多高層建筑物構筑物沉降觀測工法

高層建筑沉降觀測工法工法編號：RJGF(閩)—S3—2010完成單位：主要完成人：1前言隨著社會的不斷進步、物質文明的提高及建筑施工技術不斷革新；同時，土地資源日漸減少與人口的不斷增長之間的矛盾日益突顯，高層及超高層建(構)筑物迅速崛起。為了全面、精確地掌握實測變形數(shù)據(jù)，作為反映施工期間地基的穩(wěn)定情況、評價設計質量，保證建（構）筑物的正常使用壽命和安全性；高層建（構）筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。我公司全體測量人員在長期的測量實踐中不斷摸索，總結經(jīng)驗，得出一種精確、簡便、有效的沉降觀測方法，在工程實際應用中取得了良好效果。2特點每次觀測做到“五固定”，即儀器固定、標尺固定、測站固定、線路固定、觀測人員固定；有效消除了前后視距因場地原因而不能相等時所產生的i角（水準軸與望遠鏡視準軸不平行時所成的夾角稱i角）誤差，避免了為保持前后視距嚴格相等的繁瑣工作，使得沉降觀測更加簡便、有效，又保證了精度。3適用范圍適用于二等、三等、四等沉降觀測。適用于各種不同地基的多（高）層建筑物、構筑物的沉降觀測。4工藝原理利用水準點用精密水準儀定期進行水準測量，測出建筑物上觀測點的高程，從而計算出其下沉量。5施工工藝流程及操作要點5.1工藝流程沉降觀測流程見圖5.1。水準點的布設水準點的布設水準測量、水準網(wǎng)閉合測量水準測量、水準網(wǎng)閉合測量計算與平差計算與平差沉降點的埋設沉降點的埋設觀測路線與儀器架設點選定觀測路線與儀器架設點選定繪制水準點、沉降點及觀測路線布置圖繪制水準點、沉降點及觀測路線布置圖沉降點首次高程測量沉降點首次高程測量計算與平差計算與平差水準網(wǎng)監(jiān)測與沉降觀測水準網(wǎng)監(jiān)測與沉降觀測計算、平差、填寫沉降觀測記錄表計算、平差、填寫沉降觀測記錄表封頂、竣工封頂、竣工填寫沉降觀測匯總表、繪制沉降觀測曲線圖填寫沉降觀測匯總表、繪制沉降觀測曲線圖資料整理、歸檔、移交建設單位資料整理、歸檔、移交建設單位圖5.1沉降觀測流程圖5.2操作要點水準基點的布設及水準基點測量1水準基點的布設為沉降觀測提供基本高程以及控制建（構）筑物的高程，應埋設現(xiàn)場水準基點，水準基點的埋設應以保證其穩(wěn)定可靠為原則。水準基點在沉降觀測前半個月必須埋設好，且不少于3個。水準基點的間距不大于100米，為了觀測方便并從精度考慮，可在兩倍于建筑物基礎寬度以外的穩(wěn)定位置，其與建筑物之間的距離以30m～50m為宜；同時，避開交通干道、地下管線、水源地、河岸、松軟填土、滑坡地段，埋設在土質堅硬、便于長期保存和使用方便的地點。在場區(qū)內任何地方架設儀器至少后視到兩個水準基點，并且場區(qū)內各水準基點構成閉合圖形，以便閉合檢校，以保證觀測精度。水準基點要設在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外，水準點的埋深要符合二等水準測量的要求(大于1.5米)，應埋設水準標石，標石用普通砼制作，標志及標石埋設按二等水準點要求進行（見圖5.2.1），水準點埋設好后應編號為BM1、BM2、BM3…、BMn。圖水準基點標識埋設圖（單位：cm）圖水準基點標識埋設圖（單位：cm）2水準基點測量在現(xiàn)場水準基點埋設穩(wěn)固后，應引測國家高程控制高程城市高程控制高程或采用假設高程或相對高程。