摘要：為實(shí)現(xiàn)對建筑施工中沉降的高精度觀測，引進(jìn)沉降觀測技術(shù)，以某裝配式建筑為例，對高層建筑在施工中的沉降觀測方法展開設(shè)計(jì)。建立裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)；結(jié)合施工現(xiàn)場具體需求，應(yīng)至少設(shè)置4個水準(zhǔn)基點(diǎn)，水準(zhǔn)基點(diǎn)的布置采用閉合環(huán)狀方式設(shè)計(jì)；觀測點(diǎn)點(diǎn)位需要擬建在建筑物上，例如建筑物的四角；設(shè)計(jì)建筑施工中觀測精度與周期，按照規(guī)范進(jìn)行觀測成果數(shù)據(jù)的處理，并通過對建筑沉降量的計(jì)算，完成觀測方法的研究。設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：本文設(shè)計(jì)的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對建筑沉降的觀測，還可以將觀測結(jié)果偏差控制在一個相對較小的范圍內(nèi)，從而提高觀測結(jié)果的可靠性與真實(shí)性。

關(guān)鍵詞：沉降觀測技術(shù)；GPS控制網(wǎng)；應(yīng)用；施工；高層建筑；裝配式

中圖分類號：TU196.2""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"" 文章編號：

Research on the Application of Settlement Observation Technology in Prefabricated High-Rise Building Construction

Abstract：In order to realize the high precision observation of settlement in during construction， the settlement observation technology is introduced，taking a prefabricated building as an example， the settlement observation method of high-rise building in construction is designed.Establish GPS control network in the construction observation of prefabricated high-rise buildings，and according to the specific requirements of the construction site，at least four level points should be set， and the layout of the base points should be designed in a closed ring way，and the observation points need to be built on the building，such as the four corners of the building，and design the observation accuracy and period in the building construction，process the observation result data，and the observation method shall be completed through the calculation of the building settlement.Design examples and application experiment， the experimental results prove that the design method can not only realize the observation of building settlement，but also control the deviation of the observation results in a relatively small range，so as to improve the reliability and authenticity of the observation results.

Keywords：settlement observation technology;GPS control network;application;construction;high-rise building; prefabricated

0 引言

目前，為滿足受眾的需求，裝配式建筑的層數(shù)越來越高，此類建筑在施工過程中，會受到主觀、客觀等因素的影響，出現(xiàn)不同程度的建筑結(jié)構(gòu)沉降，當(dāng)建筑沉降超出了預(yù)設(shè)范圍后，建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性將受到一定程度的影響[1]。為保證裝配式高層建筑在施工中的穩(wěn)定性，全面提升工程質(zhì)量，需要根據(jù)工程施工的實(shí)際需求，對其進(jìn)行沉降觀測，即在施工中運(yùn)用變形觀測技術(shù)，強(qiáng)化對施工過程的監(jiān)測，可以有效地避免由于不均勻沉降而引起的建筑物主要結(jié)構(gòu)的損壞，從而減少施工中事故的發(fā)生[2]。沉降觀測具有重要的應(yīng)用價值，即對各類建筑、地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定檢測，并能及時發(fā)現(xiàn)建筑中的異常沉降與變形，從而根據(jù)工程需求，提出對應(yīng)的解決對策以實(shí)現(xiàn)對建筑沉降、變形的控制[3]。為落實(shí)此項(xiàng)工作，施工單位加大了對此類建筑施工觀測的投入，并提出可能造成建筑沉降的原因。第一，工程地質(zhì)條件的變化，包括工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、土體物理特性的變化等[4]；第二，建筑物本身的荷載能力、結(jié)構(gòu)形式、高度、因振動而產(chǎn)生變形等；第三，由于工程勘察不足、設(shè)計(jì)不合理、施工方法不合理、施工機(jī)械操作不規(guī)范等造成的工程變形。針對以上問題，本文旨在通過此次設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對施工中沉降風(fēng)險(xiǎn)的控制，并根據(jù)相關(guān)的工程理論，為預(yù)測變形提供準(zhǔn)確的技術(shù)支持。

