1 高层建筑物沉降监测的现状 01现状分析
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高层建筑物沉降监测的现状
01现状分析
随着我国经济建设的高速发展，城市各类高层建筑物日渐增多。由于建筑物的增高，荷载的不断增加，在地基基础与上部结构共同作用下，建筑物可能发生不均匀沉降，其后果轻者将使建筑物产生倾斜或裂缝，影响正常使用寿命，重者将危及建筑物的安全。
因此，必须对高层建筑的沉降量及沉降速率进行不断监测，以便能够及时发现问题并且及时采取相应措施，以此来减小损失，确保建筑物的安全。高层建筑物的施工和运营期间，都必须对建筑物进行安全监测，以便及时掌握变形情况，发现问题，采取措施，保证建筑物从施工开始到运营期间均安全有效。
02沉降的原因分析
建筑在施工过程或者在使用期间，因受建筑地基的工程地质条件，地基处理方法，建（构）筑物上部结构的荷载等多种因素的综合影响将产生不同程度的沉降和变形。这种变形如果在允许的情况下，可以认为为正常现象，但是如果超过规定限度就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。建筑物沉降原因主要分为内部因素和外部因素：
内部因素引起的变形
1）合理变形: 建筑物自身的构筑形态造成荷载分布不均衡使建筑物发生变形， 这种变形一般小于允许变形值， 随着时间的推移而趋于稳定。
2）施工误差变形: 由于施工误差而造成荷载分布和预计分布不符， 从而造成建筑物变形， 这种变形对局部来讲一般很小， 但考虑从下部到上部的累积变形间的相互影响时， 它是建筑物达到危险变形的一个重要因素。
外部因素引起的变形
1）基础形变: 由于建筑物的重量，使基础上的土壤被压实，引起建筑物沉降。
2）其余因素引起的变形: 由于基础的地质构造不均匀， 季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的摆动等。这里不包括偶然性的地震因素。建筑物产生沉降后一定要对其沉降量值进行分析， 建筑物正常的沉降， 是循着从缓慢——活跃——缓慢——稳定的过程。
我们通常最关心的是建筑物最大沉降量， 《建筑变形测量规范》（JGJ8—2007）要求是：最大沉降量=H(建筑物总高)×0.02%。但这是对一个建筑物完工后一定时期的概略标准， 却不是建筑物从施工至使用后 1—2 年里的各个时期的最大沉降量的要求。而及时获得各时期的最大沉降量是非常必要、也非常重要的， 而且因各地的地质构造情况不同和各个时期时间性不同， 所以的设计系数也不同。
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高层建筑物沉降外业监测的方案
01 变形监测方案制定准则包括：
根据变形影响因子（如力、荷载等）的预估值大小、时间特性及其对变形体发生作用的知识性判断，可到一个概略模型，有该模型计算出变形的预计值及其时间特性。以此为基础，可以确定出测量精度、观测周期数、一周期允许的时间长短以及周期间的时间间隔。
02 方案设计中的基本要求：
技术规范要求
建筑设计部门必须按设计规范严格要求，在施工说明或施工图中标明沉降监测的观测点、观测数量和时间。施工单位在施工过程中，必须按规范和设计要求认真操作，严格把关。
沉降监测点的设置要正确合理。对于高层框架结构的建筑物:沉降监测点应设在每个桩基或部分柱基上部。埋入墙体的观测点，钢筋外端要有90°弯钩弯上在钢筋外涂上防腐剂，并稍离墙体，以便于置尺测量。
沉降监测的次数和时间要适当。观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高1—5层观测一次，工业建筑可按回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等不同施工阶段分别进行观测。若建筑施工均匀增高，应至少在增加荷载的25%、50%、75%、100%时各观测一次。
沉降监测“五定”原则
所谓“五定”，即通常所说的沉降监测依据的基准点、基点和被观测物上沉降监测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本上要一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。
以上措施在客观上能保证尽量减少观测误差的主观不确定性，使所测的结果具有统一的趋向性；能保证各次复测结果与首次观测结果的可比性一致，使所观测的沉降量更真实。
03 沉降监测精度和频率的确定：
沉降监测精度要求
沉降形监测的精度等级，是按变形观测点的水平位移点位中误差、垂直位移的高程中误差或相邻变形观测点的高差中误差的大小来划分的。它是根据我国变形监测的经验，并参考国外规范有关变形监测的内容确定的。其中，相邻点高差中误差指标，是为了适合一些只要求相对沉降量的监测项目而规定的。
04 沉降监测网的布设：
水准控制网的布设
根据工程的特点布局、现场的环境条件制订测量施测方案，由建设单位提供的水准控制点(或城市精密导线点)根据工程的测量施测方案和布网原则的要求建立水准控制网。要求如下：
1）一般高层建筑物周围要布置3个以上基准点，若区域内不具备上述条件，则可按相应要求，选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设水准点。所布设的水准点，在未确定其稳定性前，严禁使用。
2）对于建筑物较少的测区，宜将控制点连同观测点按单一层布设；对于建筑物较多且分散大的测区，宜按两个层次布设网，即由控制点组成控制网、观测点与所联测的控制点组成扩展网。
3）各水准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)，根据工程特点，建立合理的水准控制网，每次都要测定水准点间的高差，以判定它们之间是否相对稳定，并且水准点要定期与远离建筑物的高等级水准点联测，以检核其本身的稳定性。
4） 各类水准点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器震动地区以及其他能使标石、标志易腐蚀和破外的地点。