建筑工程中水準基點的高程引測按二等水準測量方法進行測量可滿足精度要求，具體（表5.2.1）。二等水準測量要求往返測量，當往返測量閉合差不大于4時，取往返測量的平均值為測量結果，計算出現(xiàn)場水準基點的高程，計算時取值應精確到0.1mm。表二等水準測量技術要求視線長度前后視距差（m）前后視距累計差（m）視線高度水準線路測量往、返返高差之閉合合差（mm）儀器類型視距（m）視線長度≥20（m）視線長度≤20（m）S1≤50≤1.0≤3.0≥5≥3≤±4S05≤60注：L為水準線路長度，以Km為單位水準網(wǎng)閉合測量與監(jiān)測高程引測到現(xiàn)場水準網(wǎng)后，對現(xiàn)場水準網(wǎng)的水準點進行閉合測量，計算各水準基點的高程；在沉降觀測過程中，對水準網(wǎng)進行監(jiān)測，檢查各水準基點是否發(fā)生變化，水準網(wǎng)閉合量與監(jiān)測等級宜與沉降觀測同等級或高一等級，技術要求見表5.2.2；重要工程監(jiān)測時還應與國家或城市高程控制水準點聯(lián)測。表水準網(wǎng)閉合量與監(jiān)測的主要技術要求等級相鄰水準點高程中中誤差（mm）相鄰點高差中誤差差（mm）使用儀器、觀測要要求往返較差、附合或或環(huán)線閉合差差（mm）一等±0.3±0.1DS05型儀器，宜宜按國家一等等水準測量技技術要求施測測0.15二等±0.5±0.3DS05型儀器，宜宜按國家一等等水準測量技技術要求施測測0.30三等±1.0±0.5DS05或DS11型儀器，宜宜按國家二等等水準測量技技術要求施測測0.60注：n為沉降觀測的測站數(shù)沉降觀測方法1沉降觀測點的布設1)沉降觀測點必須能夠反映建（構）筑物變形特征和變形明顯的部位，標志應穩(wěn)固、明顯，結構合理，不影響建（構）筑物的美觀和使用，且點位應避開障礙物，便于觀測和長期保存。2)沉降點埋設應按符合設計要求，不宜少于6個點，宜埋設于建筑物角點或沿外墻每隔10m～15m處，或每隔2～3根柱基上；變形縫、沉降縫或伸縮縫的兩側；新舊建筑物或高低建筑物以及縱橫墻的交接處；人工地基和天然地基的接壤處；建筑物不同結構的分界處；筒體四角上；煙囪、水塔和大型儲藏罐等高聳構筑物基礎軸線的對稱部位，每一構筑物埋設沉降點不得少于4個。3)沉降觀測點在柱或墻砼施工前焊接與柱主筋上，也可在柱或墻上鉆孔埋設，高度離地面10cm～50cm，埋在砼內長度宜為外露部分的5～7倍；沉降點的型式根據(jù)不同的建筑物類型和建筑材料，可采用不同的形式，立尺部位應加工成半球形或有明顯突出點，圖5.2.3為兩種常見的沉降點埋設型式。(a)沉降點埋設做法一(b)沉降點埋設做法二(a)沉降點埋設做法一(b)沉降點埋設做法二圖沉降觀測點埋設圖（單位：cm）圖沉降觀測點埋設圖（單位：cm）4)沉降點埋設好后，應涂上防腐漆，繪出沉降點布置圖，對沉降點編號（如M1、M2、M3、…、Mn），在沉降點布置圖上標出水準點的具體位置，利用圖紙與現(xiàn)場相結合選定沉降觀測線路和儀器架設點，在選定儀器架設點時，盡量使用前后視距相等，沉降觀測線路應附合于兩水準點之間或閉合于同一水準點上，在沉降點布置圖上繪出沉降觀測線路。2沉降觀測1)一般建筑可在基礎完后或地下室完工后開始觀測，高層建筑或重要工程可在基礎墊層或基礎底板完后開始觀測。2)沉降點基本高程的測量：在沉降點埋設穩(wěn)固后，根據(jù)設定的路線和儀器架設點，進行基本高程的測量，測得的高程是以后各次沉降觀測用以比較的依據(jù)，基本高程測量時最少觀測兩測回，當測回差與閉合差符合要求后，對各測回平差（按平均分配原則平差計算），再求出各沉降點高程的平均值，將計算值記錄下來，作為以后各次沉降觀測求沉降量的比較值。