但 敏

（德陽市自然資源和規(guī)劃局，四川 德陽 610000）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，高層、超高層建筑在城市中越發(fā)普遍。然而，隨著樓層的不斷增加、荷載逐漸增大，建筑物的沉降量逐漸加大。為了建筑物建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的安全，在建筑物施工過程中必須對(duì)其沉降量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做相應(yīng)處理，保證建筑物的正常使用壽命和安全性［1］。建筑物發(fā)生沉降的原因既有外部因素的影響，也有內(nèi)部因素的制約，歸納起來主要包括地基基礎(chǔ)處理不合理、建筑場(chǎng)地選址不當(dāng)、規(guī)劃不合理、基礎(chǔ)方案失誤等。

客觀、真實(shí)的沉降觀測(cè)資料能對(duì)施工工序起到指導(dǎo)作用，因此，高層建筑物施工過程中和竣工后的沉降觀測(cè)就顯得尤為重要［2-3］。

1 變形監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)

1.1 周期性重復(fù)觀測(cè)

變形觀測(cè)的主要任務(wù)是周期性地對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)，以求得其在觀測(cè)周期內(nèi)的變化量。周期性是指觀測(cè)的時(shí)間間隔是固定的，不能隨意更改；重復(fù)性是指觀測(cè)的條件、方法和要求等基本相同。

在觀測(cè)時(shí)，每一期觀測(cè)應(yīng)等精度進(jìn)行，測(cè)量人員、儀器、作業(yè)條件都應(yīng)相對(duì)固定。比如在進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，要求在規(guī)定的日期，按照設(shè)計(jì)的路線和精度進(jìn)行觀測(cè)，水準(zhǔn)網(wǎng)形原則上不準(zhǔn)改變，測(cè)量?jī)x器一般也不能更換，對(duì)于某些測(cè)量要求較高的情況，連測(cè)站位置也應(yīng)基本不變。

1.2 精度要求高

變形監(jiān)測(cè)的精度要求一般比常規(guī)工程測(cè)量的精度要求要高，比如《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）里規(guī)定，特高精度要求的特種精密工程的變形測(cè)量沉降觀測(cè)的精度要求測(cè)站高差中誤差要小于0.05 mm，很多工程變形場(chǎng)合要求精度達(dá)到毫米級(jí)甚至是亞毫米級(jí)，像這樣的精度在一般的工程測(cè)量中很少遇到。

1.3 多學(xué)科綜合分析

變形監(jiān)測(cè)的分析涉及的學(xué)科領(lǐng)域較多，比如地質(zhì)學(xué)、工程力學(xué)、巖土知識(shí)、土木工程等，還會(huì)涉及計(jì)算機(jī)軟件編程、圖形圖像處理知識(shí)。

2 實(shí)例分析

2.1 工程項(xiàng)目概況與地質(zhì)條件

本工程項(xiàng)目名稱為中恒·首座公館，位于四川省德陽市中江縣北塔路，占地面積3 608.80 m2，是一個(gè)獨(dú)棟16 層電梯的高層建筑，總建筑面積約11 684.54 m2。

工程所在區(qū)域中江縣地處四川中部偏北，川中丘陵區(qū)西部?？h境內(nèi)出露地層有中、生界的侏羅系、白堊系和新生界的第四系?？h境西部地質(zhì)構(gòu)造屬新華夏系龍泉山褶斷東，其北端為合興環(huán)狀構(gòu)造范圍，褶皺較緊密，斷裂以走向逆斷層發(fā)育；東部和中南部屬綿陽環(huán)狀構(gòu)造范圍，為近東西向的平緩褶皺組成。從龍臺(tái)到包山皆為平緩單斜構(gòu)造，地層傾角1°～3°，倉山以南，分布有川中東西部向褶皺平緩褶皺構(gòu)造。

2.2 參照規(guī)范與儀器設(shè)備選擇

本工程項(xiàng)目依據(jù)的規(guī)范主要包括：《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）、《國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范》（GB/T 12897—2006）和《工程測(cè)量規(guī)范》（GB 50026—2007）等。依據(jù)上述規(guī)范的相關(guān)要求，本次沉降觀測(cè)的技術(shù)方法采用水準(zhǔn)測(cè)量，等級(jí)為國(guó)家二等，高程系采用獨(dú)立高程系統(tǒng)。測(cè)量中所使用的儀器設(shè)備有SOKKIA 精密電子水準(zhǔn)儀、銦合金鋼尺、南方平差易2005版。