沉降监测点的布设
沉降监测所布设的点位，大致可分为基准点、工作基点和沉降监测点。基准点必须坚固稳定，为了对水准点进行相互校核，基准点的数目应当不少于3 个，以组成水准网。为保证基准点稳固可靠，基准点应埋设在基岩或压缩性较低的原状土层上；基准点的位置宜靠近观测对象，但必须在建筑物所产生的压力影响范围以外。
工作基点可以根据观测的需要进行布设。变形观测点的布设是沉降监测的基础，布设过程中遵循的原则是:从整体到局部，所布点位能够从总体上控制建筑物的沉降特性；先设计后实施，先在图纸上设计，然后再修改、确定；变形观测点的位置宜设在观测数据容易反馈的部位，并能够反映出变形体变形特征。
沉降监测点是铟钢尺立在上面的点，也是直接嵌入建筑物与建筑一起沉降的点，所以应根据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形和桩端持力层的选择等因素综合考虑，并要求所布设的点位在施工期间和建成后能顺利观测的地方。一般布设在建筑物四周角点、沉降缝、主楼、群楼和桩形不同的两侧、地质条件有明显变化的区段内，测点的间距为8～12m。
点位宜选设在下列位置：
1）建筑的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每10～20m处或每隔2～3根柱基上；
2） 高低层建筑、新旧建筑、纵横墙等交接处的两侧；
3）建筑裂缝、后浇带和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处；
4）对于宽度大于等于15m或小于1 5m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑．应在承重内隔墙中部设内墙点，并在室内地面中心及四周设地面点；
5） 框架结构建筑的每个或部分桂基上或沿纵横轴线上。
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沉降监测实施及其数据处理分析
01 外业沉降数据采集：
沉降监测的技术规范
1）《建筑变形测量规范》 JGJ8－2007
2）《工程测量规范》 GB50026－93
3）《城市测量规范》 CJJ8-99
4）《国家一、二等水准测量规范》 GBT12897-91
基准点观测
1）观测内容： 采用精密几何水准测量方法测量水准基点与工作基点之间的高差，水准路线宜构成闭合形式。
2）观测周期： 基准点观测的周期一般为1年或半年，即1年观测1次或1年观测2次。
3）观测方法：采用国家一等水准测量方法；或根据1km水准测量的测站数，由估算“测站高差中误差”。
监测点观测
1）观测内容：采用精密几何水准测量方法测量工作基点与沉降监测点之间的高差，水准路线多构成闭合形式，或在多个工作基点之间构成符合形式。
2）观测周期：不同建筑物沉降监测的周期和观测时间，可根据建筑物本身的具体要求结合具体情况确定。高层建筑物观测是长期的，沉降监测的周期一般为30d，即每月观测1次。
3）观测方法：采用国家二等水准测量方法
4）具体措施：为了保证精度，除执行国家规范有关规定外，还应根据生产单位的作业经验，对沉降监测补充如下具体措施：
①每次观测前，仪器、标尺应晾置一段时间。
②各期观测要固定仪器、固定标尺和固定观测人员。
③设置固定的架镜点和立尺点，使每次往返测量能在同一路线上进行。
④读数基辅差互差（一级）或（二级）
⑤在地下室观测时，要用手电筒以增强照明。
02 内业数据处理与资料整理：
内业数据处理
将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值。从而确定出沉降量。原始数据要真实可靠，记录计算要符合施工测量规范的要求，依据正确，严谨有序，步步校核，结果有效的原则进行成果整理及计算。
1） 沉降监测的记录应采用格式规范的表格统计。观测的数据必须经过严格核对无误，方可记录，不得任意更改。当各观测点第一次观测时，标高相同时要如实填写，其沉降量为零。以后每次的沉降量为本次标高与前次标高之差，累计沉降量则为各观测点本次标高与第一次标高之差。根据各观测周期平差计算的沉降量，列表，进行汇总。
2） 绘制各观测点的下沉曲线首先建立下沉曲线坐标，横坐标为时间坐标，纵坐标上半部为荷载值，下半部为各沉降监测周期的沉降量。将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量画于坐标中，并将相应的荷载值也画于坐标中，连线，就得到对应于荷载值的沉降曲线。
3） 根据沉降量统计表和沉降曲线图，我们可以预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时的反馈到有关主管部门，正确地指导施工。特别座在沉陷性较大的地基上重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。
利用沉降曲线还可计算出因地基不均匀沉降引起的建筑物倾斜度：分别为m，n点的总沉降量，为m，n点的距离。对沉降监测的成果分析，我们还可以找出同一地区类似结构形式建筑物影响其沉降的主要因素，指导施工单位编好施工组织设计，正确导施工大有裨益。
4） 绘制沉降监测示意图。画出建筑物的底层平面示意图，注明观测点的位置和编号，注明水准基点的位置、编号和标高及水准点与建筑物的距离。并在图上注明观测点所用材料、埋入墙体深度、离开墙体的距离。
03 资料分析：
作图分析：
将观测资料绘制成各种曲线，常用的是将观测资料按时间顺序绘制成过程线。通过观测物理量的过程线，分析其变化规律，并将其与水位、温度等过程线对比，研究相互影响关系。
统计分析：
用数理统计分析计算各种观测物理量的变化规律和变化特征，分析观测物理量的周期性、相关性和发展趋势。这种方法具有定量的概念，是分析成果更具实用性。
对比分析：
将各种观测物理量的实测值与设计计算值或模型实验值进行比较，相互验证，寻找异常原因，探讨改进运行和设计、施工方法的途径。
建模分析：
采用系统识别方法处理观测资料，建立数学模型，用以分离影响因素，研究观测物理量变化规律，进行实测值预报和实现安全控制。
