時(shí)間:2023-03-22 15:54:06
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0引言
與普通建筑物相比,高層建筑對(duì)地基結(jié)構(gòu)要求更高,地基會(huì)負(fù)擔(dān)更大的荷載,容易出現(xiàn)沉降不均勻問題。建筑地基不均勻沉降現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致建筑發(fā)生傾斜或出現(xiàn)裂縫等問題,對(duì)建筑的使用安全以及內(nèi)部人員的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。高層建筑這類問題的后果更為嚴(yán)重。為了確保高層建筑物的安全性不受影響,應(yīng)開展好高層建筑物的沉降觀測(cè)工作,努力提升沉降觀測(cè)的精度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)高層建筑地基變形問題。
1高層建筑物沉降觀測(cè)的重要性
1.1及時(shí)發(fā)現(xiàn)高層建筑地基變形問題高層建筑由于建筑物整體質(zhì)量較大,其地基必須具備更大的承載性能,還應(yīng)確保地基具備均勻的沉降量[1],對(duì)下墊面承載能力提出了更高的要求。高層建筑物地基通常為巖基與土基兩種類型。巖基有一層巖石附著其表面,容易出現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象;而土基則由液體、氣體和土壤等各種物質(zhì)混合組成。對(duì)高層建筑物實(shí)施沉降觀察作業(yè),能夠更加全面準(zhǔn)確地掌握高層建筑物下墊面的實(shí)際性質(zhì),對(duì)建筑物地基沉降予以客觀評(píng)價(jià),第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)高層建筑物地基變形問題。
1.2保障高層建筑物的使用安全一般來說,若高層建筑物的下土層屬于沙土結(jié)構(gòu),則地基很容易在施工階段就已經(jīng)結(jié)束沉降,但如果不是沙土層,而是含水量相對(duì)更高的黏土類土層,在施工階段就不能夠完成沉降,因此,在施工建設(shè)過程中應(yīng)對(duì)高層建筑物的地基強(qiáng)度以及承載力的關(guān)系予以全面調(diào)查分析。地基實(shí)際承載力與強(qiáng)度常常會(huì)因?yàn)槠渫寥篮?、土層特點(diǎn)和均勻性等因素而發(fā)生變化。實(shí)施沉降觀測(cè)工作,能夠讓作業(yè)人員對(duì)高層建筑物地基不均勻沉降問題和整體荷載性質(zhì)有更加全面的掌握,如果在后期使用時(shí)發(fā)生不均勻沉降,則可以第一時(shí)間實(shí)施有針對(duì)性的措施予以處理,確保高層建筑物的使用安全。
1.3減少高層建筑物的安全隱患針對(duì)高層建筑物地基承載力進(jìn)行計(jì)算的過程中,作業(yè)人員必須充分結(jié)合各種影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。如果地基承載力計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確,和實(shí)際承載力存在較大的差異,必然會(huì)提高不均勻沉降的發(fā)生幾率,對(duì)整個(gè)建筑物的安全性帶來影響。對(duì)高層建筑物來說,如果其實(shí)際負(fù)載量超過了地基的最大承載能力,必然會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生剪切破壞的現(xiàn)象,對(duì)后期的實(shí)際使用埋下安全隱患。作業(yè)人員借助于科學(xué)有效的沉降觀測(cè)方法,能夠更加全面地了解高層建筑物地基荷載量,有效解決建筑物可能存在的安全隱患[2]。
2提升高層建筑物沉降觀測(cè)精度的策略
2.1設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)水準(zhǔn)基點(diǎn)作為垂直位移監(jiān)測(cè)的重要基點(diǎn),應(yīng)當(dāng)在高層建筑物變形影響區(qū)域內(nèi)進(jìn)行設(shè)置,同時(shí)要確保水準(zhǔn)基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的距離保持在60m左右,保證其穩(wěn)定性與持久性,避免對(duì)高層建筑物的正常使用帶來影響。在埋設(shè)標(biāo)識(shí)的過程中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)二級(jí)水準(zhǔn)基點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,抑或是將基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置于基巖上,后對(duì)其實(shí)施二次校核。
