高层建筑变形监测

14.2高层建筑变形监测高层建筑从施工准备起，到全部工程竣工后的一段时间内，应按施工与设计的要求，进行沉降、位移和倾斜等变形观测。一般分两部分：一部分是观测高层建筑施工造成周围邻近建（构）筑物和护坡桩的变形以及日照等对建筑物施工影响的变形，以保证安全和正确指导施工，这是直接为施工服务的变形观测；另一部分是在整个施工过程中和竣工后，观测高层建筑各部位的变形，以检查施工质量和工程设计的正确性，并为有关地基基础与结构设计反馈信息。1421监测项目清单监测项目清单见表14-3。表14-3高层建筑监测项目清单监测项目监测内容沉降观测1施工对邻近建（构）筑物影响的观测打桩和采用井点降低水位等，均会使邻近建（构）筑物产生不均匀的沉降、裂缝和位移等变形。为此，应在打桩、井点降水影响范围以外设基准点，对距基坑一定范围的建（构）筑物上设置沉降观测点，并进行沉降观测。并针对其变形情况，采取安全防护措施。2施工塔吊基座的沉降观测高层建筑施工使用的塔吊，吨位和臂长均较大。随着施工的进展，塔吊可能会因塔基下沉、倾斜而发生事故。因此，要根据情况及时对塔基匹角进行沉降观测，检查塔基下沉和倾斜状况，以确保塔吊运转安全。3地基回弹观测一般基坑越深，挖土后基坑底面的原土向上回弹的越多，建筑物施工后其下沉也越大。为了测定地基的回弹值，基坑开挖前，在拟建高层建筑的纵、横主轴线上，用钻机打直径100mm的钻孔至基础底面以下300500mm处，在钻孔套管内压设特制的测量标志，测定其标高。当套管提出后，测量标志即留在原处。待基坑挖至底面时，测出其标高，然后，在浇筑混凝土基础前，再测一次标高，从而得到各点的地基回弹值。地基回弹值是研究地基土体结构和高层建筑物地基下沉的重要资料。4地基分层和邻近地面的沉降观测这项观测是了解地基下不同深度、不同土层受力的变形情况与受压层的深度，以及了解建筑物沉降对邻近地面由近及远的不同影响。这项观测的目的和方法基本与地基回弹观测相同。5建筑物自身的沉降观测这是高层建筑沉降观测的主要内容。当浇筑基础垫层时，就在垫层上设计指定的位置埋设好临时观测点。一般每施工一层观测一次，直至竣工。工程竣工后的第一年内要测四次，第二年测二次，第三年后每年一次，直至下沉稳定为止。一般砂土地基测二年，粘性土地基测五年，软土地基测十年。位移观测1护坡桩的位移观测无论是钢板护坡桩还是混凝土护坡桩，在基坑开挖后，由于受侧压力的影响，桩身均会向基坑方向产生位移。为监测其位移情况，一般要在护坡桩基坑一侧500mm左右设置平行控制线，用经纬仪视准线法，定期进行观测，以确保护坡桩的安全。2日照对高层建筑物上部位移变形的观测这项观测对施工中如何正确控制咼层建（构）筑物的竖向偏差具有重要作用。观测随建（构）筑物施工咼度的增加，一般每30m左右实测一次。实测时应选在日照有明显变化的晴天天气进行，从清晨起每一小时观测一次，至次日清晨，以测得其位移变化数值与方向，并记录向阳面与背阳面的温度。竖向位置以使用天顶法为宜。3建筑物本身的位移观测由于地质或其它原因，当建筑物在平面位置上发生位移时，应根据位移的可能情况，在其纵向和横向上分别设置观测点和控制线，用经纬仪视准线或小角度法进行观测。倾斜观测1建（构）筑物竖向倾斜观测一般要在进行倾斜监测的建（构）筑物上设置上、下二点或上、中、下多点观测标志，各标志应在同一竖直面内。用经纬仪正倒镜法，由上而下投测各观测点的位置，然后根据高差计算倾斜量。或以某一固定方向为后视，用测回法观测各点的水平角及高差，再进行倾斜量的计算。2建（构）筑物不均匀下沉对竖向倾斜影响的观测这是高层建筑中最常见的倾斜变形观测，利用沉降观测的数据和观测点的间距，即可计算由于不均匀下沉对倾斜的影响。变形监测的特点1）精度要求高为了能准确地反映出建（构）筑物的变形情况，一般规定测量的误差应小于变形量的1/101/20。为此，变形观测中应使用精密测量仪器和精密的测量方法。具体精度要求参见第8章第&2节的表8-1表8-3。2）观测时间性强各项变形观测的首期观测时间必须按要求及时进行，否则得不到初始数据，从而使整个观测失去意义。其它各阶段的复测，也必须根据工程进展定时进行，不得漏测，这样才能得到准确的变形量及其变化情况。3）提交观测成果要及时对于施工期间的变形监测，一定要及时提交监测成果，以便进行信息化施工。另外，观测成果要可靠、资料要完整，这是进行变形分析的需要，否则得不到符合实际的结果。变形监测的基本措施为了保证变形观测成果的精度，除按规定时间一次不漏的进行观测外，在观测中应采取“一稳定、四固定”的基本措施。1）一稳定一稳定是指变形观测依据的基准点和工作基点，其点位要稳定。基准点是变形观测的基本依据，每项工程至少要有3个稳固可靠的基准点，并每半年复测一次，工作基点是观测中直接使用的依据点，要选在距观测点较近但比较稳定的地方。