測點(diǎn)的埋設(shè)

觀測點(diǎn)是通過收集的各類資料，充分考慮建筑物的建筑特征、地基處理情況、二次結(jié)構(gòu)施工及外墻裝飾特點(diǎn)等因素后才進(jìn)行埋設(shè)。

觀測點(diǎn)埋設(shè)的高度在室內(nèi)±0.00以下、散水以上15～30 cm處為佳。觀測點(diǎn)埋設(shè)前，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)施工圖，充分了解外裝飾情況，注意外裝飾的厚度、空調(diào)板、明雨水管的安裝位置、煤氣等管道的走向及高度、建筑物附屬設(shè)施的準(zhǔn)確位置等，這樣給觀測點(diǎn)預(yù)留了合理的長度和足夠的空間高度，使得觀測點(diǎn)得以長期保存。在眾多工程中，觀測點(diǎn)大多以預(yù)埋為主，結(jié)構(gòu)施工至±0.00前后及時(shí)進(jìn)行了埋設(shè)，部分建筑物則采用電錘鑿孔灌漿埋設(shè)，鑿孔灌漿埋設(shè)均使用高標(biāo)號水泥，同時(shí)對觀測點(diǎn)還使用鋼釘進(jìn)行契緊、加固；鋼構(gòu)建筑物則在結(jié)構(gòu)施工至±0.00前后采用電焊焊接的方法固定觀測點(diǎn)，少數(shù)工地我們也采用電焊焊接的方法固定觀測點(diǎn)。無論何種監(jiān)測標(biāo)志，一律埋設(shè)在構(gòu)造柱豎筋的內(nèi)側(cè)，觀測點(diǎn)上方有時(shí)還埋設(shè)了必要的保護(hù)樁。一般建筑物（多層）多采用普通標(biāo)志，異型房、小高層、高層、跨度較大、動荷載較大的建筑物（有二層的禮堂等）則以埋設(shè)螺栓式墻體水準(zhǔn)標(biāo)志為主。普通觀測點(diǎn)的規(guī)格常采用φ18以上的螺紋鋼加工制作，標(biāo)志頂面進(jìn)行了打磨，使其有明顯的制高點(diǎn)或半球狀。

2 觀測頻率及總次數(shù)計(jì)算

不同的地質(zhì)條件下，一般建筑物均采用如表2所統(tǒng)計(jì)的結(jié)構(gòu)型式。不同結(jié)構(gòu)型式的建筑物在結(jié)構(gòu)施工時(shí)恒荷載的增加幅度相似：磚混結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí)恒荷載已經(jīng)達(dá)到80%左右，而框架、框剪及鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)封頂時(shí)恒荷載很難超過60%，后期砌體施工和外裝飾所增加的恒荷載約占20%～30%。樓層越高，后期施工及二次裝修所增加的恒荷載也越多，而后期達(dá)到恒荷載總量臨界值時(shí)才是真正檢驗(yàn)基礎(chǔ)處理效果的關(guān)鍵時(shí)刻，因此，對不同結(jié)構(gòu)型式的建筑物在安排沉降觀測頻率時(shí)做到了區(qū)別對待。為了自始至終使觀測頻率與建筑物恒荷載增加的速率保持高度一致，總結(jié)得出了觀測總次數(shù)計(jì)算、各階段觀測頻率（比例分配）如表2。

表2 觀測次數(shù)及比例分配表

表中地質(zhì)情況（基礎(chǔ)持力層）應(yīng)以地質(zhì)勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)和結(jié)論為準(zhǔn)； 多層指9層以下，小高層為9～30層，高/超高層指31層以上；N為觀測次數(shù)，n為擬建物層數(shù)，N≥5；后期施工指二次結(jié)構(gòu)施工、砌體、輔助構(gòu)件、外裝飾等；后期跟蹤指內(nèi)裝飾、家具/辦公用具搬入、人員入住等。

近年來，對所有工地均按表2進(jìn)行觀測總次數(shù)的計(jì)算并按其比例分配觀測次數(shù)，從最終的觀測點(diǎn)沉降曲線圖和所有成果來看，每次的觀測數(shù)據(jù)都能很好地反映恒荷載的變化情況，效果極佳。

