袁松

（核工業(yè)華東二六七工程勘察院，江西 九江 332000）

1 引言

高層建筑從施工準備起，到全部工程竣工后的一段時間內(nèi)，應(yīng)按施工與設(shè)計的要求，進行沉降、位移和傾斜等變形觀測。一般分兩部分：一部分是觀測高層建筑施工造成周圍鄰近建(構(gòu))筑物和護坡樁的變形以及日照等對建筑物施工影響的變形，以保證安全和正確指導(dǎo)施工，這是直接為施工服務(wù)的變形觀測；另一部分是在整個施工過程中和竣工后，觀測高層建筑各部位的變形，以檢查施工質(zhì)量和工程設(shè)計的正確性，并為有關(guān)地基基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)設(shè)計反饋信息。在監(jiān)測過程中需要對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行科學(xué)的處理與分析，然后根據(jù)實際變形情況采取有效的防治措施。本文主要就水岸蓮華一期二標段18#、19#樓以及41#樓地下車庫的沉降變形監(jiān)測過程進行研究，重點分析了高層建筑物變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

2 高層建筑變形監(jiān)測的基本方法

為了保證變形觀測成果的精度，除按規(guī)定時間一次不漏地進行觀測外，在觀測中應(yīng)采取“一穩(wěn)定、四固定”的基本方法。

2.1 一穩(wěn)定

一穩(wěn)定是指變形觀測依據(jù)的基準點和工作基點，其點位要穩(wěn)定?；鶞庶c是變形觀測的基本依據(jù)，每項工程至少要有3個穩(wěn)固可靠的基準點，并每半年復(fù)測一次，工作基點是觀測中直接使用的依據(jù)點，要選在距觀測點較近但比較穩(wěn)定的地方。對通視條件較好或觀測項目較少的高層建筑，可不設(shè)工作基點，而直接依據(jù)基準點觀測。變形觀測點應(yīng)設(shè)在被觀測物上最能反映變形特征，且便于觀測的位置。

2.2 四固定

四固定是指：①所用儀器、設(shè)備要固定；②觀測人員要固定；③觀測的時間要固定；④觀測的路線、鏡位、程序和方法要固定。

3 高層建筑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方式主要分為兩種：一種是內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一種是外部測量數(shù)據(jù)。在監(jiān)測數(shù)據(jù)處理過程中，通常都要制定相應(yīng)的步驟，每一個步驟中的計算工作都應(yīng)該做到分毫不差，否則就會對最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果造成嚴重影響。

在處理數(shù)據(jù)時，應(yīng)該先對外部影響因素的數(shù)據(jù)進行處理，這樣有利于消除相關(guān)影響因素，進而專門處理內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù)。在實際處理過程中，工作人員應(yīng)該先將豎直方向與水平方向的基線變化情況記錄下來，并制作數(shù)據(jù)處理表。之后將不同觀測時間內(nèi)豎直方向和水平方向的原基線與基線增量進行記錄，以便于在進行處理時能夠相互對照。最后可以繪制一張相鄰時間段的基線變化曲線圖，進而使相關(guān)人員更加直觀地觀察不同觀測過程中基線增量的變化情況。

上述分析方法是相對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析法，目前，許多單位開始應(yīng)用不同的新方法進行建筑變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，例如，最大間隙法與平均間隙法等。此外，有的工作單位還使用卡爾曼濾波法，這是目前應(yīng)用最多同時也是效果最佳的方法，卡爾曼濾波中最關(guān)鍵的組成部分是狀態(tài)估計，通過對觀測數(shù)據(jù)的隨機量進行定量推斷可以估計出建筑物的變形情況，所以這種方法對建筑物變形數(shù)據(jù)處理工作有一定的幫助。

4 實例研究

4.1 工程概況

本工程位于九江市長虹西大道，其中18#、19#樓分別是三十三層與二十九層的高層住宅樓，這兩座建筑的總高度分別為96.1m與84.5m。地下車庫總建筑面積約為7.56萬平方米，地下一層，層高3.7m。兩座主樓的基礎(chǔ)為樁基+筏板，主體為剪力墻結(jié)構(gòu)；41#樓地下車庫基礎(chǔ)為樁基+筏板結(jié)構(gòu)，地下車庫為框架結(jié)構(gòu)。

4.2 觀測方案

①基準點和觀測點的布設(shè)。為提高觀測準確性并且為了工作方便，本工程使用獨立高程系統(tǒng)，分別在長虹西大道的馬路旁電線桿和周邊布設(shè)2個基準點。首次觀測要用往返觀測的方式對基準點閉合環(huán)進行觀測，進而保證基準數(shù)據(jù)的可靠性。觀測點應(yīng)設(shè)置于距外墻墻體平面上部0.5m處，且保證距觀測點至少2米以內(nèi)不得有障礙物。觀測點應(yīng)設(shè)置在承重墻外，并保證其具備良好的通視條件。沉降縫或伸縮縫兩側(cè)、山墻中部、高低建筑物及建筑物的沉降縫兩側(cè)都要設(shè)置相應(yīng)的觀測點。觀測時，各觀測點要組成一個水準閉合環(huán)，再與2個基準點組成水準閉合環(huán)，同時檢驗基準點的穩(wěn)定情況。

