高层建筑沉降观测数据连续性

■牛秀红 ■山西华晋岩土工程勘察有限公司，山西 太原 030021

高层建筑施工一般都要经过基础工程、主体工程、主体验收、墙体砌筑、装饰装修、竣工验收、交工七个步骤，新建建筑物布设沉降点时，尚不能顾及沉降点周围可能砌筑隔断墙或铺设管道设备等，前期施工现场堆放物较多，施工现场凌乱，基础沉降点容易被压盖或碰撞。由于现场施工人员庞杂，各工序人员不同，交接协调工作如不及时，沉降点就有被人为覆盖或损毁的可能。

高层建筑沉降观测具有以下特点:(1)监测环境复杂性，障碍物多，通视条件差;(2)沉降点点位易受破坏，影响沉降观测的连续性;(3)监测工期较长，人力物力消耗大;(4)原始数据量大，数据处理繁琐;(5)监测的实时性和不可逆性。

《建筑变形测量规范》(JGJ8-2007)规定:建筑施工阶段“大型、高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测”，建筑使用阶段“除有特殊要求外，可在第一年观测3～4 次，第二年观测2～3 次，第三年后每年观测1 次，直至稳定”。

一般情况下，高程建筑从基础工程开始到交工至少需要1 年，交工后使用阶段再观测2 年，一栋高层建筑物的沉降观测周期大约需要3年。如何在五年之间保障沉降观测数据的连续性，准确获取建筑物的沉降量。第一必须有稳定可靠的基准网;第二沉降观测点的埋设与观测必须根据现场施工情况及时进行;第三首次沉降观测数据必须准确;第四数据处理严密合理。

1 基准网的布设

根据中华人民共和国国家标准《工程测量规范》GB50026-2007 及《建筑变形测量规范》JGJ8-2007 执行的有关沉降基准点埋设规定，沉降观测基准网的布设原则:(1)沉降监测网按两个层次布网:基准点组成控制网(基准网)，由基准点、工作基点及观测点组成扩展网，作为测区沉降监测控制网。考虑到整体沉降监测的需要，采用布设统一的沉降监测网和局部一体化沉降监测方法。(2)需要足够的精度:控制网应布设为闭合环、节点网或附和高程路线，扩展网应布设闭合环或附和高程线路。(3)需要足够的数量:每一测区的水准点不应少于3 个，对于小测区，当确认点位稳定可靠时可少于3 个，但连同工作基准点不得少于3 个。(4)需有统一规格:水准基准点标石、可根据点位所处的地质条件选埋不同的标石、有岩层水准基点标石、深埋双金属管水准基点标石、深埋钢管水准基点标石和混凝土基本水准标石等。

2 沉降点的埋设

一般遵循以下基本布设原则:(1)砌墙承重的建筑:沉降观测点一般应沿墙的长度每隔10 米至20 米设置一个，并应设置在建筑物的外墙转角处、纵墙与横墙的交接处及纵墙与横墙的中央、建筑物的沉降缝两侧。(2)框架结构:沉降观测点应设在每个或部分柱基上部或沿纵、横轴线上。(3)筏形或箱形基础的建筑:观测点应沿纵、横轴和基础周边位置布设。(4)新建筑物与原有建筑物连接处的两边均应设置观测点。(5)烟囱、水塔、油灌等其他类似的构筑物，应沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布置，点数不少于4 个。(6)埋入墙体的观测点，材料宜采用直径不小于12 毫米的圆钢，一般埋入深度不小于15 厘米，钢筋外端要有向上的90°弯钩，并稍离墙体，以便于置尺测量。沉降观测点可用圆钢或铆钉预埋在基础上，也可用角钢埋在墙体或柱子上。其固定方法可在墙上凿取100～160mm 深的孔眼，插入圆钉后用植筋胶固定在建筑物上。

一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向对称，且相邻点之间间距以10～20 米为宜，均匀地分布在建筑物的周围，进行变形观测的建筑物、构筑物上应埋设观测点，观测点的数量和位置，应能全面反映建筑物、构筑物的沉降情况，一般观测点为均匀设置，但在荷载有变化的部位、平面形状改变处、沉降缝的两侧、具有代表性的柱子上、地质条件变化处，应设置足够的观测点。

沉降观测点必须从底板浇筑完成后及时埋设，有条件的可以将沉降标志浇筑在底板内，当建筑物施工至正负零时，为了观测方便，需要将沉降标志移至室内地坪0.3 米，建筑物封顶后，外墙施工后，又必须把沉降标志移至外墙上，所以一栋新建建筑物的点位布设至少需要在同一位置重复三次，且每次必须在竖向一致的地方埋设沉降标志，并在前一次点破坏之前。