3 設(shè)備投入及使用

長期以來，在不同地質(zhì)條件下對不同建筑物進(jìn)行沉降觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，使用常規(guī)水準(zhǔn)儀DS1／DSZ1配2 m銦鋼尺就完全能夠達(dá)到《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中二等水準(zhǔn)測量、《建筑變形測量規(guī)范》中一級的各項(xiàng)精度指標(biāo)。投入的設(shè)備在使用前均送到專門的鑒定機(jī)構(gòu)進(jìn)行了全面的鑒定，施工過程中每年也至少送檢一次，運(yùn)輸、遷站過程中對設(shè)備還加強(qiáng)了保護(hù)。同一工地絕大多數(shù)只使用同一臺（套）設(shè)備，特殊情況更換也是同等精度或更高精度的設(shè)備。

4 觀 測

沉降觀測工作的觀測是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，觀測前，對觀測點(diǎn)上的水泥結(jié)塊進(jìn)行了仔細(xì)清理，同時(shí)按《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》中二等水準(zhǔn)測量的操作步驟進(jìn)行，同一工地均由有一定作業(yè)經(jīng)驗(yàn)的同一觀測人員完成觀測，各項(xiàng)限差均能嚴(yán)格滿足《建筑變形測量規(guī)范》4·4·2-1及4·4·2-2中對應(yīng)的級別要求，以保證觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

沉降觀測一般采用單尺推進(jìn)較多，上世紀(jì)90年代，為了消除儀器i角的影響，一般采用皮尺或測繩對前后距離進(jìn)行丈量，受施工現(xiàn)場眾多因素的影響，工作效率低且不方便。實(shí)踐表明，當(dāng)視線長度小于20 m時(shí)，能夠迅速使前后視距較差控制在0.2 m以內(nèi)。消除儀器i角影響的方法較多，除焦距法以外，還有目估法、步量法、丈量法、視距法、標(biāo)記法、對稱法，這些方法都能有效地控制前后視距的較差。目估法主要應(yīng)用在設(shè)站初期，步量法要求前后通暢、平坦，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員通過2次以上的步量可將前后視距較差控制在0.3 m以內(nèi)；丈量法要求前后平坦無障礙，但速度較慢，人員投入增加，作業(yè)效率較低；對稱法主要應(yīng)用在廠房、倉庫、單元結(jié)構(gòu)相同的居民樓等建筑物，該方法要求埋點(diǎn)也對稱，但因建筑物的構(gòu)造柱一般大于30×30 cm，因此，實(shí)際操作過程中經(jīng)常會存在0.2～0.4 m的誤差；視距法主要應(yīng)用在基準(zhǔn)點(diǎn)的聯(lián)測過程中，該方法通過儀器直接讀視距來指揮前尺立尺人員前后移動讓前后距離基本相等，配合默契能夠迅速使前后視距較差控制在0.2 m以內(nèi)，該方法還可以在常規(guī)水準(zhǔn)測量中廣泛使用。以上方法我們在不同的工地均有采用。近年來，通過采取以焦距法為主，其他方法為輔的作業(yè)方法，我們將測站前后視距較差均能很好地控制在0.5 m以內(nèi)，線路視距累計(jì)較差均控制在1.0 m以內(nèi)。

觀測點(diǎn)的觀測則以構(gòu)成閉合路線為主、附合路線為輔的原則進(jìn)行，視線長度一般控制在20 m以內(nèi)，特殊情況也沒有超過30 m。單一觀測線路的總測站數(shù)也進(jìn)行了適當(dāng)?shù)目刂?，?shí)踐表明，測站數(shù)在15～25個(gè)時(shí)最佳。

觀測時(shí)間一般選擇在8:00～11:30和14:30～17:00時(shí)，這樣避免了逆光和陽光直射而影響觀測精度。風(fēng)力大于4級時(shí)停止觀測，同時(shí)，視線距障礙物的距離小于0.2 m時(shí)就通過尺墊過渡來消除旁折光對觀測精度的影響。

