【摘要】随着人们生活水平的不断提高，楼房的数量也在不断增多，越来越多的高层建筑在城镇建设中拔地而起，高层建筑施工质量就显得尤为重要。本文介绍高层建筑沉降产生的原因机制及观测精度确定的手段，给出了沉降监测稳定标准计算方法。并结合工程实践，对作业中有关技术问题进行了讨论，提出了一些有用的结论和建议。
【关键词】高层建筑；沉降监测技术；应用
作者简介：张东；河南豫信招标有限责任公司
doi:10.12159/j.issn.2095-6630.2020.02.0461
随着我国城市建设的发展，高层建筑在我国兴起，这在客观上提出了如何保证高层建筑施工和使用过程中的安全问题。即高层建筑是否存在均匀与不均匀沉降，并且这些现象的存在，是否危及高层建筑及其设施的安全使用。高层建筑的均匀沉降对建筑本身的安全来说，并不重要，不会产生使建筑物出现断裂、裂缝和缺口等现象的附加应力，因而建筑物相对来说是安全的。但对于引入高层建筑的设施及周边建筑危害大，而不均匀沉降在达到建筑设计指标极限以上时，危及建筑物的安全运营。因此，必须对高层建筑进行沉降监测，现已成为城市建设建筑施工和使用过程中的一个必不可少的工作，为愈来愈多的设计、施工、建设单位所接收和采纳。
1.沉降产生的原因机制及观测精度的确定
1.1沉降产生的原因机制
由于建筑物的建造，使地基中原有的应力状态发生变化而产生变形，表现为地基沉降。因此，对于高层建筑而言，对地基强度有一定的要求。而地基强度与地基承载力等因素有关，地基承载力一方面取决于地基土的性质和形成条件，包括土的成层特点、均匀性、组合情况、荷载历史、地下水水位变化、地层遭受切割和破坏状况等，都是影响承载力大小的重要因素。另一方面取决于基础类型、宽度、埋深等；建筑物的类型、平面和立面；荷载性质、大小及分布；上部结构对地基不均匀沉降的抵抗能力等；施工方法特别是加荷速率对承载力的影响很大等。可见，确定地基承载力是一个比较复杂的问题，必须综合考虑各种因素。而当地基承载力的设计计算数据与实际情况不相符，就会产生建筑物不均匀沉降，影响建筑物的使用。特别是当建筑物荷载过大，超过地基土所能承受的能力，发生剪切破坏，将给建筑物安全带来隐患和危害。外界条件是产生建筑物沉降的另一个主要原因之一。当气象条件发生改变时，它可能表现为地基土壤在冻结时隆起和在解冻时下陷，由于受降水浸湿使地基土壤膨胀和软化以及阳光辐射和风的影响使地基土壤干燥等。
1.2观测精度的确定
一般来说，沉降观测的精度要求，取决于沉降观测的目的。在建筑物施工与运营期间，施工、设计、运营单位最关心的是建筑物的安全。为此，沉降观测精度的确定以危及建筑物安全的差异沉降量的最大误差来考虑。根据我国工程测量单位沉降监测实践经验，依照现代建筑规范的要求，沉降观测的最大误差应为差异沉降最大容许数值的1/10，由经验公式差异沉降最大容许数值为：δ最大=2L/1000，其中，δ最大为差异沉降最大容许数值；L为两相邻沉降点的距离。由此可得到差异沉降量观测中误差，m沉=δ最大/10/2。由于差异沉降量的观测中误差是由测定沉降点间的高差中误差决定的，因此，由误差传播定律可得观测高差中误差。
2.沉降监测稳定性标准计算
2.1沉降量、沉降速度、沉降加速度的计算
在施工期间，为了掌握不同沉降观测点之间在同一周期内的的变化情况，尽可能选择变化较小的相对稳定点W作为参考点，把其它沉降点M与之比较，便可得到同一周期内的最大、最小沉降量和所在位置。与此同时，计算同一周期的平均沉降量，对于分析不同外界影响的平均变化情况是非常有益的。
2.2最终沉降量、沉降稳定标准及稳定时间
在建筑物荷载作用下，地基的沉降是逐渐发生的，或多或少总要经过一定时间后才能达到完全稳定。地基沉降完全稳定时，地基表面的最大竖向变形，就是基础的最终沉降量。通常，最终沉降量认为是瞬时或畸变沉降量、固结沉降量和次固结沉降量三者的总和。瞬时或畸变沉降量是在荷载施加后立即发生的沉降量，它主要是地基土畸变的结果，一般是非弹性的。固结沉降量起因于水从土的孔隙中逐渐排出和土中孔隙体积相应减少。次固结沉降量则是由于土骨架的蠕动变形所引起的。它们三个的相对大小和历时过程随土的类型而异。一般来说，最终沉降量可由建筑设计单位，根据计算提供。不过，这种沉降计算实际上是一种估计，而与实测沉降数值可能有一定的差异。了解最终沉降量的大小，对于考虑沉降观测方案设计是非常有益的。至于沉降稳定标准，已有明确规定。一般认为，沉降速率减至0.01mm/d，就算基本稳定。对于沉降稳定时间确定问题，通常的做法是用一条曲线来反映沉降量与时间之间的函数关系，曲线的类型可由试验关系的型状来选择。由实测数据，按照线性回归理论，计算曲线方程的系数，并进行统计检验。求得曲线方程后，便可容易确定沉降稳定时间。
