浅谈高层建筑物变形观测方案的实施

　　浅摘要：本文以百合塔的沉降观测及倾斜观测为例，简述了高层建筑物变形观测的实施方法及注意事项，供大家在实践中参考。
　　关键词：高层建筑物、变形观测、实施
　　
　　一、 高层建筑物变形观测的意义
　　随着城市建设的高速发展，城市建筑逐渐向高层发展，由于荷载及基础等多方面原因，建筑物沉降及变形越来越引起人们的关注。因而及时地对建(构)筑物进行变形观测，掌握变形规律，以便及时采取相应措施是非常必要的。同时也为检验设计的合理性、为提高设计质量提供科学的依据。本文以沈阳市植物园内百合塔为例，阐述建筑物变形观测的实施方案，以供大家参考。
　　二、 工程概况及变形观测目的
　　百合塔是世园会中的标志性建筑，位于沈阳市植物园，整个塔高127米，塔身为钢混结构，塔的截面为椭圆形。该塔属高层建筑，为了掌握该塔主体在建设中的变形问题，应对其进行变形观测。变形观测分为沉降观测和倾斜观测。对于高层建筑物，逐层荷载的增加和基础底层不确定性会产生的沉降和倾斜现象，通过变形监测，可以在建设过程中监测塔身的垂直度以及沉降大小。及时发现对建筑物的有害沉降和倾斜，指导施工工序，以及竣工后的观测数据可对其稳定性情况做结论。基础设计情况及施工过程中的不确定因素，地质条件的局部变化对基础稳定的影响等，都可以通过变形观测进行最终的检验。
　　三、变形观测的技术依据及要求
　　1． 执行国家行业标准：
　　《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97
　　《城市测量规范》CJJ8-99
　　《建筑地基基础技术规范》DB21-907-96
　　2． 观测的周期
　　建设阶段：根据测量规程规定，民用建筑的变形观测周期为：自基础施工以后，每加5米（或1~3层）进行观测一次。施工中，如果中途停工时间较长，应在停工时和复工前进行观测，主体荷载不再增加后（主体封顶），按变形量的大小，定期进行观测，一般为1~3个月观测一次，观测至主体封顶后约2年，如建筑物仍未变形稳定，仍须观测至稳定为止。测量期间可根据已测出的成果适当调整观测周期，如变形速度过快，可增加观测次数。
　　四、 点位布设方案
　　点位布设分为基准点布设及观测点布设
　　1. 基准点布设
　　基准点是变形观测中的高稳定性的点，它必须在整个变形观测中保持稳定，不被破坏。考虑到沉降和倾斜基准点埋设深度都应超过最大冻土线0.5米,沉降基准点和倾斜基准点布设成一体。基准点在布设时为了相互校核，以及防止由于某个基准点高程变动造成差错，布设了4个。并考虑了以下因素：
　　(1)由于观测精度较高，布设成网型、测站数最少的观测环线；
　　(2)基准点布设在了明显且通视良好、接近建筑物的轴线、保证安全的地方；
　　(3)考虑到基准点的稳定情况，布设在离建筑物最高点的1.5倍距离以外，避开了下沉范围；
　　(4)按规程规定，基准点应超过本地最大冻土线以下0.5米。沈阳地区冻土线约为1.2米，本工程基准点位于地面以下埋深为1.8米，形成永久性观测墩。观测墩上表面预埋仪器连接盘，尺寸为200×200×10mm的正方形。
　　2.观测点的布设
　　观测点布设在建筑物上，用来测量其变形量，布设位置应能反映建筑物的变形的情况，点的位置数量应根据地质情况、支护结构形式、基坑周边环境和建（构）筑物荷载情况而定。布设时考虑了以下因素：
　　(1) 布设在建筑物变形变化显著的地方，并要考虑施工期间乃至使用后仍能顺利
　　进行观测的地方；
　　(2) 在基础形式不同时，在各种形式变化的基础上埋设观测点；本次沉降观测点在百合塔身上布设了4个点，在后浇带另一侧布设了5个点，以观察塔身与后浇带另一侧的沉降差，为何时封后浇带提供参考。倾斜观测点使用激光测距棱镜，埋设在塔身高低两个水平上，在80米的环梁上设置4个，再10米环梁左右设置4个，由于倾斜观测欲采用距离和角度两种方案进行，在埋设棱镜的地方又粘贴激光反射贴片，为测量角度使用。
