高层建筑施工中沉降观测信息化的应用

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0 前言建筑工程建设中，沉降观测是一项重要的工作，对于高层建筑尤为重要。楼层增加，负荷会加大，沉降量也必然随之加大。通过对高层建筑沉降进行施工监测，利于沉降观测信息化的实现，对基坑位移不同部位进行分析比较，管线沉降、周围建筑物及支撑轴力等情况，共同揭示了基坑的开挖规律。大量的检测数据，可以为日后施工和勘察设计提供可靠资料和相关数据，从而确保结构本身及周围环境的安全。这即是文中所要阐述的重点内容。1 建筑沉降观测的重要性（1）地基的最极限承载能力的确定。通过在施工现场选取比较典型的地层来进行相关的承压板载荷试验，从而确定其数值。在山坡的平台上面可以设置相关锚桩横梁的反力装置，在对基地进行挖孔的孔底及其平洞内部可以借助山体的自重力来设置撑式的反力装置，通过压力传感器来进行测力，并通过位移计测量其沉降情况。通过人工的方式实现，有助于提高其估量值。（2）设计施工图前的分析工作。依据原有的地质勘测资料，并结合相关的规范以及现场的载荷试验，还要与邻近的工程进行调查对比，通过原有的建筑经验及对其理论公式的计算来进行综合确定。（3）施工初期阶段应继续进行相关的地质勘查工作。地质条件以及桥梁的结构具有一定的复杂性，在施工初期通常会遇到很多与原有的地质勘测不相符合的问题，因此，在施工初期加大对地质的勘察工作是十分有必要的。此外，还可以通过一些专门的试验来进行相关的测试工作，从而可以更准确的判断出各持力层的地基承载能力。2 沉降观测信息化施工内涵所谓信息化施工即指的是高层建筑施工当中，通过各种仪器和测量元件，对现场实际的沉降观测数据的收集，并进行分析，依据分析结果对施工方案和原设计进行必要性的调整，并在下一施工过程中加以反馈，对下一施工阶段进行预测和分析，从而保证高层建筑施工经济、安全的运行。见信息化施工示意图1。图1 信息化施工示意图信息化施工是以管理技术、计算机技术及现场测量技术为基础逐渐发展起来的，沉降观测的先细化施工，从内涵上应具备如下条件：有监测所需的仪器和测量元件；可进行实时的监测；具有相应的分析预测方法和模型；涉及计算机的应用。对可靠信息的及时掌握是沉降观测信息化应用中预测和分析的基础，在科学发展观的大背景下，沉降观测技术发展迅速，加之计算机技术的广泛应用，极大地促进了高层建筑施工过程中实时监控的进行，通过对相关数据的迅速处理，以技术对施工工程中的监测管理进行指导。3 高层建筑中沉降观测信息化的具体应用3.1 水准测量控制网的建立以高层建筑的现场环境、平面为依据，来制定可行合理的沉降观测方案，并按当地城建规划部门或建设单位提供的精密导线点或水准控制点来进行城区水准测量控制网的建立。具体要求包括以下3 个方面：①一般的高层建筑应在其四周布置至少3 个水准点，水准点的间距控制在50m 范围内；②在厂区内的任一处搭设测量仪器时，应保证能至少有两个后视水准点，从而便于闭合校验的进行；③各水准点应设立于建筑受震区、地面沉降、基坑开挖的范围之外，从而使建筑施工中的沉降观测精度得以保障。3.2 固定观测线路的建立依据厂区内沉降观测点和水准控制网的埋设要求，来对沉降观测点位置加以确定，并将相关参数输入电脑，来对平面布置图进行绘制，在观测点与水准控制点间建立其观测的固定线路，在仪器架设的站点和转角处加以标记，并按序进行标桩，以使施测线路的统一性得到保障。3.3 沉降观测的实施设计施工图前的分析工作。依据原有的地质勘测资料，并结合相关的规范以及现场的载荷试验，还要与邻近的工程进行调查对比，通过原有的建筑经验及对其理论公式的计算来进行综合确定。