如果是个别沉降点由于施工原因遭到破坏，应及时补设，重新利用基准点进行测量，开始下一阶段的测量，最终的沉降量等于各个阶段的沉降量的累计值。

3 首次数据必须准确

建(构)筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，首次一般应连续观测两次，保证首次观测数据的准确性、可靠性。一般情况下，首次数据是指基础施工时的第一次测量数据，但在具体实践过程中，沉降观测点的布设次数不少于3 次，首次数据应该是只沉降观测点布设后的第一次观测数据。由于在基础荷载的作用下，地基土层的压缩是逐渐实现的，基础的沉降量亦是逐渐增加的，所以第一次的首次数据的采集时间是在基础施工时进行。以后每次重新布设沉降点后，都要进行首次观测。这就避免了因观测点破坏，数据无法衔接，从而失去某一时间段的沉降量，影响最终对建筑物的稳定性分析。

4 数据处理方法

沉降观测与其他测量工作不同，是一种重复性的工作，由于现场观测环境的复杂性及易受其他施工工序的影响，即使严格按照国家标准和规范进行测量，其观测的原始数据也存在各种误差，甚至粗差。并从沉降点变形曲线上体现出来，从而很好地反映建筑物的沉降规律，失去了沉降观测的指导意义。因此，必须对基准网和监测网的异常的原始数据正确分析其原因并给予处理，剔除粗差、修正系统误差。

(1)基准点的数据处理及稳定性分析。基准网首次数据采用严密平差法，基准点稳定性的检验方法主要有平均间隙法、拟稳平差法和卡尔曼滤波法、以及t 检验法等。在对原始观测数据预处理时，重要的是要考虑基准点的稳定性，在判定基准点稳定性时是基于一定分析的基础上，当沉降量与时间关系曲线自某点起渐渐回升，一般是基准点下沉所致，因此，将基准点进行符合测量计算出该点的实际沉降量，用以调整观测点的沉降量。

(2)观测点的数据处理及稳定性分析。沉降观测数据处理原则:剔除粗差，修正系统误差，平差偶然误差。观测点不稳定时将产生粗差，关于粗差的检验可以采用数据探测法。

对于由于个别沉降观测点由于施工破坏，损失某一时间段的沉降量或由于施工扰动，使某次测量数据突然增大或变小。必须重新测量该沉降点的首次数据，并取结构形式和所受荷载及地质条件相似的相邻点的该期观测值来修正该点累积沉降量，后面各期累积沉降量不变。

5 应用举例

丽泽花苑住宅小区是中化二建集团开发的项目，拟建场地位于山西省太原市汾河西岸，由1#—7#高层住宅楼组成，建筑面积为154674.69 平方米，其中1#～7#均地下2 层，地上部分1-3#楼为32层，4-7#楼为31 层，均为剪力墙结构。

丽泽花苑住宅楼项目从2011年4月开始施工，2014 年1 月竣工验收，项目所在地地质条件复杂，建设施工周期较长，经历了多个雨季。对该项目进行了长达3 年的沉降观测，以7#楼为例，基准网复测了6 次，沉降观测点共布设了3 次，第一次是在底板浇筑完成后布设在底板上，当施工至正负零时，由于建筑物基坑没有回填，同时为了便于观测，将沉降点布设在一层室内，当建筑物封顶后外墙装饰之后，又将沉降点布设在外墙相对应的位置上。本次沉降观测共三个阶段，最终累计沉降量为三个阶段的沉降量之和，三个阶段的沉降观测在时间上必须有重叠，这样才能保证沉降量的连续。

7#楼沉降观测数据汇总表

由此可见分段沉降观测不仅可以提高数据的连续性，而且可以明显的看出各个阶段的沉降量。在观测过程中，沉降观测点多次受施工影响，有的还遭到破坏，由于及时补设，数据处理方法合理，没有一个沉降点的沉降量受到损失，各个沉降点的累计沉降量最终准确的反映了建筑的沉降情况。

7#楼沉降观测沉降量—时间曲线图

6 结语

沉降观测是一项长期的、重复性和连续性的工作，为了准确的获取建筑物的沉降量，基准点必须在项目开工之前一个月埋设，沉降点必须根据现场施工进度及时埋设，二次布点应安排在一次布点之前。如果在观测过程中，基准点破坏严重，应及时重新建立基准，沉降观测点破坏，及时进行补设，但沉降观测时间必须连续。也就是说可以分阶段进行，但阶段之间必须连续，这样就可以得到准确的沉降量。

［1］《建筑变形测量规范》JGJ8-2007.

［2］陈小荣，雷劲松.高层建筑沉降观测数据处理与分析新方法，四川建筑科技研究，2009.6.