3.沉降监测若干技术问题
3.1沉降观测资料的完整性问题
沉降观测时的施工概况记载是完整的沉降监测资料的一个重要部分。沉降观测中对施工概况的记载如工程的进展、施工条件的变化、工程荷载、建筑物倾斜、裂缝等各种影响沉降变化和异常的情况等，对分析整理和利用沉降资料，特别是当差异沉降量大于规定的要求时或阶段沉降量较大时显得尤其重要，它是正确作出决定的依据，因此，必须予以重视。
3.2点位布设及其观测技术指标问题
沉降观测的重要环节是沉降监测点的布设，若其点位选择不当，易受破坏或受其它客观条件的影响，产生不稳定因素，都会影响成果的质量，所以必须特别重视沉降监测点的位置选择和埋没的深度等。由于高层建筑一般建立在城市建筑密集的区域，施工现场条件的限制，使得基准点布设难以达到理想的建点要求。鉴于以上的原因，我们认为，进行施工期间及竣工后一段时间内的沉降观测，可以根据工程的实际条件建立浅埋基准点，并以三个一组为构点方式。并注意到点位布设在高层建筑物影响之外，无机动车辆往来，较隐蔽的地方，同时，点的埋设深度应在1m左右。此外，精密水准的重要前提是要求前后视距相等，但由于建筑施工条件的限制很难做到这一点。水准仪视准轴和水准轴不平行所产生的i角，当前后视距差超过一定距离时，对每站高差的影响是不能忽视的，见附表。在实际测量时，可以采用施加改正的办法修正高差数值，因此，必须在测前、测后精确测定水准仪i角。另一方面，严格校正水准仪i角，使i角控制在5s之内，可使视距差达到8m。
3.3质量控制问题
为保证沉降成果的质量，减少测量误差对观测成果的影响，应做到定人、定仪器、定路线。每次观测沉降之前，必须对水准工作基点进行观测，以掌握工作基点的现状。沉降观测前、后应进行必要的仪器检测，校正仪器i角，并精确测定水准仪的i角大小。
4.应用分析
通过对某建筑物沉降进行监测得知，水准工作基点是稳定的。从观测质量来看，每周期测量其各水准路线闭合差均满足规范规定的技术要求，这说明观测成果是可靠的。在施工初期，总的来说，呈现下沉的趋势，但有些地方有回弹上升的倾向，分析其原因主要是由于荷载不均匀及地质因素所引起。随着建筑物高度的升高，荷载的增加，整个建筑物沉降趋势明显，特别是在建筑物封顶半年后最后一次观测结果表明，沉降幅度值达到最大，最大沉降量为-12.6mm。从沉降稳定标准来看：建筑物结构封顶时平均累积沉降量为-5.2mm，平均沉降速率为0.031mm/d，最后一次观测，测得平均累积沉降量为-9.1mm，平均沉降速率为0.006mm/d，该楼沉降呈平稳状态，沉降速率已基本达到规范规定的稳定标准。
5.结语
综上，在建筑物沉降监测中，为了保证监测成果准确、可靠，达到精度要求，只要在观测手段上，采用精密水准仪及其配套的精密水准尺，定人、定仪器、定路线，运用精密几何水准测量方法，并结合工程实际情况，参照有关规范的技术要求施测；在数据处理上，采用现代测量数据处理技术，剔除粗差，保证计算的沉降量为实际沉降量；在变形分析与解释上，采用单点与整体相结合的办法，结合高层建筑工程地质、基础类型等，合理解释变形产生的原因，完全可以对建筑物的安全作出正确决策。从而为设计、施工、运营单位提供第一手准确资料，对指导施工单位进行工程施工起到了重要作用，圆满地完成了监测任务，获得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]王钊,栗衍香.建筑物沉降监测技术与回归分析方法在数据处理用的应用[J].四川水泥,2018,21（5）:174-174.
[2]封利根,吴琳,杨莹.高层建筑沉降监测方法探讨[J].江西测绘,2017（3）:48-50.
[3]申丹.探讨高层建筑施工中沉降观测技术的有效应用[J].现代装饰（理论）,2016（1）:163-163.