3)沉降觀測：沉降觀測方法與基本高程的測量方法一致，每次必須沿設定的線路和儀器架設點進行，用同一臺儀器、同一把銦鋼尺，由同一人觀測，同一人扶尺，各觀測環(huán)境基本一致，觀測時要避免陽光直射，觀測時要—氣阿成，成像清晰、穩(wěn)定時再讀數(shù)。沉降觀測的主要技術要求見表5.2.3，每次將所測的各沉降點高程與前一次觀測結果比較，求出本次沉降量及累積沉降量，填寫沉降觀測記錄。表沉降觀測等級、精度要求、適用范圍等級標高中誤差（mm）相鄰點高差中誤差（mm）適用范圍往返較差、附合或或環(huán)線閉合差差（mm）一等±0.5±0.3變形比較敏感的高高層建筑、高高聳構筑物和和重要建（構構）筑物等0.30二等±1.0±0.5一般性的高層建筑筑、高聳構筑筑物等0.60三等±2.0±1.0觀測精度要求較低低的建（構）筑筑物等1.40注：n為沉降觀測的測站數(shù)4)多（高）層建筑物、構筑物沉降觀測次數(shù)：根據(jù)工程進度、荷載的增加定期或不定期地進行沉降觀測，整體工程施工期間觀測次數(shù)不少于4次，一般工程每增加1～2層觀測一次；工業(yè)建筑可按不同施工階段分別進行觀測，若建筑物均勻增高，應至少增加荷載的25％、50％、75％和100％時各測1次；煙囪等構筑物每增加15m觀測1次；采用錨桿靜壓樁在壓樁前、后應各觀測1次。施工過程中如暫時停工時間較長，在停工時、復工前應進行沉降觀測；停工期間，可據(jù)實際情況每隔2～3個月觀測1次。當建（構）筑物出現(xiàn)裂縫或變形異常時應增加觀測次數(shù)；第二年不少于2次，以后每年一次，直至沉降穩(wěn)定為止；重點觀測和科研觀測工程，若最后三個周期觀測中每周期沉降量不大于2倍測量中誤差，可認為已進入穩(wěn)定階段，一般工程，若沉降速率小于0.01mm/d～0.04mm/d可認為進入穩(wěn)定階段。5)沉降觀測期限：砂土地基不少于2年，膨脹土地基不少于3年，粘土地基不少于5年，軟土地基不少于10年。6)工程封頂、竣工時，應沉降觀測一次，并填寫沉降觀測匯總表（后附），其中包含每次觀測的沉降點的高程、各次沉降量和累積沉降量，繪出沉降點的沉降曲線圖，曲線中橫坐標表示時間，上下兩部分，上部分為建筑荷載曲線，下部分為各沉降觀測點的下沉曲線，從沉降曲線的斜率可知沉降的速率和建（構）筑物是否穩(wěn)定。6材料與設備本工法無需特別說明的材料，采用的儀器設備見表6。表6儀器設備表序號儀器名稱儀器型號單位數(shù)量1精密水準儀S1或S05臺12銦鋼尺2M或3M把13三腳架個14尺墊個25對講機對16計算器架17沉降觀測手薄本18太陽傘把17質量控制7.1消除誤差的質量控制措施沉降觀測中所產生的誤差主要來源于i角誤差的影響、氣溫變化對i角的影響誤差、大氣垂直折光的影響誤差。i角誤差的影響控制i角誤差在沉降測量與水準測量中盡量通過前后視距相等來消除，但在沉降觀測中因場地的限制，幾乎不可能如此，因此通過每次以相同的觀測路線、相同的儀器架設點消除i角誤差，使得i角誤差在各次觀測中基本得到消除。