1、1针对观测高层房建沉降变形的阐述摘要：随着各国建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物不断增多，工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。变形测量是监测、分析及预报工程和与工程有关的变形的主要方法;是对高层建筑物、构筑物及其地基或一定范围内岩体及土体的位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝等所进行的测量工作。本文就高层建筑物中的沉降变形测量进行简单的阐述。 关键词：高层建筑物 变形测量沉降测量点 中图分类号：TU97 文献标识码： A 为了保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数
2、，建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。高层建筑物变形测量在大型、特大型的工程建设和运营中，都发挥了其重要的监测与保障作用，尤其是沉降变形测量应用得更为广泛，2而这种广泛性，又主要集中在城市建设中。大型的高层建筑、大面积的地下工程、单体高
3、耸工程等，至少都需要进行沉降变形测量。 一高层建筑物沉降变形测量等级的确定 高层建筑物的沉降变形观测主要是使用精密水准仪采用周期的观测方法定期测出高层建筑物在不同荷载下的沉降量，及时掌握高层建筑物的沉降情况，了解有无异常现象，以便采取合适的补救办法以保证高层建筑物的安全稳定，更能准确反映地基勘探、 基础设计及施工质量的优劣;位移监测是为了保证高层建筑物各轴线的位置，它是对施工质量和地基沉降的综合影响。 确定合适的沉降变形测量等级，是进行此项工作的核心，也是编制和实施变形测量方案关键的技术依据之一。在确定等级时，重点应考虑沉降变形值的观测中误差这一主要技术指标。沉降变形值分为绝对沉降变形值与相对
4、沉降变形值，对于与外部具有较精密设备连接的或大型连体及用于研究地基土质变形的工程建筑等，两种变形值均予重点考虑，其它的，一般应重点考虑相对沉降变形值。综合工程的性质与条件及变形观测的目的，对观测中误差的确定仅给出区间范围，针对具体的工程，还要在区间范围内依据工程的具体要求及观测设备的条件等确定一个具体的量值。 二高层建筑物基准点和观测点的布设与观测 1、基准点的布设与观测 近些年来，城市建设尤其是大、中型城市建设发展非常迅速，因而，在城市建设中对高层建筑物进行沉降变形观测，拟在其周围附近选取几3个（一般要求至少为 3 个）稳定的位置处直接布设基准点，是很难做到的。鉴于此种情况，设立基准点时宜埋
5、设深层金属管水准基点，即在高层建筑物周围附近兼顾各方面因素，选取几个相对比较稳定的位置且地下无各种管线处，采用钻深孔至基岩层或孔深大于邻近高层建筑物基础的最大深度，内置金属管，管底介实，管顶焊接圆球的形式以示点位。对于一般工程，确认点位确实稳定的，可以设立 2 一 3 个:大型重点工程，3 个（含 3 个）以上:观测精度较低的，可以设立 1 一 2 个。 基准点的分布;当仅有两个点时，其连线应与高层建筑物的主要轴线平行，或成对角形式:当有 3 个点时，除某两点的连线与主要轴线平行外，另一点应跨过高层建筑物且对其长边基本构成等腰或 3 个基点基本构成直角三角形:当多于 3 个时，除应满足 3 个
6、的条件外，其余的点应较均匀地分布在高层建筑物的四周，距离可偏远一些。 基准网的观测，除严格按等级标准观测外，在每期观测中，也应定路线、定测站、定观测者、定水准尺，以在成果中尽量消除或减弱系统误差的影响。 2、观测点的布设与观测 由于变形测量观测的点位是动态的，与地形测量、工程控制测量等有较大的区别，因此，每期观测都必须保证外业观测数据的可靠与准确，且对于设备、人员的观测条件是相同的:每期观测除应及时地检查测站各项限差外，还必须及时地计算附、闭合路线的高差闭合差，概算测站中误差，若超限，属于外业问题的必须立即返工，尤其是在工程施工阶段，因受施工环境的影响，观测条件一般较差，观测更应按等级标准执行
7、，4注意对观测成果的检查。 观测点的设置在工程测量规范中规定的较为具体，但对于框架结构布设起加密作用的观测点时，其点间距应控制在 10m 一 25m 间，尤其是大跨度的或钢结构工程，应邻柱或隔柱布设，以利于较准确地绘制等沉降曲线图及轴线方向的变形分析。对观测点进行组网观测，有条件时，应尽可能多地在基准点上观测，即尽量构成附合条件较多的附合网，以增加多余观测条件，增强网的可靠性。对各点的初期观测，宜观测两次，以确保初期成果的准确性:观测中对发现有异常的点位，应重点观测，且予调查、记事，以便在成果中结合事实，给予确切的解释。 三沉降观测的精度要求 根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测