　　五、变形观测方法
　　1.使用的仪器
　　由于本次变形观测执行国家行业标准《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97中的有关规定。沉降观测等级为二级，水准测量等级定为国家二等。沉降观测必须使用精密水准仪和精密水准尺。倾斜观测应使用高精度全站仪。本工程沉降观测采用高精度电子水准仪（DINI12）及受温度影响微小，线膨胀系数接近0的精密铟钢条码尺；倾斜观测采用美国天宝高精度全站仪，可激光投点自动调焦，大大提高了工作效率。
　　
　　2.观测方法
　　对于沉降观测，使用精密水准仪，对基准点和建筑物上的观测点之间进行定期水准测量，测出建筑物上观测点的高程，从而计算出其下沉量。基准点是变形观测中的高程控制点，每次观测应检查有无变动，观测时按照精密水准测量（二等水准测量）的技术要求进行。
　　对于倾斜观测，使用全站仪，在观测墩上观测其垂直度和倾斜变形值。观测距离和角度两种数据来反映变形值。
　　现以对百合塔倾斜观测为例,说明倾斜观测方法。如图所示,在离塔1.5H(H为塔高度)远的地方选择两测站A、B,且要求AO1尽可能垂直BO1(O1为塔底中心).先置经纬仪与A站,以A1起始方向,用方向观测法观测分别与塔底部和顶部相切并且等高之点1、2与3、4，然后记下水平度盘读数a1、a2、a3、a4则∠1A2与∠3A4之分角线间的夹角δA为：
　　δA=[(a1+a2)-(a3+a4)]/2
　　同法在B站，通过观测可得∠5B6和∠7B8之分角线间夹角δB为：
　　δB=[(a5+a6)-(a7+a8)]/2
　　塔顶部中心o2点对O1点的倾斜位移分量则为：
　　eA=[δA（LA+R）]/ρ
　　eB=[δB（LB+R）]/ρ
　　式中LA、LB——分别为A与B到塔底座外墙的最短距离；
　　R——为塔底座半径；
　　ρ=206265″。
　　故O2对O1的总倾斜位移量（偏心距）e为：
　　e=（eA2+eB2）1/2
　　当塔高度为H时，则烟囱斜度i 为：
　　i=e/H
　　若以AO1为基准方向，则e的倾斜方向角α为：α=tg-1(eA/eB)
　　
　　                 
　 　　　　
　　                                                                  图1观测点布置图
　　
　　六、成果整理及观测注意事项
　　1.观测成果整理
　　对于沉降观测，第一次观测后，经过计算，给各个沉降观测点赋予了一个起始值(相当于一个基准)，在以后每次观测结束后，都可以根据基准点高程算出各观测点高程同时应检查手簿中的数据和计算是否合理、正确、精度是否合格等。然后把历次各个观测点的高程列入成果表中，计算两次观测之间的变形量和累计变形量，并注明观测日期和载荷情况。为清楚的表达变形、载荷、时间的关系，还要画出每一观测点的时间和变形的关系曲线图。
　　对于倾斜观测，每次根据所有观测的角度等数据绘制建筑物上下中点的投影图，得到倾斜变形值。
　　2.观测注意事项
　　2.1建筑物的变形观测是一项较长期系统的观测工作，为了保证获得资料的正确性应尽可能地采取四固定的方法：即固定观测人员，固定仪器及水准尺，固定水准基点及观测点，固定路线及施测方法。
　　2.2观测时间应尽可能选在早、晚进行，以避免大气折光对观测值的影响。
　　2.3观测应在成像清晰、稳定时进行；仪器前、后视水准尺的距离用尺量或用视距法测量，前后视距应尽量相等；前后视观测最好用同一根水准尺。
　　
　　参考文献：
　　1. JGJ/T8-97建筑测量变形规范[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.
　　2. CJJ8-99城市测量规范[S].北京:中国建筑工业出版社，1999.
　　3. 周国中，文爱强.建筑物沉降观测实例[J].矿山测量.2006.06