依据已制定的观测周期和观测方案来实施沉降观测。通常来讲，高层建筑会有1～2 层的地下室，在首次观测时，应从基础出发，基础外侧，在确定观测点平面标记临时观测点后，即可开始首次的观测。沉降观测点高程值的首次测量是滞后观测开展的基础，因此其精度一定要高，在测量时一定要十分细致、认真，每个观测点高程数据应进行两次观测，求其平均值。随着高层建筑层数的上升，每上升一层，就上移一次临时观测点，并做相应的观测与记录，再依据规定进行永久观测点的埋设（通常位于0．500m 处），之后按照预定观测周期来实施再次的观测、记录。如因设计需要对高层建筑由于基础沉降不均匀产生的基础挠度值和基础相对倾斜值作出计算时，则可按照《规范》附录六中基础挠度和基础相对倾斜值计算公式，将沉降观测最终结果进行计算。3.4 沉降观测记录整理在每次的沉降观测中，应保持随时的列表记录，在观测之后应进行及时的记录整理，对异常现象及时查明原因，并进行合理的复测和纠正。在核对无误后，即刻通过平差计算，得出各观测点的沉降量和高程值，进而对时间-荷载-沉降曲线图加以绘制。依据沉降曲线图和沉降统计表可对高层建筑的沉降趋势进行预测，从而便于对主管部门的及时反馈，以对施工作出正确指导。通过对沉降观测的结果进行分析，能够对同一地区类似建筑形式的沉降影响因素加以明确，从而便于施工单位对类似工程结果的施工组织设计进行指导，同时也为设计勘查单位提供第一手宝贵资料，便于更完善建筑的设计。由于受施工和生产的影响，观测点和水准点之间的环境往往会发生变化，这就会导致在后期实施观测时，原有的观测点和水准点大多不再通视。比如在第一观测时，基础施工完为施工形象进度，第二次观测时，一层主体施工完为施工形象进度，第二次观测时，工具式脚手架已经完成搭设，若按照原来观测路线实施观测，多出将不可通视。为了避免这一问题对正常沉降观测的影响，在对待具有较多观测点的建筑物时，其应在沉降观测之前针对现场作出精心的规划，预见可能存在的障碍物，以对仪器安装的最佳位置加以确定，之后选定较为稳定的若干沉降观测点位临时水准点，并同水准点构成闭合环路。此外，应相应增加水准点的数量，一般情况下应在3 个以上。3.5 沉降观测管理（1）利用计算机对观测值实施日常管理，并实时对工程结构的内力、变形等数据进行采集，比较每天的管理值和观测值，以明确监测工程安全性同管理制是否差距过大；（2）利用观测结果，通过现状分析和下阶段预测来对设计参数进行推算，以新设计参数为依据进行分析，来对施工阶段的工程结构安全性加以判断，从而对施工阶段结构的内力和变形作出预测；（3）依据预测结构来对沉降观测设计方案进行调整，必要时，应对施工方案加以改变，并进行重新的设计。基于预测结果的调整示意图如图2。图2 基于预测结构的调整示意图4 高层建筑施工中沉降观测信息化应用的要点（1）必须以《规范》要求来对沉降观测点进行严格的设置，做到观测认真、记录仔细、核对谨慎、绘图准确；（2）观测人员、水准尺、仪器保持固定，从而使预测成果准确性得以保障；（3）必须按照规定线路来实施每次观测，观测中避免直射阳光，保证清晰成像，待稳定后即可进行读数和记录；（4）进行雨季前后的观测时，应事先检验水准点标高是否存在变动，当发生变动时，应作出及时调整，从而保证观测不受影响；（5）在每次观测后，应对各观测点的沉降量和标高及时进行计算，分析其正常与否，存在异常时，应对有关部门作出及时的反馈，并实施相应的对策；（6）待工程交付使用后，仍需周期性地对高层建筑实施沉降观测，且应保持施工人员和仪器同施工阶段相同。