第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 285 Theconstructionspeedandsiteprecipitationhasgreatinfluenceonsubsidencerate.Themeasuredulti matesubsidenceislesthancalcu

Size: px

Start display at page:

Download "第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 285 Theconstructionspeedandsiteprecipitationhasgreatinfluenceonsubsidencerate.Themeasuredulti matesubsidenceislesthancalcu"

累白
5 years ago
Views:

1 第 34 卷第 3 期 2014 年 05 月西安科技大学学报 JOURNALOFXI ANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY Vol.34 No3 May2014 文章编号 : (2014) 高层建筑物地基沉降监测与分析二钱思众, 樊育豪 ( 中煤西安设计工程有限责任公司, 陕西西安 ) 摘要 : 高层建筑在施工期间, 随主体荷载的增加, 势必造成主体不规则下沉, 其局部不均匀沉降可能导致建筑物发生倾斜为了确保建筑物的正常施工及安全使用, 对高层建筑进行沉降监测和变形趋势预测具有重要意义结合某高层住宅的沉降监测实践, 在简要介绍工程概况和场地工程地质条件及水文地质条件的基础上, 叙述了工程监测的具体要求和具体的监测方案, 详细地阐述了沉降监测分析和预测的过程在定期对某高层建筑进行了沉降监测后, 对沉降结果进行了几何分析并绘制了沉降等值线图, 同时利用数据处理分析软件 Origin8.0 对不同观测点沉降量随时间的变化关系进行了多项式拟合并开展了相关预测监测结果表明 : 该建筑物的沉降变形阶段性明显, 沉降速率受施工速度与场地降水影响较大实测最终沉降量小于计算值和经验值, 不均匀沉降变化远小于规范允许的变形值, 说明该建筑的桩基设计方案可行, 施工质量可靠对不同观测点沉降量随时间的变化关系拟合计算结果显示 : 监测结束 1 年内, 建筑物的沉降基本趋于稳定, 沉降变形特征符合一般高层建筑的沉降规律文中所提出的监测方案和监测结果说明该工程沉降监测的设计方案可行监测方法正确, 为类似条件下高层建筑的安全施工与管理提供了重要参考依据关键词 : 高层建筑物 ; 黄土 ; 沉降监测 ; 差异分析 ; 二级水准测量中图分类号 :TU433 文献标示码 :B Monitorandanalysisofgroundsubsidenceforhighrisebuilding QIANSizhong,FANYuhao (Xi andesignengineringco.,ltd.,chinacoalgroup,xi an710054,china) Abstract:Duringhighrisebuildingsconstruction,theincreasingloadingleadstoiregularsubsidenceof mainbuilding.thelocaliregularsubsidencemayresultinleanedbuilding.toensurenormalconstruc tionandsafeuseofbuilding,itissignificanttomonitorsubsidenceandpredictthedeformationtrendof highrisebuilding.combinedwiththepracticeofsubsidencemonitoringforhighrisebuildingandbased onthebriefintroductiontoengineeringoverview,engineeringgeologicalandhydrologicalconditionsof thesite,thespecificrequirementsofengineeringmonitorandmonitoringschemearerelated,aswelas theprocesofmonitor,analyzeandpredictsubsidence.withmonitoringthehighrisebuildingsregular ly,subsidenceresultsshouldbegeometricalanalysisandcontourmapofsubsidenceshouldbeprovided. PolynomialfitingandrelatedmthodsareusedfordiferentsubsidencepredictionwiththetimebyOri gin8.0.monitoringresultsshowsthatthesubsidenceofbuildinghastheobviousgradualcharacteristic. 收稿日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金 ( ) 通讯作者 : 钱思众 (1984-), 男, 陕西西安人, 工程师, @qq.com