2.2設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)的過程中應(yīng)當(dāng)把位置確定于變形體上,如此便能準(zhǔn)確了解到變形點(diǎn)存在的變化特征。根據(jù)高層建筑物實(shí)際支護(hù)結(jié)構(gòu)、地質(zhì)狀態(tài)和承受荷載力等來科學(xué)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)的數(shù)量。高層建筑物需要順著附近各向間隔15m依次設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。觀測(cè)點(diǎn)要做到穩(wěn)定埋設(shè),從而支持長(zhǎng)期觀測(cè)記錄。針對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的具體高度而言,應(yīng)便于進(jìn)行垂直立尺觀測(cè),而埋設(shè)的具體形式應(yīng)當(dāng)根據(jù)高層建筑物的實(shí)際形式和結(jié)構(gòu)來靈活確定,一般情況下分為基礎(chǔ)觀測(cè)、角鋼埋設(shè)觀測(cè)和永久性觀測(cè)點(diǎn)。在進(jìn)行觀測(cè)的過程中不單單要合理確定觀測(cè)點(diǎn)具體數(shù)量與位置,還需要關(guān)注和重視標(biāo)識(shí)選擇。觀測(cè)標(biāo)識(shí)一般會(huì)選擇角鋼或者圓鋼,在不影響建筑整體外觀形象的前提下還可選擇有色金屬,在明確標(biāo)識(shí)設(shè)定區(qū)域之后要同時(shí)安裝于高層建筑物地下室與基礎(chǔ)墻[3]。
2.3沉降觀測(cè)方法和精度要求高層建筑物沉降觀測(cè)工作通常是根據(jù)水準(zhǔn)基點(diǎn)定期對(duì)觀測(cè)高程實(shí)施測(cè)量,從而計(jì)算得到相應(yīng)的沉降量。在實(shí)際觀測(cè)作業(yè)過程中必須要選擇精密水準(zhǔn)儀,嚴(yán)格根據(jù)國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)開展工作。設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)的過程中還應(yīng)將其和水準(zhǔn)基點(diǎn)實(shí)施聯(lián)測(cè)。沉降觀測(cè)作業(yè)應(yīng)在穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)開展,同時(shí)應(yīng)盡可能避免出現(xiàn)頻繁轉(zhuǎn)站的問題,保證視線長(zhǎng)度不超過50m。觀測(cè)時(shí)需確保前視距離與后視距離相同,為提高觀測(cè)精度,觀測(cè)期間要固定觀測(cè)工作人員、儀器設(shè)備以及測(cè)量線路等。在整個(gè)觀測(cè)過程中要根據(jù)高層建筑物的實(shí)際情況制定觀測(cè)方案,在施工建設(shè)階段結(jié)束結(jié)構(gòu)澆筑后即實(shí)施觀測(cè),做到隨時(shí)澆筑隨時(shí)觀測(cè);在工程項(xiàng)目竣工后及時(shí)進(jìn)行觀測(cè);在高層建筑物實(shí)際使用后,選擇旱季與雨季分別實(shí)施觀測(cè),直到其沉降趨于穩(wěn)定[4]。
2.4沉降觀測(cè)周期觀測(cè)周期可以非常準(zhǔn)確客觀地體現(xiàn)出高層建筑物的沉降變化特征,因?yàn)槌两涤^測(cè)對(duì)時(shí)間周期的要求較為嚴(yán)格,特別是第一次觀測(cè),避免不能獲取原始數(shù)據(jù)而對(duì)最終結(jié)果帶來影響。一般來說,高層建筑物的地下結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,所以在首次觀測(cè)時(shí)應(yīng)予以更多重視,在基礎(chǔ)縱橫軸上應(yīng)根據(jù)提前設(shè)定好的位置確定觀測(cè)點(diǎn),確保臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固后正式實(shí)施。對(duì)首次觀測(cè)得到的高程值,應(yīng)作為后續(xù)觀測(cè)的基礎(chǔ)高程。在實(shí)際觀測(cè)作業(yè)時(shí)應(yīng)選擇精密水準(zhǔn)儀,同時(shí)在相同的時(shí)間點(diǎn)對(duì)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多次反復(fù)觀測(cè),對(duì)多次觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)計(jì)算平均值。若相同觀測(cè)點(diǎn)的高差不超過0.5mm,可認(rèn)定首次觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性較高。另外還應(yīng)注意,隨著建筑施工時(shí)間的推移和樓高的提升,應(yīng)把觀測(cè)點(diǎn)移動(dòng)到上一層,直到其成為固定觀測(cè)點(diǎn)。
2.5沉降觀測(cè)結(jié)果處理結(jié)束觀測(cè)作業(yè)后,應(yīng)對(duì)整個(gè)觀測(cè)過程獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整理,保證相關(guān)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提下開始計(jì)算。位移量計(jì)算時(shí)需根據(jù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)值保持在0.1mm。數(shù)據(jù)計(jì)算一般情況下可以采取自由網(wǎng)平差以及經(jīng)典法嚴(yán)密平差等不同的統(tǒng)計(jì)方式,并聯(lián)合多種計(jì)算方法予以驗(yàn)證。首次觀測(cè)作業(yè)結(jié)束后,通過計(jì)算確定不同沉降觀測(cè)點(diǎn)起始值,各次觀測(cè)作業(yè)完成后根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)高程對(duì)其他觀測(cè)點(diǎn)高程進(jìn)行計(jì)算,獲得相鄰兩次觀測(cè)數(shù)值與累積沉降量,同時(shí)應(yīng)把全部數(shù)據(jù)信息都記錄在沉降觀測(cè)表之內(nèi)[5]。為更加客觀準(zhǔn)確地反映出沉降、時(shí)間和荷載的關(guān)系,還應(yīng)繪制三者關(guān)系圖。沉降量和時(shí)間關(guān)系曲線中,沉降量作為縱軸,時(shí)間作為橫軸,當(dāng)確定沉降日期與沉降量時(shí)即可得到相應(yīng)點(diǎn)位,把這些點(diǎn)位連接起來即可最終得到高層建筑物的沉降曲線圖。
3觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)例分析
3.1項(xiàng)目概況此次高層建筑物沉降觀測(cè)項(xiàng)目選擇某市某小區(qū)1號(hào)住宅樓,此樓處于該小區(qū)西南位置,長(zhǎng)125m,寬17m,包括地上20層,地下1層,建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)二級(jí),地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)乙級(jí)。
3.2技術(shù)要求(1)需要對(duì)觀測(cè)等級(jí)予以確定。按照《建筑變形測(cè)量規(guī)范》(JGJ8-2016)中的相關(guān)規(guī)定,若建筑物地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為乙級(jí),變形測(cè)量等級(jí)屬于二等、三等,在此次觀測(cè)過程中確定為二等沉降觀測(cè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差誤差為0.5mm,技術(shù)精度要求應(yīng)達(dá)到二等水準(zhǔn)觀測(cè)。其次是高程基準(zhǔn),此次沉降觀測(cè)項(xiàng)目選擇假定高程基準(zhǔn)。(2)正確選擇所需設(shè)備儀器。按照沉降觀測(cè)工作的實(shí)際需求,此次觀測(cè)項(xiàng)目選擇徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀、2m銦鋼條碼尺,涉及到的相關(guān)儀器設(shè)備均通過有關(guān)部門檢定合格。(3)正確選擇觀測(cè)方法。按照《規(guī)范》要求,二等沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)網(wǎng)選擇往返觀測(cè)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)選擇單程觀測(cè)。具體的觀測(cè)流程為:偶數(shù)站為前-后-后-前,奇數(shù)站為后-前-前-后。在各次觀測(cè)之前需測(cè)定電子水準(zhǔn)儀的i角值不超過15″,觀測(cè)之前30min將電子水準(zhǔn)儀置于露天陰影下,確保儀器能夠和環(huán)境溫度保持相同,觀測(cè)前需要進(jìn)行20次以上的單次測(cè)量預(yù)熱,如果在晴天觀測(cè)需要選擇測(cè)傘遮蔽陽光[6]。
3.3作業(yè)過程
3.3.1基準(zhǔn)點(diǎn)、沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)及觀測(cè)為有助于沉降觀測(cè),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,此次計(jì)劃設(shè)置4個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn),分別編號(hào)為B1-B4,起點(diǎn)編號(hào)B1,選擇閉合水準(zhǔn)路線實(shí)施觀測(cè)?;鶞?zhǔn)網(wǎng)布網(wǎng)、觀測(cè)以及計(jì)算達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量要求。按照《規(guī)范》要求,基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析公式如下:δ=22σhσh=nμ(1)式中:δ——高差的差值限差;μ——二等沉降測(cè)站高差中誤差;n——2個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的觀測(cè)測(cè)站數(shù)。計(jì)算每期平差后的高差數(shù)據(jù)和上期平差后高差數(shù)據(jù)的差值,不超過上述限差值。從而了解到基準(zhǔn)點(diǎn)具備較強(qiáng)的穩(wěn)定性,符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),能夠作為監(jiān)測(cè)網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。結(jié)合限差實(shí)際情況,此次計(jì)劃設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè),分別編號(hào)為16-1到16-16。基準(zhǔn)點(diǎn)與沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋石、制作滿足《規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn),符合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要。監(jiān)測(cè)點(diǎn)起算數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)網(wǎng)提供,選擇閉合水準(zhǔn)路線實(shí)施觀測(cè)。根據(jù)二等水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)規(guī)定,沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)施聯(lián)測(cè),構(gòu)成閉合水準(zhǔn)路線,選擇單程觀測(cè)模式。
