姜洲 袁興明 靳合波

(1.濟(jì)南市勘察測(cè)繪研究院 山東濟(jì)南 250101; 2.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院 建筑與信息工程系 山東淄博 256414; 3.青島理工大學(xué)管理工程系 山東臨沂 273400)

0 引言

隨著社會(huì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，我國(guó)大部分城市已經(jīng)由常規(guī)建設(shè)轉(zhuǎn)向了高速建設(shè)，城市建設(shè)對(duì)土地的需求量越來(lái)越大，城市地鐵、城際鐵路、科教文衛(wèi)用地等，造成土地缺口太大的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象導(dǎo)致了城市建筑物由傳統(tǒng)的多層建筑物逐漸地被高層和超高層建筑物所替代。建筑物高度不斷的升高，建筑物自身以及周邊環(huán)境等各種因素必然會(huì)引起建筑物的變形，沉降變形就是典型的一個(gè)案例[1-4]。

我國(guó)近幾年城市測(cè)量規(guī)范規(guī)定，各種高層和重要建筑物都要進(jìn)行沉降觀測(cè)，特別是高層建筑和超高層建筑物的過(guò)程監(jiān)測(cè)，即在施工階段隨著建筑物層數(shù)的增多所進(jìn)行的沉降觀測(cè)[5-6]。本文主要對(duì)濟(jì)南某高層建筑物從施工階段到運(yùn)營(yíng)管理階段進(jìn)行了連續(xù)20期的沉降觀測(cè)，通過(guò)分析沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出了建筑物隨著荷載的變化所產(chǎn)生的的沉降規(guī)律，在建筑物施工完成1年之后建筑物沉降趨于穩(wěn)定。

1 沉降監(jiān)測(cè)方法

受甲方的委托，承擔(dān)了濟(jì)南CBD寫字樓2號(hào)樓的沉降觀測(cè)工作。自2015年5月14日進(jìn)行了第一次觀測(cè)，基本按照每?jī)蓪佑^測(cè)一次，2016年7月28日封頂，其后至竣工觀測(cè)6次，共進(jìn)行了20次觀測(cè)，大樓沉降趨于穩(wěn)定，完成了雙方協(xié)議規(guī)定的工作內(nèi)容。該大樓基礎(chǔ)為擴(kuò)展基礎(chǔ)，主題結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定及甲方要求，對(duì)該工程進(jìn)行了沉降觀測(cè)及分析工作，以便監(jiān)測(cè)工程施工階段中的沉降變化及其規(guī)律，掌握不均勻沉降變化的狀態(tài)，這對(duì)工程建筑的施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)、竣工驗(yàn)收和使用安全有重要意義[5-6]。

(1)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置和工作基點(diǎn)設(shè)置，根據(jù)建筑物變形規(guī)范要求，在建筑物周圍布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)，工作基點(diǎn)定期觀測(cè)。該觀測(cè)總共布設(shè)了4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)和2個(gè)工作基點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)由BM01-BM04 4個(gè)點(diǎn)組成，基準(zhǔn)點(diǎn)采用混凝土樁埋設(shè)在CBD外側(cè)，主要控制整個(gè)CBD區(qū)域的建筑物，工作基點(diǎn)為BM05、BM06布設(shè)在2號(hào)樓周圍，采用鉆孔埋設(shè)鋼管。首先利用國(guó)家級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，采用閉合水準(zhǔn)路線推算出基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)，再利用工作基點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程獲取，定期檢查工作基點(diǎn)是否出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。

基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定是沉降觀測(cè)工作中最重要的因素。在沉降觀測(cè)之前、過(guò)程中和之后，對(duì)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行了4次高精度觀測(cè)，4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)相互驗(yàn)證。在觀測(cè)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)基準(zhǔn)點(diǎn)形變，則根據(jù)設(shè)計(jì)精度要求進(jìn)行加測(cè)，選擇最穩(wěn)定的點(diǎn)作為沉降觀測(cè)起算點(diǎn)。具體的水準(zhǔn)工作基點(diǎn)檢核網(wǎng)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)如圖1所示。