8、精度的等级。在没有特别要求的情况下，左一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下： 第一，往返较差、附和或环线闭合差：ha-b1.0，n 表示测站数； 第二，前后视距30m；第三，前后视距差1.0m； 第四，前后视距累积差3.0m； 第五，沉降观测点相对于后视点的高差容差：1.0mm。 四观测的数据处理与统计分析 变形的几何分析与物理解释。传统的方法将变形观测数据处理分为变形的几何分析和物理解释。几何分析在于描述变形的空间及时间特性，5主要包括模型初步鉴别、 模型参数估计和模拟统计检验及最佳模型选取三个步骤。变形监测网的参考网、 相对
9、网在周期观测下，参考点的稳定性检验和目标点和位移值计算是建立变形模型的基础。变形模型既可根据变形体的物理力学性质和地质信息选取，也可根据点场的位移矢量和变形过程曲线选取。此外，前述的时间序列分析，灰色理论建模、 卡尔曼滤波以及时间序列频域法分析中的主频率和振幅计算等也可看作变形的几何分析。 根据变形观测数据绘制变形过程曲线是一种最简单而有效的数据处理方法，由过程曲线可作趋势分析。如果将变形观测数据与影响因子进行多元回归分析和逐步回归计算，可得到变形与显著性因子间的函数关系， 除作物理解释外，也可用于变形预报。多元回归分析需要较长的一致性好的多组时间序列数据。 变形的物理解释在于确定变形体变形与
10、变形因子之间的函数关系，并对引起变形的原因作出分析和解释，以预报变形发展趋势。根据需要和条件可采用回归分析法和确定函数模型法。回归分析法是以 10 个以上周期的长期观测数据为依据，通过分析所测变形与内因、 外因之问的相关性，建立荷载一变形关系的数学模型。当处理两个变量之间关系时， 可采用一元回归分析;当处理一个变量与多个因子之间的关系时，应采用逐步回归分析，通过在回归方程中逐个引入显著因子，剔除不显著因子，获得最佳回归方程( 预报方程) ;而确定函数模型法是以大量变形信息和变形因素的观测资料为依据，利用荷载、 变形体的几何性质和物理性质以及应力一应变间的关系来建立数学模型。当变形体的几何形状和
11、边界6条件复杂时，可采用有限单元法;当需要提高函数模型的精确度时，可采用联合使用涵数方法与回归方法的涵数一回归分析方法。回归分析法以实测资料为基础，观测资料愈丰富、 质量愈高，其结果愈可靠，且具有“ 后验” 性质，它与变形的几何分析具有密切的关系，是测量工作者最熟悉和乐于采用的方法。 把变形体视为一个动态系统， 将一组观测值作为系统的输出，可以用卡尔曼滤波模型来描述系统的状态。动态系统由状态方程和观测方程描述，以监测点的位置、速率和加速率参数为状态向量，可构造一个典型的运动模型。 状态方程中要加进系统的动态噪声。 卡尔曼滤波的优点是勿需保留用过的观测值序列，按照一套递推算法，把参数估计和预报有
12、机地结合起来。除观测值的随机模型外，动态噪声向量的协方差阵估计和初始周期状态向量及其协方差阵的确定值得注意。采用自适应卡尔曼滤波可较好地解决动态噪声协方差的实时估计问题。卡尔曼滤波特别适合滑坡监测数据的动态处理;也可用于静态点场、 似静态点场在周期的观测中显著性变化点的检验识别。 五结束语 总之，对高层建筑物的变形测量是一项长期、艰巨而细致的基础性工作，必须引起有关方面的高度重视。观测单位明确观测要求,并根据沉降观测单位对现场沉降监测数据的反馈信息,确保观测成果能更好地指导工程生产实践。设计单位应在施工图设计中对建筑物沉降观测目的进行阐述,对沉降观测测量的等级及精度、测量人员及测量仪器等提出具
13、体要求,并在工程建设过程中做好动态监测。对于变形测量者来说，在进行高7层建筑物变形测量时， 合理确定观测精度，)加强对观测成果进行安全性分析，重视变形预报，要能够预报出滞后沉降量，制定出运营期间的长期变形观测方案，建设主体才能及时地做出比较合理的技术决策和现场的应变决定,使得沉降观测在建筑物的施工、竣工验收以及竣工后的监测等过程中,充分发挥安全预报、科学评价及检验施工质量等职能,有效预防地基沉降事故。 参考文献： 1 工程测量规范 GB 50026-2007.中国计划出版社.北京； 2 宋广平. 三明民用机场填筑体沉降观测及数据处理J. 城市勘测； 3王金清. 深基坑监测方法及其精度成果分析J. 广东土木与建筑； 4 杨晓平.工程监测技术及应用.中国电力出版社； 5王丹. 建筑变形测量技术与实践的发展论建筑变形测量规范修订J. 工程勘察。