2.3 沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

2.3.1 水準(zhǔn)基點(diǎn)。水準(zhǔn)基點(diǎn)是整個(gè)工程項(xiàng)目的起始控制點(diǎn)，其將為后續(xù)的測(cè)量工作提供必要的起算數(shù)據(jù)，根據(jù)規(guī)范要求結(jié)合實(shí)際情況，本項(xiàng)目共埋設(shè)3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)埋設(shè)在沉降影響范圍以外，且便于長(zhǎng)期保存的位置。

水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)為工程項(xiàng)目的首級(jí)高程控制網(wǎng)，網(wǎng)型采用閉合環(huán)狀。嚴(yán)格依據(jù)二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集。為保證起始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還必須定期檢測(cè)其高程值的變化情況［4］。

2.3.2 觀測(cè)點(diǎn)。依據(jù)建筑物的形狀、自身特點(diǎn)以及《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）中的觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求，在完成現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將觀測(cè)點(diǎn)選擇在標(biāo)高±0.00 m 以上30 cm 左右的承力柱或剪力墻上，埋設(shè)后做好保護(hù)措施，以防施工過程中被破壞。中恒·首座公館工程共布置沉降觀測(cè)點(diǎn)8 個(gè)，分別為A01、A02、A03、A04、A05、A06、A07 和A08。

2.4 沉降觀測(cè)的技術(shù)要求

2.4.1 基準(zhǔn)點(diǎn)觀測(cè)的基本要求。根據(jù)規(guī)范要求，相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)高差中誤差的絕對(duì)值小于0.5 mm，水準(zhǔn)測(cè)量往返測(cè)較差和環(huán)線閉合差小于規(guī)范要求。

2.4.2 觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量的一般要求。沉降觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差絕對(duì)值≤0.5 mm。

2.4.3 儀器設(shè)備要求。工程所使用的儀器全部經(jīng)過質(zhì)檢中心的檢定，并在有效時(shí)間內(nèi)使用。每次外業(yè)數(shù)據(jù)采集前進(jìn)行i角檢校，視準(zhǔn)軸誤差（i角）≤15″。

2.4.4 作業(yè)時(shí)間。確定在2020 年5 月27 日至2021年12月13日進(jìn)行周期性觀測(cè)。

2.4.5 成果整理。全部原始觀測(cè)數(shù)據(jù)必須真實(shí)可靠，記錄計(jì)算符合規(guī)范要求，依據(jù)正確、嚴(yán)謹(jǐn)有序、步步校核、結(jié)果有效的原則進(jìn)行成果整理及計(jì)算［5］。

2.4.6 沉降量計(jì)算。將各周期觀測(cè)記錄整理檢查無誤后，進(jìn)行嚴(yán)密的平差計(jì)算，求出各周期每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的高程值，從而確定出沉降量。本次沉降量及累計(jì)沉降量計(jì)算公式如式（1）、式（2）。

2.5 沉降觀測(cè)程序要求

沉降觀測(cè)嚴(yán)格遵循監(jiān)測(cè)點(diǎn)必須固定、儀器設(shè)備必須固定、技術(shù)人員必須固定、觀測(cè)路線固定、方法程序必須固定、外業(yè)觀測(cè)條件要大概相同的原則。按照此程序觀測(cè)可以減小測(cè)量誤差對(duì)外業(yè)采集數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。除此之外，每一測(cè)站的觀測(cè)程序必須嚴(yán)格按照規(guī)范的要求執(zhí)行；觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量避免強(qiáng)光直射，成像清晰、穩(wěn)定后才能讀數(shù)；外業(yè)采集數(shù)據(jù)的相關(guān)計(jì)算、校核都必須在現(xiàn)場(chǎng)完成，做到邊記錄邊計(jì)算邊校核；控制網(wǎng)應(yīng)定期檢測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 資料整理

①外業(yè)觀測(cè)值和記錄，在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)直接記錄和計(jì)算。