②使用儀器與觀測。建筑沉降觀測工作的精度要求非常高，所以為了確保觀測結(jié)果的精準性，通常情況下的測量誤差應(yīng)小于變形值的到。為此，高層建筑變形監(jiān)測工作應(yīng)該使用S1或S05級的精密水準儀，同時還要使用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦合金水準尺。本工程主要采用天寶DSO5高精密電子水準儀及一對2m銦鋼尺和0.5s拓普康全站儀。

本次觀測采用集合水準方法，按國家三等水準測量的技術(shù)要求進行。每次觀測時，首先要對建筑物的2個起算基準點進行監(jiān)測，基準點間的高度差不能大于0.3mm。每次觀測結(jié)束后，用微機程序按經(jīng)典的嚴密方法進行平差計算，求出每個觀測點的平差后高程和點位高程中的誤差。最后填制《沉降觀測記錄表》。

4.3 觀測點的設(shè)置和觀測周期

①觀測點的設(shè)置。為了精確地反映出建筑物的沉降趨勢，觀測點需要根據(jù)現(xiàn)場及地基基礎(chǔ)的情況而設(shè)置。主樓：18#、19#樓分別布設(shè)10個點共20個沉降點。41#樓地下車庫：共布設(shè)33個沉降觀測點。

②觀測周期的設(shè)置。根據(jù)建筑物所在位置的地質(zhì)情況、地基處理情況和上部結(jié)構(gòu)情況，確定變形觀測周期。主體建筑物建設(shè)到正負零時，布設(shè)觀測點，設(shè)置好觀測點后，進行第一次觀測，確定基準值。地下停車庫以每個建筑單元為單位劃分，樁基柱子澆筑完成后，布設(shè)觀測點，進行第一次觀測，確定基準值。

主樓：每兩層觀測一次，直至主體完工；故18#樓共觀測16次，19#樓共觀測14次。如有異常，還需增加觀測頻率。

1#樓地下停車庫：觀測工作分施工期和竣工后兩時段，施工期是在基礎(chǔ)或地下室底板施工完成后即開始觀測，可根據(jù)施工進度和相關(guān)要求進行，竣工后的觀察要求在第一年內(nèi)每隔2至3個月觀測一次，以后每隔4至6個月觀測一次。具體觀測周期可根據(jù)建筑物變形情況并按規(guī)范規(guī)定進行適當調(diào)整。

4.4 變形觀測數(shù)據(jù)的處理與分析

①二維曲線數(shù)據(jù)處理。本工程的變形監(jiān)測自第1次實施觀測到第26次完成,整理觀測數(shù)據(jù)成果得到一條雙縱軸繪制的沉降觀測點總體變化曲線。通過該曲線可以看出監(jiān)測點總體呈緩和下降趨勢,至19#樓觀測開始時,沉降情況逐漸發(fā)生變化，致使多數(shù)點都有較大的沉降變化量,部分點還出現(xiàn)沉陷反彈、抖動等現(xiàn)象。

②變形螺旋曲線法。在對變形數(shù)據(jù)曲線的繪制過程中,通過分析注意到一種能夠較好反映出變形過程特性的曲線。該曲線形狀上類似于數(shù)學(xué)中的函數(shù)螺線,故將其命名為變形螺旋曲線。該曲線的優(yōu)點在于,它反映出了變形體變化的整體過程。當建筑物的荷載漸進增加階段,沉降變形量便隨之不斷加大,此時的變形曲線將以較大的角度向內(nèi)側(cè)圓周收縮;在建筑物的荷載進入穩(wěn)定階段后,沉降變形量慢慢減少,此時變形曲線沿著某一固定圓周延伸。

③三維模型數(shù)據(jù)處理。為了能更直觀明了地顯示變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的特點,利用Surfer三維模型對變形數(shù)據(jù)進行處理是一種很好的方式。該軟件通過數(shù)據(jù)插值網(wǎng)格化后繪制的測區(qū)三維立體線框模型,形象地展現(xiàn)了各觀測點間的高程落差和點位的分布情況。

5 結(jié)語

高層建筑的沉降變形是一個動態(tài)且十分緩慢的過程，相關(guān)工作人員在數(shù)據(jù)監(jiān)測過程中應(yīng)該具備足夠的耐心，同時，觀測點的選擇與觀測點的布置也是變形監(jiān)測工作中非常重要的部分。