1 工程概況

為確保相關(guān)工作達(dá)到預(yù)期效果，在設(shè)計(jì)沉降觀測方法前，對本文此次研究的試點(diǎn)工程基本情況展開分析[5]，詳見表1。

為確保監(jiān)測的結(jié)果具有真實(shí)性與可靠性，在進(jìn)行觀測前，需要對該建筑工程項(xiàng)目所在地的地質(zhì)環(huán)境與水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析。經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員的勘察與取樣調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該建筑所在地的沿線地表水水位及流量與大氣降水強(qiáng)度密切相關(guān)。項(xiàng)目所在區(qū)域的巖石以花崗巖為主，質(zhì)量較差，針片狀情況嚴(yán)重，無法滿足作為裝配式高層建筑施工的質(zhì)量要求。

項(xiàng)目選址于貴州省貴陽市西側(cè)，出露地層為中生界侏羅紀(jì)、百平紀(jì)及新生界第四紀(jì)。西部為新中國古代紀(jì)龍泉山褶斷斷裂帶，北部為合興環(huán)形構(gòu)造帶，其褶皺結(jié)構(gòu)較為致密，斷裂以順向逆沖為主；中部為綿陽環(huán)形構(gòu)造帶，由一系列緩慢的、近東西向的褶皺帶構(gòu)成，整體是一條由1°～3°構(gòu)成的緩性單斜坡。

綜合上述分析可知，該建筑項(xiàng)目所在地的地質(zhì)環(huán)境相對較差，在施工中易出現(xiàn)建筑沉降現(xiàn)象，因此，有必要根據(jù)工程的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)針對此建筑的沉降觀測。

2 裝配式高層建筑施工中的沉降觀測

2.1 建立裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)

掌握該工程項(xiàng)目的基本情況后，建立裝配式高層建筑施工中的GPS控制網(wǎng)，設(shè)計(jì)建筑施工現(xiàn)場觀測。為確保相關(guān)工作的實(shí)施達(dá)到預(yù)期，按照表2進(jìn)行現(xiàn)場觀測儀器設(shè)備的選型[6]。

完成儀器設(shè)備的選型后，為實(shí)現(xiàn)對高層建筑施工中的沉降的持續(xù)跟蹤觀測，GPS控制網(wǎng)的上空盡量保持空曠，衛(wèi)星高度控制在10°～15°，在測站的上方排除任何障礙物對其的干擾[7]。為便于觀察工作，在選取測站時，應(yīng)盡量選取一些交通方便、上點(diǎn)容易的區(qū)域。為使GPS控制網(wǎng)中鄰近幾個點(diǎn)具有較高的相對精度，通常會在同一網(wǎng)絡(luò)中同時進(jìn)行多個點(diǎn)的同時觀測，通過此種方式，直接得到點(diǎn)位之間的觀測基線，使GPS控制網(wǎng)絡(luò)中的鄰近點(diǎn)具有更高的相對精度。

在此基礎(chǔ)上，有選擇地布置一些框架網(wǎng)，將框架網(wǎng)當(dāng)作整個GPS控制網(wǎng)絡(luò)的骨架[8]。注意控制網(wǎng)中最小異步環(huán)的邊數(shù)目不能超過6條，通過此種方式，實(shí)現(xiàn)裝配式高層建筑施工觀測中的GPS控制網(wǎng)的構(gòu)建。

2.2 布置沉降觀測水準(zhǔn)基點(diǎn)與觀測點(diǎn)