氣溫變化對i角影響帶來的誤差控制在上面分析的i角誤差是指儀器本身所固有的i角值，但i角往往因環(huán)境溫度的變化而產生微小變化，水準儀因周圍空氣的溫度每變化1℃，i角變化約0.5″，假設溫度變化10℃，前后視距差為10cm，則誤差δ為：δ=0.5×Δt×Δd/206265=(0.5×10×10×1000)/206265=0.24mm但一般在二次連續(xù)沉降觀測中，溫度達不到10℃，前后視距差一般不會超過10米，氣溫變化對i角影響難以達到0.24mm，但這部分誤差為殘余誤差，對測量成果有直接影響，因此在沉降觀測中應盡量做到前后視距相等、選擇好的天氣觀測，減少溫差影響。大氣垂直折光影響控制視線穿過大氣時，因空氣的密度在垂直方向存在梯度，使得視線垂直方向上產生彎曲，彎向密度較大的一方，稱為大氣垂直折光。對于沉降觀測，由于前后視讀數(shù)幾乎同時進行，由前后視距差不等的影響，在保持觀測路線和儀器架設點不變的情況下，基本可得到消除。7.2質量保證措施精密水準儀、標尺必須由專門的檢定機構定期檢定，儀器使用必須處于檢定周期內，對于精密水準儀要經(jīng)常檢驗與校正其i角，以確保i角≤15″，減少i角誤差影響，儀器整平時，氣泡嚴格居中，楔形絲切水準標尺分劃線要精確。沉降觀測時，必須按設定路線與儀器架設點進行觀測，視線長度宜為20m～30m,不要大于30m，同一沉降點或水準點測回差應小于0.5mm，視線與地面距離不小于0.5m。沉降觀測半小時前，應將儀器從箱子里先拿出來，儀器避免太陽直曬，觀測時不要用雙手扶著儀器，減小溫度變化產生的誤差影響。沉降觀測宜在天氣明朗的時間觀測，避免在雨天或多霧的陰天觀測，中午不宜進行沉降觀測，陰天有微風的天氣最適合沉降觀測。在同一工程的沉降觀測中，觀測員與立尺員必須固定，立尺員立尺時應使水準尺上水準器的氣泡居中。沉降觀測中，轉點必須墊上尺墊，不能隨便在地上找點為轉點，減少誤差影響。每次使用相同的儀器、銦鋼尺，由相同的人觀測、立尺，以消除各種誤差影響。7.3常見問題的處理在沉降觀測中常遇到一些矛盾現(xiàn)象，并從沉降與時間的關系曲線上表現(xiàn)出來，對于這些問題必須分析產生原因，予以合理的處理。在第一次觀測時即發(fā)生曲線上升，到第二次后，曲線又逐漸下降。發(fā)生此現(xiàn)象是由于基本高程測量精度不高，而使觀測成果存在較大誤差所引起。處理這種現(xiàn)象，應將基本高程測量成果作廢，而采用第一次觀測成果作為沉降點的基本高程。曲線在中間某點突然回升：產生這種現(xiàn)象的原因，多半是水準點或沉降點被碰動，且碰動后水準點低于低于碰動前及沉降點被碰后高于被碰前。處理這種現(xiàn)象，當碰動的是水準點時，改用其它水準點繼續(xù)觀測；碰動的是沉降點時，如沉降點已活動，則重新埋設，如仍牢固可繼續(xù)使用，被碰點當次的沉降量選擇結構、荷重及地質等條件相同的沉降點同次的沉降量代替。曲線自某點起漸漸回升：這種現(xiàn)象一般是由于水準點下沉所致，應換一個水準點重新觀測，并測出下沉水準點的下沉大小，修正沉降點的沉降量。曲線波浪起伏：這種現(xiàn)象是由于測量誤差所引起，應提高沉降觀測精度。8安全措施每次測量結束后，應及時將儀器放置到箱中，以免被墜物砸壞。測量過程中，所有測量人員應正確佩戴好安全帽；扶尺員最好穿上可防鐵釘刺入的硬底鞋。9環(huán)保措施本工法無特別需說明的環(huán)保措施，主要是測量過程中，觀測員與扶尺員不得大聲叫嚷，而應充分利用對講機進行交流。10效益分析本工法與常規(guī)測量方法相比，測量與成果整理所用時間節(jié)省約40%，工作效率得到了大大提高。采用本工法進行高層建筑沉降觀測，多數(shù)不可避免的誤差得到了大幅度降低，從而提高了測量精度；為及時發(fā)現(xiàn)對建筑物不利的下沉現(xiàn)象，以便采取措施，保證建筑物安全提供了重要的技術基礎。