3.3.2確定觀測(cè)周期該建筑物一層澆筑作業(yè)結(jié)束后埋設(shè)沉降觀測(cè)標(biāo)識(shí),同時(shí)開展首次觀測(cè),隨后間隔2層觀測(cè)一次,到建筑物主體封頂后觀測(cè)1次,填充墻結(jié)束后觀測(cè)1次,此時(shí)共計(jì)觀測(cè)9次。該住宅樓竣工后首年間隔2~3個(gè)月觀測(cè)1次,第二年間隔4~6個(gè)月觀測(cè)1次,第三年間隔一年觀測(cè)1次,直到建筑沉降趨于穩(wěn)定,共計(jì)觀測(cè)7次。如果建筑存在下沉、上浮,不均勻沉降現(xiàn)象較為嚴(yán)重,需要提高觀測(cè)頻率和次數(shù)。
3.4內(nèi)業(yè)精度評(píng)價(jià)對(duì)此次沉降觀測(cè)項(xiàng)目所得到的所有數(shù)據(jù)實(shí)施平差計(jì)算,平差精度符合《規(guī)范》中環(huán)閉合差、測(cè)站中誤差限差等要求。基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)兩兩組合,計(jì)算本期平差后的高差數(shù)據(jù)和上期數(shù)據(jù)的差值,符合前文中公式要求,判定基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。水準(zhǔn)測(cè)量閉合差≤1.0nmm,沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差不超過0.5mm,符合以上數(shù)值,滿足精度要求。
3.5沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)分析此次沉降觀測(cè)項(xiàng)目自2019年3月15日開始,到2022年7月31日結(jié)束,共計(jì)觀測(cè)16次。通過平差計(jì)算得到各觀測(cè)點(diǎn)的累積沉降量,詳細(xì)數(shù)據(jù)見表1所示。由表1可知:(1)測(cè)點(diǎn)沉降累積變化量都處于下降狀態(tài),變化區(qū)間在-14.36到-24.29mm之間;(2)在實(shí)際觀測(cè)時(shí)并未發(fā)生驟降問題,部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降速度最快僅為0.33mm;(3)沉降量最小的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是16-16,為14.36mm,而最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是16-7,為24.29mm,計(jì)算得到平均沉降量20.12mm,相鄰兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的沉降差值最大的為16-6到16-7,為7.18mm,傾斜度最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是16-6到16-7,為0.39%;(4)因?yàn)椴痪鶆虺两祵?dǎo)致的最終傾斜度計(jì)算結(jié)果是,最大點(diǎn)為16-6到16-7,不超過《規(guī)范》中所要求的24m<H≤60m,傾斜度限差為3%;(5)按照《規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn),如果最后100d的沉降速率不超過0.01~0.04mm/d范圍內(nèi),即可以確定該建筑物處于穩(wěn)定階段,結(jié)合勘察設(shè)計(jì)需要,此次觀測(cè)項(xiàng)目取值為0.02mm/d。該住宅樓最終百日沉降觀測(cè)結(jié)果為:日平均沉降量為0.003mm/d,符合規(guī)定,因此判定該建筑物趨于穩(wěn)定。
4結(jié)束語
總而言之,為保證高層建筑物的安全性與穩(wěn)定性,確保建筑使用安全和內(nèi)部人員的生命財(cái)產(chǎn)安全,應(yīng)當(dāng)開展好變形監(jiān)測(cè),而沉降觀測(cè)是高層建筑物變形監(jiān)測(cè)過程中較為普遍的一種方法。本文借助實(shí)際案例分析了科學(xué)有效做好沉降觀測(cè)提升觀測(cè)精度的方法。筆者認(rèn)為:要提升高層建筑物沉降觀測(cè)的精度,不僅要科學(xué)設(shè)置水準(zhǔn)基點(diǎn)和沉降觀測(cè)點(diǎn),選擇精密水準(zhǔn)儀,固定觀測(cè)工作人員、儀器設(shè)備以及測(cè)量線路,還要正確確定沉降觀測(cè)周期和處理沉降觀測(cè)結(jié)果。
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作者:陳金取 單位:泉州水務(wù)工程建設(shè)集團(tuán)有限公司