多高层建筑物构筑物沉降观测工法

高层建筑沉降观测工法工法编号：RJGF(闽)—S3—2010完成单位：主要完成人：1前言随着社会的不断进步、物质文明的提高及建筑施工技术不断革新；同时，土地资源日渐减少与人口的不断增长之间的矛盾日益突显，高层及超高层建(构)筑物迅速崛起。为了全面、精确地掌握实测变形数据，作为反映施工期间地基的稳定情况、评价设计质量，保证建（构）筑物的正常使用寿命和安全性；高层建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。我公司全体测量人员在长期的测量实践中不断摸索，总结经验，得出一种精确、简便、有效的沉降观测方法，在工程实际应用中取得了良好效果。2特点每次观测做到“五固定”，即仪器固定、标尺固定、测站固定、线路固定、观测人员固定；有效消除了前后视距因场地原因而不能相等时所产生的i角（水准轴与望远镜视准轴不平行时所成的夹角称i角）误差，避免了为保持前后视距严格相等的繁琐工作，使得沉降观测更加简便、有效，又保证了精度。3适用范围适用于二等、三等、四等沉降观测。适用于各种不同地基的多（高）层建筑物、构筑物的沉降观测。4工艺原理利用水准点用精密水准仪定期进行水准测量，测出建筑物上观测点的高程，从而计算出其下沉量。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程沉降观测流程见图5.1。水准点的布设水准点的布设水准测量、水准网闭合测量水准测量、水准网闭合测量计算与平差计算与平差沉降点的埋设沉降点的埋设观测路线与仪器架设点选定观测路线与仪器架设点选定绘制水准点、沉降点及观测路线布置图绘制水准点、沉降点及观测路线布置图沉降点首次高程测量沉降点首次高程测量计算与平差计算与平差水准网监测与沉降观测水准网监测与沉降观测计算、平差、填写沉降观测记录表计算、平差、填写沉降观测记录表封顶、竣工封顶、竣工填写沉降观测汇总表、绘制沉降观测曲线图填写沉降观测汇总表、绘制沉降观测曲线图资料整理、归档、移交建设单位资料整理、归档、移交建设单位图5.1沉降观测流程图5.2操作要点水准基点的布设及水准基点测量1水准基点的布设为沉降观测提供基本高程以及控制建（构）筑物的高程，应埋设现场水准基点，水准基点的埋设应以保证其稳定可靠为原则。水准基点在沉降观测前半个月必须埋设好，且不少于3个。水准基点的间距不大于100米，为了观测方便并从精度考虑，可在两倍于建筑物基础宽度以外的稳定位置，其与建筑物之间的距离以30m～50m为宜；同时，避开交通干道、地下管线、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段，埋设在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。在场区内任何地方架设仪器至少后视到两个水准基点，并且场区内各水准基点构成闭合图形，以便闭合检校，以保证观测精度。水准基点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外，水准点的埋深要符合二等水准测量的要求(大于1.5米)，应埋设水准标石，标石用普通砼制作，标志及标石埋设按二等水准点要求进行（见图5.2.1），水准点埋设好后应编号为BM1、BM2、BM3…、BMn。图水准基点标识埋设图（单位：cm）图水准基点标识埋设图（单位：cm）2水准基点测量在现场水准基点埋设稳固后，应引测国家高程控制高程城市高程控制高程或采用假设高程或相对高程。建筑工程中水准基点的高程引测按二等水准测量方法进行测量可满足精度要求，具体（表5.2.1）。二等水准测量要求往返测量，当往返测量闭合差不大于4时，取往返测量的平均值为测量结果，计算出现场水准基点的高程，计算时取值应精确到0.1mm。表二等水准测量技术要求视线长度前后视距差（m）前后视距累计差（m）视线高度水准线路测量往、返返高差之闭合合差（mm）仪器类型视距（m）视线长度≥20（m）视线长度≤20（m）S1≤50≤1.0≤3.0≥5≥3≤±4S05≤60注：L为水准线路长度，以Km为单位水准网闭合测量与监测高程引测到现场水准网后，对现场水准网的水准点进行闭合测量，计算各水准基点的高程；在沉降观测过程中，对水准网进行监测，检查各水准基点是否发生变化，水准网闭合量与监测等级宜与沉降观测同等级或高一等级，技术要求见表5.2.2；重要工程监测时还应与国家或城市高程控制水准点联测。