5 計(jì) 算

外業(yè)觀測結(jié)束后，對所有的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)全面、認(rèn)真的檢查，內(nèi)業(yè)計(jì)算則根據(jù)等精度觀測原則對單一觀測線路進(jìn)行簡易平差，計(jì)算出各觀測點(diǎn)的最或然值即高程。少數(shù)工地因建筑物多，根據(jù)每一次觀測的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行了結(jié)點(diǎn)平差，使得各項(xiàng)誤差均得到了合理的分配。根據(jù)需要，每次還及時(shí)向業(yè)主提交了沉降觀測結(jié)果、沉降速率、差異沉降值等資料，當(dāng)差異沉降值達(dá)到預(yù)警值時(shí)還以口頭或書面形式及時(shí)通知了業(yè)主。大量觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，使用常規(guī)水準(zhǔn)儀DS1／DSZ1能夠達(dá)到《建筑變形測量規(guī)范》一級的精度要求，各項(xiàng)誤差小于限差1/3的占75%以上，小于限差1/2的達(dá)93%以上。

6 精度評定

工程結(jié)束后，所有觀測數(shù)據(jù)都要進(jìn)行綜合評價(jià)，單棟建筑物通過閉合差計(jì)算測站高差中數(shù)中誤差mΔ（《建筑變形測量規(guī)程》7·2·1-2式）來衡量，多棟建筑物或大型工地根據(jù)一次觀測的全部數(shù)據(jù)來評定精度。項(xiàng)目結(jié)束后，無論建筑物棟數(shù)多少，均通過所有的誤差來計(jì)算全區(qū)高差中數(shù)中誤差mw（《建筑變形測量規(guī)程》7·2·1-1式），這樣就很好地看出了觀測數(shù)據(jù)的精度級別，同時(shí)通過計(jì)算相鄰點(diǎn)的差異沉降值來判斷建筑物的沉降是否均勻、整體是否安全等。近年來，本單位對所有沉降觀測項(xiàng)目均進(jìn)行了全區(qū)測站高差中數(shù)中誤差計(jì)算，所有工程的測站高差中數(shù)中誤差均小于±0.12 mm。

7 不同地質(zhì)條件建筑物總沉降量統(tǒng)計(jì)及分析

為了更好地分析在恒荷載一定的前提下，不同地質(zhì)條件、不同基礎(chǔ)型式下建筑物沉降總量的產(chǎn)生規(guī)律，對眾多項(xiàng)目中沉降量較大且有代表性的一些建筑物（群）的最終沉降量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3。

表3 總沉降量統(tǒng)計(jì)表

從表1和表3的數(shù)據(jù)不難看出，建筑物的沉降量主要取決于地質(zhì)條件和基礎(chǔ)處理型式，在基礎(chǔ)型式相同時(shí)，高壓縮性土的沉降量明顯大于中高或低壓縮性土。馬湖還建小區(qū)及江漢移動網(wǎng)通信大樓裙樓雖然都只有3層，但在基礎(chǔ)處理時(shí)對持力層下部的軟臥層產(chǎn)生了擾動，使得其沉降量明顯偏大，若基礎(chǔ)處理合理沉降量就會明顯減小。所以，建筑物的恒荷載對總沉降量的影響并非一致，因此，在恒荷載一定的時(shí)候，要關(guān)注地質(zhì)條件和基礎(chǔ)處理型式。

8 結(jié) 語

由于建筑物的沉降主要取決于地質(zhì)條件和基礎(chǔ)型式，絕大多數(shù)建筑物在投入使用后半年左右沉降趨于緩和，1 a左右逐步達(dá)到《建筑變形測量規(guī)范》表5～4的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，為了搞好沉降觀測工作，為建筑物的安全把好最后一道關(guān)，在整個(gè)沉降觀測過程中，要做到經(jīng)常與業(yè)主進(jìn)行溝通，共同分析沉降原因，制定合理、經(jīng)濟(jì)的沉降觀測及安全隱患處理方案。

[1] GB50007-2002.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ340-2015 .建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范[S].

[3] JGJ/T 8-2007 .建筑變形測量規(guī)范[S].

[4] GB12897-2006.國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].

[5] GB50026-2007.工程測量規(guī)范[S].

[6] JGJ/T 8-97.建筑變形測量規(guī)程[s].

P258

B

1672-4623（2016）10-0090-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.028

楊和平，高級工程師，從事測繪專業(yè)技術(shù)及管理工作。

2016-04-18。