2 第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 285 Theconstructionspeedandsiteprecipitationhasgreatinfluenceonsubsidencerate.Themeasuredulti matesubsidenceislesthancalculatedvalueandexperiencevaluewhiletheunevensubsidencechanges arelesthanthealoweddeformationvalueindesignspecification,whichshowsthequalifieddesignand construction.theresultsofpolynomialfitingfrom diferentobservationpointsshowsthatsubsidenceof buildingisstablewithinoneyearandthecharacteristicofsubsidenceiscoincidedwiththegeneralsub sidenceofhighrisebuilding.inthispaper,themonitoringresultsshowthatthedesignofengineering subsidencemonitoringofthesiteisworkableandthemonitoringmethodissuitable.itprovidessignifi cantreferenceforsafetyconstructionandmanagementofhighrisebuilding. Keywords:highrisebuildings;loes;subsidencemonitor;diferenceanalysis;twolevelmeasure 0 引言沉降监测与控制是公路工程铁道工程隧道工程以及工民建工程中确保施工安全与工程质量的重要手段 [1-4] 近年来, 城市中高层建筑日益增多高层建筑在施工期间, 随主体荷载的增加, 势必造成主体不规则下沉, 其局部不均匀沉降可能导致建筑物发生倾斜或裂缝 [5-6] 为了确保建筑物的正常施工安全性及正常使用寿命, 对高层建筑进行沉降监测和变形趋势预测具有重要意义定期对高层建筑进行沉降监测, 对监测成果进行预测分析, 及时发现和查明引起差异沉降的原因, 加强施工过程监控, 进行合理的施工工序指导, 不仅可以确保建筑物的正常施工及安全使用, 还可以为以后的勘察设计建筑设计和施工提供可靠资料宋静辉 [7] (2008) 对某高层建筑的沉降监测结果进行研究表明, 认为沉降观测是建筑物在施工和使用过程中不可或缺的工作, 也是技术资料中不可缺少的内容, 它不仅关系到建筑质量, 而且关系到建筑物的安全, 为建筑物以后的安全运营提供了可靠的依据, 高层建筑物沉降监测是一个包括时间观测点沉降观测资料在内的延续性过程, 永久性基准点的设立对于建筑物今后长期观测的可靠性非常重要张建雄等 [8] (2007) 应用二级水准测量方法定期对某高层建筑进行沉降监测, 对监测成果进行了细致分析, 并用灰色系统理论对沉降趋势进行了预测其监测和预测结果表明, 所建高层建筑沉降规律正常稳定性良好, 从而为类似条件下的高层建筑的安全施工与管理提供了重要参考依据龙永清等 [9] (2007 年 ) 通过对建筑物的沉降数据综合分析, 认为高层建筑物施工期间的下沉是必然的, 桩基基础高层建筑物的监测数据分析可以采用线性回归模型时间序列模型灰色系统模型预测, 灰土地基基础高层建筑物监测数据分析更适合选用时间序列模型同时认为 : 对沉降监测的数据进行几何分析必不可少韩正等 [10] (2009 年 ) 结合某大厦沉降观测的工作实践, 介绍了沉降观测的步骤, 利用 ArcView 生成等沉降等值曲线图, 给施工提供了准确翔实的沉降数据文中结合某高层住宅的沉降监测实践, 在简要阐述工程概况的基础上, 叙述了相关工程的监测要求和监测方法, 具体阐述了沉降监测分析和预测的过程, 对沉降结果进行了几何分析并绘制了沉降等值线图, 同时利用 Origin8.0 对不同观测点沉降量随时间的变化关系进行了多项式拟合并开展相关预测 [11-14] 结果表明, 不均匀沉降变化小于规范允许的变形值, 沉降速率受施工速度与场地降水影响较大沉降变形特征符合一般高层建筑的沉降规律该工程沉降监测的设计方案可行监测方法正确为类似条件下的高层建筑的安全施工与管理提供了参考依据 1 工程概况与监测要求 1.1 工程概况位于西安市雁塔路北段的某高层建筑物科研楼, 占地面积 44.0m 21.0m, 地上 22 层, 地下 2 层, 建筑物高度 74.8m, 采用剪力墙结构, 地基处理均采用钻孔灌注桩建筑物场地的东侧和南侧均与街道相连 ; 北侧有多层建筑物与之相邻, 西侧紧邻随后开工的高层建筑物 ( 图 1) 建设场地为拆除原有低矮建筑而重建, 故场地较平坦, 相对高差约 1.4m. 地貌单元属黄土梁洼区的黄土洼地上覆地层主要为上更新统的黄土古土壤, 下伏地层主要为中更新统的粉质粘土和砂土, 各土层的厚度变化重度及地基承载力特征值等参数见表 1.