表水准网闭合量与监测的主要技术要求等级相邻水准点高程中中误差（mm）相邻点高差中误差差（mm）使用仪器、观测要要求往返较差、附合或或环线闭合差差（mm）一等±0.3±0.1DS05型仪器，宜宜按国家一等等水准测量技技术要求施测测0.15二等±0.5±0.3DS05型仪器，宜宜按国家一等等水准测量技技术要求施测测0.30三等±1.0±0.5DS05或DS11型仪器，宜宜按国家二等等水准测量技技术要求施测测0.60注：n为沉降观测的测站数沉降观测方法1沉降观测点的布设1)沉降观测点必须能够反映建（构）筑物变形特征和变形明显的部位，标志应稳固、明显，结构合理，不影响建（构）筑物的美观和使用，且点位应避开障碍物，便于观测和长期保存。2)沉降点埋设应按符合设计要求，不宜少于6个点，宜埋设于建筑物角点或沿外墙每隔10m～15m处，或每隔2～3根柱基上；变形缝、沉降缝或伸缩缝的两侧；新旧建筑物或高低建筑物以及纵横墙的交接处；人工地基和天然地基的接壤处；建筑物不同结构的分界处；筒体四角上；烟囱、水塔和大型储藏罐等高耸构筑物基础轴线的对称部位，每一构筑物埋设沉降点不得少于4个。3)沉降观测点在柱或墙砼施工前焊接与柱主筋上，也可在柱或墙上钻孔埋设，高度离地面10cm～50cm，埋在砼内长度宜为外露部分的5～7倍；沉降点的型式根据不同的建筑物类型和建筑材料，可采用不同的形式，立尺部位应加工成半球形或有明显突出点，图5.2.3为两种常见的沉降点埋设型式。(a)沉降点埋设做法一(b)沉降点埋设做法二(a)沉降点埋设做法一(b)沉降点埋设做法二图沉降观测点埋设图（单位：cm）图沉降观测点埋设图（单位：cm）4)沉降点埋设好后，应涂上防腐漆，绘出沉降点布置图，对沉降点编号（如M1、M2、M3、…、Mn），在沉降点布置图上标出水准点的具体位置，利用图纸与现场相结合选定沉降观测线路和仪器架设点，在选定仪器架设点时，尽量使用前后视距相等，沉降观测线路应附合于两水准点之间或闭合于同一水准点上，在沉降点布置图上绘出沉降观测线路。2沉降观测1)一般建筑可在基础完后或地下室完工后开始观测，高层建筑或重要工程可在基础垫层或基础底板完后开始观测。2)沉降点基本高程的测量：在沉降点埋设稳固后，根据设定的路线和仪器架设点，进行基本高程的测量，测得的高程是以后各次沉降观测用以比较的依据，基本高程测量时最少观测两测回，当测回差与闭合差符合要求后，对各测回平差（按平均分配原则平差计算），再求出各沉降点高程的平均值，将计算值记录下来，作为以后各次沉降观测求沉降量的比较值。3)沉降观测：沉降观测方法与基本高程的测量方法一致，每次必须沿设定的线路和仪器架设点进行，用同一台仪器、同一把铟钢尺，由同一人观测，同一人扶尺，各观测环境基本一致，观测时要避免阳光直射，观测时要—气阿成，成像清晰、稳定时再读数。沉降观测的主要技术要求见表5.2.3，每次将所测的各沉降点高程与前一次观测结果比较，求出本次沉降量及累积沉降量，填写沉降观测记录。表沉降观测等级、精度要求、适用范围等级标高中误差（mm）相邻点高差中误差（mm）适用范围往返较差、附合或或环线闭合差差（mm）一等±0.5±0.3变形比较敏感的高高层建筑、高高耸构筑物和和重要建（构构）筑物等0.30二等±1.0±0.5一般性的高层建筑筑、高耸构筑筑物等0.60三等±2.0±1.0观测精度要求较低低的建（构）筑筑物等1.40注：n为沉降观测的测站数4)多（高）层建筑物、构筑物沉降观测次数：根据工程进度、荷载的增加定期或不定期地进行沉降观测，整体工程施工期间观测次数不少于4次，一般工程每增加1～2层观测一次；工业建筑可按不同施工阶段分别进行观测，若建筑物均匀增高，应至少增加荷载的25％、50％、75％和100％时各测1次；烟囱等构筑物每增加15m观测1次；采用锚杆静压桩在压桩前、后应各观测1次。施工过程中如暂时停工时间较长，在停工时、复工前应进行沉降观测；停工期间，可据实际情况每隔2～3个月观测1次。