②沉降測(cè)量計(jì)算包括觀測(cè)手簿、環(huán)閉合差、每次沉降量、累計(jì)沉降量的計(jì)算。

③將各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)填入沉降量計(jì)算表中，并計(jì)算出沉降量，繪制各沉降觀測(cè)點(diǎn)的曲線圖。

3.2 資料分析

沉降觀測(cè)成果如表1所示。由表1可知，中恒·首座公館工程共布設(shè)8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。本樓8個(gè)觀測(cè)點(diǎn)中累計(jì)沉降量最大值為觀測(cè)點(diǎn)A08，沉降累計(jì)量為-16.8 mm，累計(jì)沉降量最小值為觀測(cè)點(diǎn)A01，沉降累計(jì)量為-9.9 mm。平均沉降量為-12.4 mm，最大沉降差為6.9 mm。

荷載—沉降量曲線圖如圖1所示，由圖1和表1可知，中恒·首座公館工程最近一次觀測(cè)的沉降速率最大值為0.014 mm/d，參與速率計(jì)算時(shí)間間隔分別為0 d、6 d、30 d、29 d、37 d、32 d、23 d、123 d、95 d、92 d、91 d。根據(jù)《建筑變形測(cè)量規(guī)范》（JGJ 8—2016）中相關(guān)要求，當(dāng)最后100 d 的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d時(shí)可認(rèn)為已進(jìn)入穩(wěn)定階段。

圖1 荷載—沉降量曲線圖

表1 沉降監(jiān)測(cè)成果表

使用SPSS 軟件分析荷載與沉降量之間的關(guān)系可知，荷載與沉降量之間存在較強(qiáng)的二次多項(xiàng)式函 數(shù)關(guān)系，R2最高在A05 點(diǎn)，為0.973，R2最低在A06 點(diǎn)，為0.907。8 個(gè)點(diǎn)位R2均大于0.9，相關(guān)關(guān)系較強(qiáng)。

使用SPSS軟件分析沉降時(shí)間與沉降量之間的關(guān)系可知，沉降時(shí)間與沉降量之間存在較強(qiáng)的二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系，R2最高在A07點(diǎn)，為0.998，R2最低在A02點(diǎn)，為0.985。8個(gè)點(diǎn)位R2均大于0.9，相關(guān)關(guān)系較強(qiáng)。與荷載相比，沉降時(shí)間與沉降量的相關(guān)關(guān)系更強(qiáng)，使用沉降時(shí)間預(yù)測(cè)沉降量更好。荷載—沉降量與沉降時(shí)間—沉降量精度分析如表2和表3所示。

表2 荷載—沉降量精度分析

表3 沉降時(shí)間—沉降量精度分析

根據(jù)公式分別對(duì)8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位在第625 d 的沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)，將8 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)沉降量與預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表4所示。

表4 沉降時(shí)間預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比表 單位：mm

根據(jù)沉降時(shí)間預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比表，預(yù)測(cè)沉降值與實(shí)測(cè)沉降值差值總體較小，最大為3.7 mm，最小為0.3 mm，總體預(yù)測(cè)精度較好。

3.3 結(jié)論

在高層和超高層建筑施工過程中，通過專業(yè)的測(cè)量技術(shù)手段獲取周期性的沉降數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀、科學(xué)的分析，系統(tǒng)掌握建筑沉降變化規(guī)律，引導(dǎo)工程順利進(jìn)行，確保建筑物建設(shè)期間的安全性。針對(duì)具體工程項(xiàng)目，得出以下兩點(diǎn)結(jié)論。

①在高層建筑建設(shè)過程中，會(huì)產(chǎn)生沉降，荷載與沉降時(shí)間是與沉降量相關(guān)的兩個(gè)因素，且相關(guān)程度較高。

②荷載與沉降時(shí)間分別與沉降量存在二次多項(xiàng)式曲線關(guān)系，可利用沉降時(shí)間對(duì)沉降量進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過對(duì)沉降量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與算法預(yù)測(cè)可掌握高層建筑的實(shí)時(shí)沉降狀態(tài)與沉降趨勢(shì)，保證高程建筑施工與運(yùn)營(yíng)安全。