对通视条件较好或观测项目较少的高层建筑，可不设工作基点，而直接依据基准点观测。变形观测点应设在被观测物上最能反映变形特征，且便于观测的位置。2）四固定四固定是指：所用仪器、设备要固定；观测人员要固定；观测的时间要固定；观测的路线、镜位、程序和方法要固定。电子水准仪在高层建筑沉降观测中的应用日本TOPCON公司生产的电子水准仪DL-101C的标称精度为0.4mm/km，完全能够达到沉降观测所需要的二等水准测量的精度要求。笔者利用电子数字水准仪DL-101C进行高层建筑的沉降观测，取得良好效果。1）仪器实测精度分析我们用电子数字水准仪DL-101C对南京某高层住宅楼（28层）进行了沉降观测，从该楼0.000开始至封顶期间共进行了26次沉降观测，每盖一层观测一次。每次观测均构成一条闭合水准路线,根据测量数据可以求得当次的高差闭合差，监测中有6次观测因现场条件的原因而没有闭合。现将20次实测高差闭合差fh（即W）列于表14-4。h表14-4沉降观测实测精度分析表序号测站数闭合差W2序号测站数闭合差W2mnW(mm)10-4)mnW(mm)C10-4)16-0.214411160.431849260.04161260.26676360.331089136-0.1112146-0.152251460.623844560.472209156-0.25625660.31961166-0.1832476-0.17289176-0.46211686-0.0636186-0.28784960.193611960.011106-0.5227042060.26676叫=土=0.1322ww=1.9347,m=20,n=6；每测站高差中误差：=盹沉降观测最弱点高程测量精度：=土=出0.22険诙从表中的统计计算可知，电子数字水准仪DL-101C应用于高层建筑的沉降观测，虽然现场观测条件较差，但其实测精度是比较高的，完全能够满足沉降观测的精度要求。2）数据通讯DL-101C电子数字水准仪，带有PCMCIA卡（以下简称PC卡），PC卡与仪器内存之间的数据通讯可通过仪器菜单“工具模式（Utility）”的操作来实现（详见仪器操作手册）。存有数据的PC卡，可直接插入到电脑的PC卡驱动器中，从而将测量数据传输给电脑。台式电脑一般没有PC卡驱动器，而笔记本电脑大都配有12个PC卡驱动器。因为windows98都不能自动搜索到该硬件，因此，需要人为地在计算机C盘根目录下的系统文件config.sys中添加两句：device=c:windowssystemcsmapper.sysdevice=c:windowssystemcarddrv.exe/slot=2若电脑只有1个PC卡驱动器，则第二句应改为：device=c:windowssystemcarddrv.exe/slot=1然后重新启动计算机即可。PC卡驱动器在电脑中标识为“可移动磁盘X：（X为该电脑盘符序号）”。因此，仪器内存与电脑之间的数据通讯，通过PC卡可很方便地实现，而无需使用卡读器。3）应用软件开发电子数字水准仪最大的一个优点是野外观测数据能自动记录并存储在仪器内存中，通过PC卡，又可将仪器内存中的原始观测数据传送到电脑，这就为内业数据处理的自动化提供了方便。沉降观测是定期进行观测的，观测周期长，观测次数多，人工进行成果整理费时费力，且容易发生差错，因此，为了提高工作效率，进行应用软件开发是很有必要的。笔者选用了VisualBasic5.0作为软件开发平台，已开发出沉降观测内业处理软件（forwindows95）。软件开发的总体设想是：将各次观测的平差成果存入到某一指定数据文件中，然后通过编程进行沉降观测的成果整理，如计算各点的本次沉降量、累计沉降量等，还可让计算机绘制沉降曲线图。软件界面很友好，可视化操作，使用简单、方便。软件主要功能有：（1）读取PC卡数据后,能自动进行数据格式转换，并进行平差计算，然后将平差计算的当次沉降观测高程成果自动添加到某一个指定的数据文件中；（2）能生成沉降成果表格文件；（3）能绘制沉降曲线图；（4）有在线帮助功能，按F1键，便可得到在线操作帮助。4）实例结果南京某高层住宅沉降观测点平面位置布置图见图14-2。利用该软件计算得到的沉降成果电子表格见表14-5（注：因保密原因，表中只列出了部分点的数据），沉降曲线图见图14-3。有此软件支持，可以实现沉降观测内外业一体化技术。