設(shè)計(jì)沉降觀測的水準(zhǔn)基點(diǎn)與觀測點(diǎn)時，應(yīng)明確水準(zhǔn)基點(diǎn)是工程開始觀測的控制點(diǎn)，此點(diǎn)可以為以后的測量工作提供起算資料[9]。應(yīng)至少設(shè)置4個水準(zhǔn)基點(diǎn)。水準(zhǔn)基點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在不受建筑物沉降影響的區(qū)域內(nèi)，以便于對點(diǎn)位的保存。如果在現(xiàn)場設(shè)置的水準(zhǔn)基點(diǎn)與建筑物較遠(yuǎn)，可根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置現(xiàn)場工作基點(diǎn)，并采用淺埋式布置方式[10]。水準(zhǔn)基點(diǎn)屬于首級高程控制網(wǎng)，整體采用閉合環(huán)狀方式設(shè)計(jì)，為了確保初始資料的準(zhǔn)確性，需要對其高度值進(jìn)行周期性檢查。所有水準(zhǔn)基點(diǎn)之間的距離，可以參照建筑物沉降觀測路線長度設(shè)定。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)二級觀測標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定觀測點(diǎn)允許中誤差，對其允許中誤差進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式（1）中：為觀測點(diǎn)允許中誤差，mm；為觀測點(diǎn)權(quán)值；為路線長度，m。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行施工觀測點(diǎn)的設(shè)置，根據(jù)觀測需求，點(diǎn)位需要擬建在建筑物上，包括建筑物的四角、拐角等[11]，詳見圖1。

2.3 設(shè)計(jì)建筑施工中觀測精度與周期

設(shè)計(jì)建筑施工中觀測精度時，先設(shè)定裝配式建筑的整體傾斜度為，其計(jì)算公式如下[12]：

式（2）中：為裝配式建筑的整體傾斜度，為點(diǎn)1的傾斜度，為點(diǎn)2的傾斜度，（°）；為點(diǎn)1與點(diǎn)2的水平距離，m。參照建筑質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，明確的允許值在0.002°～0.003°之間，將其作為依據(jù)，對建筑施工中點(diǎn)1與點(diǎn)2沉降允許差值進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式如下：

式（3）中：為點(diǎn)1與點(diǎn)2沉降允許差值，mm。完成允許差值的計(jì)算后，根據(jù)觀測時的中誤差原則，設(shè)定的允許范圍在1/20 ～1/10 。通過此種方式，確定建筑施工高程沉降中誤差，從而確定建筑工程項(xiàng)目在施工中的沉降觀測精度[13]。

應(yīng)明確在觀測過程中，當(dāng)基準(zhǔn)點(diǎn)與觀測點(diǎn)等參照性點(diǎn)位的布置完成后，需要在現(xiàn)場進(jìn)行建筑沉降的首次觀測，通常情況下，記錄首次觀測的沉降值為0 mm[14]。在后續(xù)的觀測中，根據(jù)工程的施工進(jìn)度，設(shè)定1層～5層進(jìn)行一次觀測；6層～10層進(jìn)行一次觀測，以此類推。當(dāng)建筑施工中遇到冬季階段，出現(xiàn)中途施工中斷的現(xiàn)象時，需要在建筑停工期間，每間隔2個月～3個月進(jìn)行一次現(xiàn)場沉降觀測。當(dāng)工程繼續(xù)施工后，需要在施工當(dāng)日在現(xiàn)場進(jìn)行一次觀測。

當(dāng)建筑物完成封頂施工后，需要每間隔3個月觀測一次。第二年，需要每間隔6個月觀測一次。第三年后，只需要間隔一年觀測一次即可，按照此頻率進(jìn)行持續(xù)觀測，當(dāng)觀測點(diǎn)的沉降速率達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后，完成觀測。

2.4 觀測數(shù)據(jù)處理與沉降量計(jì)算

觀測中，儀器設(shè)備必須固定，從而降低外業(yè)采集數(shù)據(jù)的偏差[15]。每個測站的觀測步驟都要嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在觀測過程中，應(yīng)盡量避免強(qiáng)烈的光線照射，待成像清晰穩(wěn)定后再進(jìn)行讀取。在調(diào)研人員收集到的資料中，有關(guān)的計(jì)算和檢驗(yàn)均應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行，同時，要做到邊記錄、邊計(jì)算、邊檢查。通過上述方式，進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)的成果整理，在此基礎(chǔ)上，計(jì)算觀測過程中的基本參數(shù)，計(jì)算公式如下：

式（4）～式（5）中：為當(dāng)次（本次）觀測建筑的沉降量，為本次觀測的建筑高程值，為上次觀測的建筑高程值，為建筑總沉降量，為首次觀測建筑的高程值，mm。安排技術(shù)人員，負(fù)責(zé)每次計(jì)算與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的記錄，以實(shí)現(xiàn)對觀測中成果數(shù)據(jù)的處理與沉降量的計(jì)算，完成沉降觀測技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