当建（构）筑物出现裂缝或变形异常时应增加观测次数；第二年不少于2次，以后每年一次，直至沉降稳定为止；重点观测和科研观测工程，若最后三个周期观测中每周期沉降量不大于2倍测量中误差，可认为已进入稳定阶段，一般工程，若沉降速率小于0.01mm/d～0.04mm/d可认为进入稳定阶段。5)沉降观测期限：砂土地基不少于2年，膨胀土地基不少于3年，粘土地基不少于5年，软土地基不少于10年。6)工程封顶、竣工时，应沉降观测一次，并填写沉降观测汇总表（后附），其中包含每次观测的沉降点的高程、各次沉降量和累积沉降量，绘出沉降点的沉降曲线图，曲线中横坐标表示时间，上下两部分，上部分为建筑荷载曲线，下部分为各沉降观测点的下沉曲线，从沉降曲线的斜率可知沉降的速率和建（构）筑物是否稳定。6材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的仪器设备见表6。表6仪器设备表序号仪器名称仪器型号单位数量1精密水准仪S1或S05台12铟钢尺2M或3M把13三脚架个14尺垫个25对讲机对16计算器架17沉降观测手薄本18太阳伞把17质量控制7.1消除误差的质量控制措施沉降观测中所产生的误差主要来源于i角误差的影响、气温变化对i角的影响误差、大气垂直折光的影响误差。i角误差的影响控制i角误差在沉降测量与水准测量中尽量通过前后视距相等来消除，但在沉降观测中因场地的限制，几乎不可能如此，因此通过每次以相同的观测路线、相同的仪器架设点消除i角误差，使得i角误差在各次观测中基本得到消除。气温变化对i角影响带来的误差控制在上面分析的i角误差是指仪器本身所固有的i角值，但i角往往因环境温度的变化而产生微小变化，水准仪因周围空气的温度每变化1℃，i角变化约0.5″，假设温度变化10℃，前后视距差为10cm，则误差δ为：δ=0.5×Δt×Δd/206265=(0.5×10×10×1000)/206265=0.24mm但一般在二次连续沉降观测中，温度达不到10℃，前后视距差一般不会超过10米，气温变化对i角影响难以达到0.24mm，但这部分误差为残余误差，对测量成果有直接影响，因此在沉降观测中应尽量做到前后视距相等、选择好的天气观测，减少温差影响。大气垂直折光影响控制视线穿过大气时，因空气的密度在垂直方向存在梯度，使得视线垂直方向上产生弯曲，弯向密度较大的一方，称为大气垂直折光。对于沉降观测，由于前后视读数几乎同时进行，由前后视距差不等的影响，在保持观测路线和仪器架设点不变的情况下，基本可得到消除。7.2质量保证措施精密水准仪、标尺必须由专门的检定机构定期检定，仪器使用必须处于检定周期内，对于精密水准仪要经常检验与校正其i角，以确保i角≤15″，减少i角误差影响，仪器整平时，气泡严格居中，楔形丝切水准标尺分划线要精确。沉降观测时，必须按设定路线与仪器架设点进行观测，视线长度宜为20m～30m,不要大于30m，同一沉降点或水准点测回差应小于0.5mm，视线与地面距离不小于0.5m。沉降观测半小时前，应将仪器从箱子里先拿出来，仪器避免太阳直晒，观测时不要用双手扶着仪器，减小温度变化产生的误差影响。沉降观测宜在天气明朗的时间观测，避免在雨天或多雾的阴天观测，中午不宜进行沉降观测，阴天有微风的天气最适合沉降观测。在同一工程的沉降观测中，观测员与立尺员必须固定，立尺员立尺时应使水准尺上水准器的气泡居中。沉降观测中，转点必须垫上尺垫，不能随便在地上找点为转点，减少误差影响。每次使用相同的仪器、铟钢尺，由相同的人观测、立尺，以消除各种误差影响。7.3常见问题的处理在沉降观测中常遇到一些矛盾现象，并从沉降与时间的关系曲线上表现出来，对于这些问题必须分析产生原因，予以合理的处理。在第一次观测时即发生曲线上升，到第二次后，曲线又逐渐下降。发生此现象是由于基本高程测量精度不高，而使观测成果存在较大误差所引起。处理这种现象，应将基本高程测量成果作废，而采用第一次观测成果作为沉降点的基本高程。曲线在中间某点突然回升：产生这种现象的原因，多半是水准点或沉降点被碰动，且碰动后水准点低于低于碰动前及沉降点被碰后高于被碰前。处理这种现象，当碰动的是水准点时，改用其它水准点继续观测；碰动的是沉降点时，如沉降点已活动，则重新埋设，如仍牢固可继续使用，被碰点当次的沉降量选择结构、荷重及地质等条件相同的沉降点同次的沉降量代替。