圖1 水準(zhǔn)基點(diǎn)和工作基點(diǎn)檢核路線圖

(2)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置，根據(jù)建筑物設(shè)計(jì)和甲方的要求，并兼顧大樓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要選擇在建筑物的四周和重要的承重部位、沉降縫、后澆帶兩側(cè)等特征位置處。結(jié)合設(shè)計(jì)要求，重點(diǎn)考慮大樓基礎(chǔ)的地質(zhì)條件等因素，選取了12個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為JC01、JC02、JC03、JC04、JC05、JC06、JC07、JC08、JC09、JC10、JC11、JC12，如圖2所示。在基礎(chǔ)完成后，在便于觀測(cè)的位置預(yù)埋鋼板，設(shè)置永久性沉降觀測(cè)點(diǎn)，埋件高度大約在自然地面以上200mm～500mm,正上方2.5m范圍內(nèi)沒(méi)有突出物，便于安置水準(zhǔn)標(biāo)尺，施工拆模剔出預(yù)埋件后，焊接沉降觀測(cè)專用標(biāo)志，標(biāo)志由螺母、保護(hù)栓和測(cè)桿組成。安裝時(shí)，將螺母與建筑物基礎(chǔ)緊固在一起，測(cè)量時(shí)旋上測(cè)桿，測(cè)量完畢旋下測(cè)桿，旋上保護(hù)栓，并進(jìn)行第一次沉降觀測(cè)。

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖

(3)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)高差中誤差m≤±1.0mm，沉降觀測(cè)采用徠卡DN03電子水準(zhǔn)儀，按照一等水準(zhǔn)測(cè)量要求進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取。為了提高觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量采用了“三多、四固法”，即多個(gè)閉合環(huán)觀測(cè)要求，多次觀測(cè)取平均值，多個(gè)角度分析沉降原因，固定人員儀器、路線環(huán)境(時(shí)間、溫度)、程序方法和路線。

(4)沉降數(shù)據(jù)計(jì)算。某點(diǎn)的期沉降量為，本次觀測(cè)的高程與前一次觀測(cè)高程之差；累計(jì)沉降量為整個(gè)建筑物沉降數(shù)值，本次觀測(cè)的高程與首次觀測(cè)高程之差；沉降速度主要分期沉降速度和累計(jì)沉降速度，主針對(duì)期沉降量和累計(jì)沉降量平均每天的沉降數(shù)值，反映出建筑物沉降的快慢。

2 數(shù)據(jù)分析

為從整體上進(jìn)行科學(xué)合理地分析該工程的沉降變形情況，本文對(duì)所布設(shè)的每個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)的20期觀測(cè)資料，進(jìn)行了本期沉降量和總沉降量的沉降分析，得到沉降曲線圖。分析過(guò)程有沉降曲線圖，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)沉降量，封頂前和封頂后的沉降曲線圖以及沉降速率[3-4]。具體的分析結(jié)果如下。

(1)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量計(jì)算表如表1～表2所示。

表1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量

表2 封頂前和封頂后沉降量和沉降速度

(2)沉降分析

通過(guò)20期觀測(cè)資料分析可以看出，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的本期沉降量數(shù)值表現(xiàn)為“+”或“-”，總體以負(fù)值為主(即下沉)；表現(xiàn)為極小數(shù)值的“+”和“-”反映出觀測(cè)值所隱含的誤差情況，較大數(shù)值的“-”反映出大樓各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降，較大數(shù)值的“+”反映大樓沉降過(guò)程中的群樁效應(yīng)或雨后地下水位的上升。