3 286 西安科技大学学报 2014 年表 1 场地地层主要物理力学指标 Tab.1 Mainphysicalmechanicalindexforinsitustratra 地层编号岩土名称厚度 /m 颜色状态重度 /(kn m -3 ) q c /kpa f s /kpa f ak /kpa 1 杂填土 1.60~5.00 黄褐色可塑黄土 0.90~4.70 褐黄色可塑黄土 5.40~8.50 黄褐色可塑古土壤 2.30~4.90 红褐色可塑粉质粘土 10.30~14.60 褐黄色可塑中砂 1.50 灰白色中密中砂 0.50~2.00 灰白色密实粉质粘土 9.30~11.30 褐黄色可塑中砂 3.30 灰白色密实从 2008 年 6 月 3 日至 2012 年 5 月 10 日, 历时 4 %&' a, 共进行了 30 次 2 沉降计算与监测成果分析!"#$ # 图 1 科研楼平面位置图 Fig.1 Planelocationofascientificresearchbuildin 场地地下水水位埋深 6.5~8.3m, 属潜水类型, 水位年变化幅度为 1.0~2.0m. 设计基坑深度 9.7~12.0m, 所以在基坑开挖及桩基施工前, 对场地进行了降水 1.2 沉降监测方法沉降监测使用威特 NA2 型自动安平精密水准仪和刻有基辅分划的铟钢水准标尺进行沉降监测高程控制网在沉降影响区域外设 3 个基准点, 组成基准网基准点按照二级水准测量的要求进行作业根据相关规范要求, 观测点在 2 栋高层建筑的大转角及沿外墙每 10~15m 或每隔 2~3 根柱基础上布设 [10] 本次监测共布置 6 个观测点, 具体位置见图 1. 观测点用三等水准测量方法进行沉降监测数据采集作业中遵从三等水准测量精度要求沉降监测均在建筑物基础底部施工完成后开始, 每增高 1 层观测一次 ; 封顶后, 每 3 个月观测一次, 直至最后 100d 的沉降速率小于 0.01~0.04 mm/d, 可认为已进入稳定阶段 [4] 本次沉降观测 2.1 沉降值计算与对比 [11] 监测前, 采用单向压缩分层总和法对拟监测建筑的群桩沉降进行了计算, 分层总和法预测最终沉降量 40~52mm. 同时采用类比法, 参考西安同类场地相似工程的桩基沉降观测资料, 推算其最终沉降量预测不超过 30mm [12] 监测结果表明 : 本次沉降监测最终累计下沉降量为 15.4~ 16.4mm, 平均 15.73mm. 实际沉降量远小于分层总和法和类比法计算值 2.2 沉降监测成果分析沉降量随时间变化的关系曲线如图 2 所示从沉降曲线看, 该建筑物的沉降变形可分为 7 个阶段第 1 阶段 (2008 年 6 月 3 日 ~2008 年 8 月 7 日 ) 主体施工从正负零至第 5 层, 沉降曲线走势基本一致, 沉降速率平均值 0.01mm/d, 沉降速率较小第 2 阶段 (2008 年 8 月 7 日 ~2008 年 11 月 10 日 ) 主体施工从第 5 层至第 17 层, 沉降速率从约开始的第 1 阶段的 0.01mm/d 增大至 0.07 mm/d 后减缓至约 0~03mm/d. 沉降速率变化的主要原因是施工进度不同所造成的竖直方向荷载施加速度的不同第 3 阶段 (2008 年 11 月 10 日 ~2008 年 12 月 8 日 ) 主体施工从第 17 层至主体封顶, 沉降速率再次增至约 0.07mm/d, 分析其原因 :1 是施工进度加快 ;2 是该楼西侧的相邻施工建筑基坑开挖, 并采用井点降水的方法降低地下水位, 使地基饱和土中的空隙水渗透流出, 从而减少了水对上部荷载的浮托应力, 致使地基土固结变形, 从而使得沉