曲线自某点起渐渐回升：这种现象一般是由于水准点下沉所致，应换一个水准点重新观测，并测出下沉水准点的下沉大小，修正沉降点的沉降量。曲线波浪起伏：这种现象是由于测量误差所引起，应提高沉降观测精度。8安全措施每次测量结束后，应及时将仪器放置到箱中，以免被坠物砸坏。测量过程中，所有测量人员应正确佩戴好安全帽；扶尺员最好穿上可防铁钉刺入的硬底鞋。9环保措施本工法无特别需说明的环保措施，主要是测量过程中，观测员与扶尺员不得大声叫嚷，而应充分利用对讲机进行交流。10效益分析本工法与常规测量方法相比，测量与成果整理所用时间节省约40%，工作效率得到了大大提高。采用本工法进行高层建筑沉降观测，多数不可避免的误差得到了大幅度降低，从而提高了测量精度；为及时发现对建筑物不利的下沉现象，以便采取措施，保证建筑物安全提供了重要的技术基础。11应用实例本工法成功地应用于我司施工的成龙大厦、总医院五批老干部基建房、福建省XXXXXX实验中心大楼等工程，工程质量满足规范和合同要求，其中成龙大厦为榕城杯工程，总医院五批老干部基建房与福建省XXXXXX实验中心大楼为闽江杯工程。现以福建省XXXXXX实验中心大楼工程为实例说明本工法应用情况。工程概况福建省XXXXXX实验中心大楼工程施工项目，位于福州市华林路188号福建省农业科学院内，由政府拨款及福建省农业科学院自筹部分资金投资兴建，由厦门中建东北设计院设计。本工程总建筑面积31033平方米，其中地下2613平方米，建筑层数地上22层，地下1层。本工程为一类高层建筑，耐火等级为一级、人防等级为六级，主要功能布局为综合楼，其中塔楼为实验、办公用房，裙房为会议、展览厅、阅览室、健身中心等公共服务设施。本工程结构体系为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构，局部采用钢结构，桩基采用钻孔灌注桩。工程建设工期为870日历天，总投资约为8000万元。施工情况该工程共设三个水准基点，18个沉降点（见图1-1），沉降观测路线（见图1），单位工程竣工验收前，共进行17次沉降观测，沉降观测曲线图（见图1），每次测站数为7，允许闭合差为0.6=1.59mm，实际测量结果：13次测量闭合差在0.8mm以内，4次测量闭合差在0.8～1.5mm之间，其中13次即76%的观测精度已达到二等沉降观测要求。工程评价我公司测量员在进行沉降观测的同时，建设单位也委托福建省建筑科学研究院进行监测。经比较、分析，双方所测高程之差皆在允许值内，一般为0.5mm左右，说明该工法是切实可行的。图-1福建省XXXXXX实验中心大楼沉降点布置及观测路线图图-2福建省XXXXXX实验中心大楼沉降曲线图建筑物沉降观测测量记录检验（建）表-2共页第页工程名称水准点编号BM1、BM2、MB3水准点所在位置永久水准点BM00（落在农科科院旧楼内）水准点高程+7.181m观测起止时间2006年10月月23日至2008年10月28日观测性质三等水准测量工程地点福州市华林路1888号测量仪器仪器名称：AL1132-C检定证书编编号20080066沉降观测结果观测点编号观测点高程(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)本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计M17.56987.5698布点布点7.56930.50.57.56900.30.8………7.55940.510.4M27.54427.5442布点布点7.54380.50.57.54340.40.9………7.53170.312.5M37.54657.5465布点布点7.54560.90.97.54510.51.4………7.53430.412.2M47.57377.5737布点布点7.57320.50.57.57290.30.8………7.56210.611.6M57.42337.4233布点布点7.42280.50.57.42240.40.9………7.41190.711.4M67.56547.5654布点布点7.56470.70.77.56440.31.0………7.