通過(guò)對(duì)濟(jì)南CBD寫字樓2號(hào)樓的沉降觀測(cè)工作，觀測(cè)時(shí)間一年零九個(gè)月，共觀測(cè)了20期數(shù)據(jù)，包括14期施工階段數(shù)據(jù)和6期運(yùn)營(yíng)管理階段數(shù)據(jù)。通過(guò)分析表1可以得出2號(hào)樓建筑物最大沉降點(diǎn)處于JC04點(diǎn)，沉降量為12.9mm，最小沉降點(diǎn)出現(xiàn)在JC09處，沉降量6.5mm，12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)平均沉降量8.8mm。分析表2得出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)封頂前的沉降量與沉降速率都大于封頂之后的數(shù)據(jù)，建筑物在封頂之后荷載達(dá)到了最大數(shù)值，后期的沉降量越來(lái)越小，除了JC01監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，其他11個(gè)點(diǎn)封頂后沉降速率都小于0.01mm/d，可以確定建筑物已經(jīng)趨向于穩(wěn)定。根據(jù)《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》編制說(shuō)明中提及，沉降穩(wěn)定控制指標(biāo)為0.04 mm/d，表明大樓地基及地基處理得很好。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量反映了總體點(diǎn)位沉降趨勢(shì)，符合高層建筑物沉降的基本規(guī)律。

分析圖3～圖4可以得出建筑物整體沉降量相對(duì)較小，并且整體呈沉降一致性，在封頂后慢慢趨于穩(wěn)定。分析圖5～圖6可以得出，該建筑物沉降速率較大的點(diǎn)集中在JC04、JC07兩個(gè)點(diǎn)，分析封頂前和封頂后兩階段沉降情況，可以得出雖然最大沉降點(diǎn)在JC04點(diǎn)，但是封頂前最大沉降速率是JC07點(diǎn)，可能與周邊地質(zhì)有一定關(guān)系，JC04和JC01兩點(diǎn)在封頂后沉降量相對(duì)較大。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降曲線圖

圖4 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量

圖5 各階段沉降量分析圖

圖6 封頂前和封頂后沉降速率分析圖

(3)整體建筑物沉降分析

通過(guò)分析以上圖表可以得出，該樓地基受到地面建筑物載荷時(shí)，地基開始?jí)嚎s，沉降曲線圖中看出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量隨荷載的增加而下降，每?jī)蓪佑^測(cè)一次，荷載增加快，沉降速度加快，沉降直線下降，封頂后，沉降速度變慢，下沉曲線變緩。

通過(guò)分析建筑物地質(zhì)和季節(jié)情況，大樓沉降的總趨勢(shì)除隨季節(jié)變化，凍土層深度變化對(duì)大樓地基產(chǎn)生影響出現(xiàn)少量抬升外，大部分是隨時(shí)間增加的函數(shù)。開始沉降速度緩慢均勻，封底時(shí)沉降速度最大，而后逐漸變小。大樓封頂后一段時(shí)間內(nèi)沉降量較小，最后逐漸趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)分析可以得出，該建筑物最大沉降量12.9mm，出現(xiàn)在JC04點(diǎn)處；最小沉降量6.5mm，出現(xiàn)在JC09點(diǎn)處，平均沉降量8.8mm。經(jīng)過(guò)一年半的沉降監(jiān)測(cè)，經(jīng)歷了施工階段、運(yùn)營(yíng)管理階段，該建筑物沉降量相對(duì)較小。

(2)通過(guò)分析沉降量和沉降速率曲線可得出，該建筑物沉降速率較大的點(diǎn)集中在JC04、JC07兩個(gè)點(diǎn)，分析封頂前和封頂后兩階段沉降情況，可以得出雖然最大沉降點(diǎn)在JC04點(diǎn)，但是封頂前最大沉降速率是JC07點(diǎn)，可能與周邊地質(zhì)有一定關(guān)系，JC04和JC01兩點(diǎn)在封頂后沉降量相對(duì)較大。

(3)除了JC01點(diǎn)在封頂之后沉降速率是0.012mm/d，其他點(diǎn)都小于0.010mm/d。根據(jù)《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》編制說(shuō)明中提及，沉降穩(wěn)定控制指標(biāo)為0.04 mm/d，所以大樓沉降趨于穩(wěn)定。

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