3 工程實(shí)例分析

為實(shí)現(xiàn)對本文方法在實(shí)際應(yīng)用中效果的檢驗(yàn)，以該裝配式高層建筑為例，設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，對該方法展開測試。

實(shí)驗(yàn)過程中，按照本文設(shè)計(jì)的方法，建立裝配式高層建筑施工中的GPS控制網(wǎng)，布置沉降觀測水準(zhǔn)基點(diǎn)與觀測點(diǎn)，設(shè)計(jì)建筑施工中觀測精度與周期，并進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與整理。在此過程中，記錄建筑沉降觀測過程中的相關(guān)數(shù)值，根據(jù)觀測需求，統(tǒng)計(jì)建筑沉降觀測手簿、單次沉降量、累計(jì)沉降量等參數(shù)。

本次觀測共選擇了4個觀測點(diǎn)，按照規(guī)范在建筑施工過程進(jìn)行沉降觀測。將4個觀測點(diǎn)表示為C-01～C-04。參照《建筑變形測量規(guī)范》可知，在進(jìn)行建筑沉降觀測時，當(dāng)觀測的最后100 d，建筑總沉降速度可以滿足lt;0.04 mm/d的需求，說明建筑主體沉降已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)記錄使用本文設(shè)計(jì)方法沉降觀測的結(jié)果，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

從表3可以看出，C-01的沉降量最小，C-03的沉降量最大。綜合分析可知，使用本文設(shè)計(jì)的方法可以實(shí)現(xiàn)對高層建筑施工進(jìn)行沉降觀測，觀測數(shù)據(jù)的變化符合一般沉降規(guī)律。

為進(jìn)一步檢驗(yàn)本文方法的可行性，在觀測過程中，使用2.1中的全站儀、經(jīng)緯儀、鉛垂儀等，在對應(yīng)的觀測時間內(nèi)進(jìn)行建筑施工沉降的人工測量，以人工測量結(jié)果為參照，將其與本文方法的觀測結(jié)果進(jìn)行比對，將比對后兩者的誤差作為檢驗(yàn)本文設(shè)計(jì)方法實(shí)際應(yīng)用效果的關(guān)鍵指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。

從圖2可以看出，C-01～C-04的沉降觀測誤差隨著天數(shù)的增加而呈現(xiàn)增加趨勢，但在建筑沉降穩(wěn)定后，C-01～C-04的沉降觀測誤差lt;1 mm。因此，在完成上述實(shí)驗(yàn)后，得到以下的結(jié)論：本文此次研究引進(jìn)的沉降觀測技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效果良好，應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行裝配式高層建筑施工觀測，觀測結(jié)果與人工實(shí)測結(jié)果的偏差較小。說明本文設(shè)計(jì)的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)對建筑沉降的觀測，還可以將觀測結(jié)果偏差控制在一個相對較小的范圍內(nèi)，以此種方式，可提高觀測結(jié)果的可靠性與真實(shí)性。

4 結(jié)語

開發(fā)裝配式建筑是我國建筑行業(yè)未來的主要發(fā)展方向，相比傳統(tǒng)的磚混結(jié)構(gòu)建筑，裝配式具有輕量化、環(huán)保化等優(yōu)勢。為推進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，本次開展沉降觀測技術(shù)在裝配式高層建筑施工中的應(yīng)用研究，通過建立觀測GPS控制網(wǎng)、布置沉降觀測水準(zhǔn)基點(diǎn)與觀測點(diǎn)、設(shè)計(jì)觀測精度與周期等方式完成沉降觀測技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用，并應(yīng)用實(shí)例證明所提技術(shù)的先進(jìn)性。實(shí)例分析結(jié)果表明，應(yīng)用該技術(shù)后，其沉降觀測誤差均＜1 mm，應(yīng)用效果較好，具有更大的應(yīng)用價值。通過此次設(shè)計(jì)，對提高裝配式結(jié)構(gòu)建筑施工質(zhì)量具有重要意義。

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