11應用實例本工法成功地應用于我司施工的成龍大廈、總醫(yī)院五批老干部基建房、福建省XXXXXX實驗中心大樓等工程，工程質量滿足規(guī)范和合同要求，其中成龍大廈為榕城杯工程，總醫(yī)院五批老干部基建房與福建省XXXXXX實驗中心大樓為閩江杯工程。現(xiàn)以福建省XXXXXX實驗中心大樓工程為實例說明本工法應用情況。工程概況福建省XXXXXX實驗中心大樓工程施工項目，位于福州市華林路188號福建省農業(yè)科學院內，由政府撥款及福建省農業(yè)科學院自籌部分資金投資興建，由廈門中建東北設計院設計。本工程總建筑面積31033平方米，其中地下2613平方米，建筑層數(shù)地上22層，地下1層。本工程為一類高層建筑，耐火等級為一級、人防等級為六級，主要功能布局為綜合樓，其中塔樓為實驗、辦公用房，裙房為會議、展覽廳、閱覽室、健身中心等公共服務設施。本工程結構體系為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構，局部采用鋼結構，樁基采用鉆孔灌注樁。工程建設工期為870日歷天，總投資約為8000萬元。施工情況該工程共設三個水準基點，18個沉降點（見圖1-1），沉降觀測路線（見圖1），單位工程竣工驗收前，共進行17次沉降觀測，沉降觀測曲線圖（見圖1），每次測站數(shù)為7，允許閉合差為0.6=1.59mm，實際測量結果：13次測量閉合差在0.8mm以內，4次測量閉合差在0.8～1.5mm之間，其中13次即76%的觀測精度已達到二等沉降觀測要求。工程評價我公司測量員在進行沉降觀測的同時，建設單位也委托福建省建筑科學研究院進行監(jiān)測。經(jīng)比較、分析，雙方所測高程之差皆在允許值內，一般為0.5mm左右，說明該工法是切實可行的。圖-1福建省XXXXXX實驗中心大樓沉降點布置及觀測路線圖圖-2福建省XXXXXX實驗中心大樓沉降曲線圖建筑物沉降觀測測量記錄檢驗（建）表-2共頁第頁工程名稱水準點編號BM1、BM2、MB3水準點所在位置永久水準點BM00（落在農科科院舊樓內）水準點高程+7.181m觀測起止時間2006年10月月23日至2008年10月28日觀測性質三等水準測量工程地點福州市華林路1888號測量儀器儀器名稱：AL1132-C檢定證書編編號20080066沉降觀測結果觀測點編號觀測點高程(m))第1次第2次第3次第次第17次2006年10月月23日2006年11月月6日2006年11月月20日年月日2008年10月月28日高程(m)沉降量(mm)高程(m)沉降量(mm)高程(m)沉降量(mm)高程(m)沉降量(mm)高程(m)沉降量(mm)本次累計本次累計本次累計本次累計本次累計M17.56987.5698布點布點7.56930.50.57.56900.30.8………7.55940.510.4M27.54427.5442布點布點7.54380.50.57.54340.40.9………7.53170.312.5M37.54657.5465布點布點7.54560.90.97.54510.51.4………7.53430.412.2M47.57377.5737布點布點7.57320.50.57.57290.30.8………7.56210.611.6M57.42337.4233布點布點7.42280.50.57.42240.40.9………7.41190.711.4M67.56547.5654布點布點7.56470.70.77.56440.31.0………7.