图14-2某高层住宅沉降观测点布置图表14-5南京某高层住宅部分沉降观测点沉降监测成果表（单位：mm）观测日期观测点号101104106110112第23期高程值8011.48007.98009.38000.0本次沉降-0.7-0.6-0.9-1.1（第23层）累计沉降-11.7-11.1-13.7-16.0第24期高程值8010.48007.08008.17998.3本次沉降-1.0-0.9-1.2-1.7（第24层）累计沉降-12.7-12.0-14.9-17.7第25期高程值8010.38006.88007.97998.0本次沉降-0.1-0.2-0.2-0.3（第25层）累计沉降-12.8-12.2-15.1-18.0第26期高程值8009.58005.88006.57996.8本次沉降-0.8-1.0-1.4-1.2（第26层）累计沉降-13.6-13.2-16.5-19.2第27期高程值8008.48005.08005.87995.6本次沉降-1.1-0.8-0.7-1.2（第27层）累计沉降-14.7-14.0-17.2-20.4第28期高程值8007.88004.48004.97994.7本次沉降-0.6-0.6-0.9-0.9（第28层）累计沉降-15.3-14.6-18.1-21.3南京币某新村仝禹斋展住宅沉降观测点谊降曲线图叼I*1TBWTSTTTBTTT!kFSHITRTPWTFBFtSVTTSFT!T-rSTBTTRHT!MTHBTfTSTTI!LPEWTEBSTBTB!TUHpap|!|ppnp|igitlI-IRI-II-II-I9I-4B-I4IIkIBI-4h东関丈学女型世第鶴宝网洗测中心监测图14-3沉降曲线图另外，本软件同样适用于常规仪器沉降观测的内业处理。利用光学精密水准仪（如Ni007,NA2等）进行沉降观测时，记录方式有电子手簿记录和人工记录两种，如果是电子手簿记录，则先要设法将电子手簿记录的原始数据传送到电脑，本软件亦可对此原始记录数据进行平差计算、自动生成沉降成果电子表格和绘制沉降曲线图。如果是手工记录，则要将各次观测平差成果通过人工输入到电脑，并保存在一数据文件中，利用本软件可以自动生成沉降成果电子表格和绘制沉降曲线图。5）应用前景将电子数字水准仪应用于沉降观测，有以下优点：（1）效率高。由于仪器重量轻，又是自动读数，作业员劳动强度大大减轻，观测速度快，且无需记录员，大大提高了工作效率；（2）精度高。测量高差闭合差都能满足沉降观测的限差要求，从表14-4中的数据可以看出，大部分的测量高差闭合差fh的绝对值小于0.4mm，说明电子数字水准仪的性能稳定；（3）内业数据处理自动化。利用PCMCIA卡记录数据，可很方便地与电脑实现数据通讯，再利用应用软件，可自动生成沉降成果电子表格、自动绘制沉降曲线图等，内业数据处理工作变得非常轻松、迅速。电子数字水准仪应用于其它领域，同样有上述优点。因此，电子数字水准仪代表了当今水准测量发展的方向，有着广阔的应用前景。某高教公寓主体沉降监测数据分析1）概况为高质量地建设南京某高教公寓，掌握大楼施工过程中的变形情况，建设单位委托东南大学对南京某高教公寓A、B两大楼主体进行沉降监测。现将A大楼主体施工阶段的沉降监测情况作简要介绍。2）沉降监测成果南京某高教公寓A大楼布设了12个沉降观测点。根据工程测量规范，主体施工阶段，大楼每施工12层观测一次。A幢是在1998年10月19日基础施工完毕之后作首次观测的，至1999年5月20日结构封顶（32层）共进行了20次观测，观测结果见表14-6。表14-6A幢沉降监测累计沉降量成果表（单位：mm）观测日期20120220320420520620720820921021121298/10/19-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.0-0.099/05/20-9.2-5.3-10.2-9.3-5.4-5.4-7.1-10.2-11.5-9.6-8.1-12.73）沉降监测数据分析（1）累计沉降量分析从表14-6中可以看出，A幢累计沉降量最大值是-12.7mm（212点），212点的平均下沉速度为-0.060mm/d（即每天下沉0.060mm）；累计沉降量最小值是-5.3mm（202点），202点的平均下沉速度为-0.025mm/d；累计沉降量的平均值是-8.67mm，平均下沉速度为-0.041mm/d。从累计沉降量和下沉速度来看，数值均较小，这些情况均属正常，且较为理想。（2）不均匀沉降分析不均匀沉降对建筑物的结构影响较大。地基基础实用手册（中国建筑工业出版社）对多层、高层建筑由不均匀沉降引起的倾斜度提出限差如下：设建筑物总高度为H，当H24m时，限差为4%。；当24mH60m时，限差为3%。；当60m100m时，限差为1.5%。A大楼为96m高，故由不均匀沉降引起的倾斜度不得超过2%。现将A大楼的7条边由不均匀沉降引起的倾斜度结果列于表14-7。表14-7不均匀沉降分析表A幢边号201202203204205206206207208209209210211212倾斜度0.21%0.08%0.00%0.13%0.10%0.26%0.42%由表14-7中数据可以看出，由不均匀沉降引起的倾斜度的最大值为0.42%。，在限差要求范围之内，且远小于限差值。