4 第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 287!" 降量, 沉降速率再次增大第 4 阶段 (2008 年 12 月 8 日 ~2009 年 3 月 8 日 ) 主体封顶至住宅楼停止降水, 沉降速率为 -0.01mm/d, 产生回弹的原因是科研楼主体荷载不再增加的同时住宅楼桩基施工结束停止降水, 地下水位上升, 水的浮力再次起到作用, 使地基上部荷载减小而产生回弹第 5 阶段 (2009 年 3 月 8 日 ~2009 年 9 月 16 日 ) 住宅楼停止降水至装修前, 沉降速率 0.01 mm/d, 主体荷载不再增加, 住宅楼降水结束, 回弹停止, 沉降在本阶段整体趋于稳定第 6 阶段 (2009 年 9 月 16 日 ~2010 年 5 月 26 日 ) 开始装修至装修结束, 荷载增加约主体全部荷载的 20%, 使装修初期沉降速率加快 0.03 mm/d 而随着加载完成沉降速率减小到 0.01mm/d, 趋于稳定, 分析其原因是荷载增加, 改变了原有地基土的受力条件, 进而沉降量沉降速率初期均变化较大当加载完成后, 沉降速率趋于稳定第 7 阶段 (2010 年 5 月 26 日 ~2012 年 5 月 10 日 ) 装修结束至竣工验收, 荷载不再增加, 沉降速率 0.002mm/d, 沉降量较小速率较慢, 建筑物沉降趋于稳定 2.3 沉降等值线分析为便于对比分析, 根据各观测点的累计沉降量数值, 做出 2 栋高层建筑物的沉降量等值线见图 3. 从图 3 可知, 沉降等值线的展开是以建筑物中心向两侧渐次展开, 形成等沉降闭合曲线, 反应了基底应力迭加部分的沉降量最大, 两侧较小, 曲线展开形状与基础形状有关 [6] 2.4 沉降速率分析沉降速率在主体结构封顶时达到最大值为 0.076mm/d, 在加载完成后 18 个月趋于稳定 ( 图 2 时间荷载各点沉降量关系曲线图 Fig.2 Relationcurvesoftimeloadeachpoint ssubsidence!"# 图 3 沉降量等值线图 Fig.3 Isolineofsubsidence 0.02mm/d), 不同观测点的沉降速率基本一致, 说明该建筑已进入沉降稳定阶段, 达到设计及规范要求沉降速率曲线的变化符合之前分析的结果, 沉降速率历时变化曲线如图 4 所示图 4 沉降速率历时变化曲线图 Fig.4 Changecurveofsubsidenceratewithtime 2.5 不均匀沉降根据建筑地基基础设计规范 (GB ) 第条的规定, 高层建筑的整体倾斜值不得大于利用沉降曲线计算出因地基不均匀沉降引起的建筑物倾斜值 :q=(h m -H n )/

5 288 西安科技大学学报 2014 年 L mn,h m H n 分别为 m,n 点的总沉降量,L mn 为 m,n 点的距离表 2 倾斜值计算结果表 Tab.2 Computationresultsoftilt 编号 K 1 -K 6 K 2 -K 5 K 3 -K 4 K 1 -K 3 K 4 -K 6 倾斜值由表 2 中数据可以看出, 由不均匀沉降引起的倾斜值的最大值为 , 在要求范围之内, 且远小于规范要求 3 沉降预测利用数据处理分析软件 Origin8.0 对图 2 中不同观测点沉降量随时间的变化关系进行了多项式拟合, 拟合结果如图 5 所示根据图 5 拟合所得公式可对监测的沉降量进行预测, 利用拟合公式分别计算出相邻观测点 K 5 及 K 6 在对应观测时间时的的沉降量差值, 其结果见表 3. K 1 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x K 2 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x K 3 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x K 4 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x K 5 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x K 6 :y= e-17x E-13x E-10x E-07x x x 图 5 拟合结果图 Fig.5 Fitingresults 表 3 沉降差计算结果表 Tab.3 Computationresultsofsubsidencediference 观测时间 /d K 6 与 K 5 沉降差 /mm 通过表 3 中预测结果可看出, 在距监测结束近 1 年时间内,K 5 及 K 6 两相邻观测点沉降量的差值始终保持在一段很小范围之内, 从而可看出在这段时间内建筑物的沉降已基本趋于稳定, 可说明本次高层建筑的沉降变形特征符合一般高层建筑的沉降规律 4 结论 1) 根据对某高层建筑的沉降监测与分析, 得到了较丰富而全面的沉降监测资料, 为类似高层建筑的建设施工和安全管理提供了重要的参考依据此次沉降监测的实践表明, 该工程沉降监测的设计方案可行监测方法正确 2) 实测最终沉降量均小于计算值和经验值, 不均匀沉降变化均小于规范允许的变形值, 说明该建筑的桩基设计方案可行, 施工质量可靠 3) 监测结果表明, 沉降阶段性明显沉降速率受施工速度与场地降水影响较大, 沉降速率在主体结构封顶时达到最大值为 0.076mm/d. 封顶后, 沉降逐渐趋于稳定, 施工结束后, 平均沉降基本处于稳定期本次高层建筑的沉降变形特征符合一般高层建筑的沉降规律参考文献 References [1] 马南飞. 高速公路软土路基沉降规律监测及 FLAC 模拟 [J]. 西安科技大学学报,2007(2): MANanfei.MonitoringandFLACsimulatingonsetle mentlawsofsoftsoilroadbedofhighway[j].journalof

6 第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 289 Xi anuniversityofscienceandtechnology,2007(2): [2] 姚顽强, 马飞, 龚云, 等. 基于 DInSAR 的彬长矿区沉陷变形监测 [J]. 西安科技大学学报,2011(5): YAOWanqiang,MA Fei,GONG Yun,etal.Binchang miningsubsidencedeformationmonitoringbasedond InSAR[J].JournalofXi anuniversityofscienceand Technology,2011(5): [3] 靳猛. 郑西客专新临潼车站路基桩板结构沉降控制技术研究 [J]. 西安科技大学学报,2012(3): JINMeng.Subgradpileslabstructuresetlementcontrol technologyfornewlintongstationofzhengzhouxi an pasengerrailway[j].journalofxi anuniversityofsci enceandtechnology,2012(3): [4] 李庆园, 任建喜, 刘慧, 等. 软土路基变形规律现场监测及 FLAC 模拟研究 [J]. 西安科技大学学报,2009 (6): LIQingyuan,RENJianxi,LIUHui,etal.Insitumoni toringandflacsimulationofsoftsoilroadbeddeforma tionlaw[j].journalofxi anuniversityofscienceand Technology,2009(6): [5] 宋静辉. 某建筑物的沉降观测及分析 [J]. 科技信息 : 学术研究,2008(34): SONGJinghui.Setlementobservationandanalysisofa building[j].scienceandtechnologyinformation:aca demicresearch,2008(34): [6] 冯云德. 建筑物沉降观测技术方法探讨 [J]. 北京测绘,2009(4): FENGYunde.Discusoftechnicalmethodsofbuildings setlementobservation[j].beijingsurveyingandmap ping,2009(4): [7] 徐建云, 喻乐华, 杨建平, 等. 某标段公路软土地基沉降观测及处置 [J]. 华东交通大学学报,2009(6):1-5. XUJianyun,YULehua,YANGJianping,etal.Obser vationanddisposalofsoftgroundsetlementinabidsec tionofhighway[j].journalofeastchinajiaotonguni versity,2009(6):1-5. [8] 张健雄, 蒋金豹, 张建霞. 高层建筑沉降监测与灰色预测 [J]. 测绘科学,2007,32(4): ZHANG Jianxiong,JIANG Jinbao,ZHANG Jianxia. Subsidencemonitoringandgreyforecastingforhighlay ersbuildings[j].scienceofsurveyingandmapping, 2007,32(4): [9] 龙永清, 吴琳, 陈建兵, 等. 高层建筑物沉降监测数据综合分析的几种方法 [J]. 西北大学学报 : 自然科学版,2007,37(4): LONGYongqing,WULin,CHENJianbing,etal.Meth odsforanalyzingmeasureddataofthehighrisebuilding [J].JournalofNorthwestUniversity:NaturalScienceE dition,2007,37(4): [10] 韩正, 杜海霞, 龙飞, 等. 高层建筑沉降观测及其数据分析 [J]. 城市勘测,2009(1): HANZheng,DU HaiXia,LONG Fei,etal.Setlement observationanddataanalyseofhighrisebuildings[j]. UrbanGeotechnicalInvestigation& Surveying,2009(1): [11] 王正帅, 邓喀中. 概率积分法沉陷预计的边缘修正模型 [J]. 西安科技大学学报,2012(4): WANG Zhengshuai,DENG Kazhong.Edgeamended modelofprobabilityintegralmethodforsubsidencepre diction[j].journalofxi anuniversityofscienceand Technology,2012(4): [12] 冯超. 地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律研究 [D]. 西安 : 西安科技大学,2010. FENG Chao.Studyonthegroundsurfacedeformation lawsinducedbymetroshieldtunnelconstruction[d]. Xi an:xi anuniversityofscienceandtechnology, [13] 周焕云, 黄晓明. 高速公路软土地基沉降预测方法综述 [J]. 交通运输工程学报,2002(4):7-10. ZHOUHuanyun,HUANGXiaoming.Summaryoffore castingmethodsofexpreswaysetlementonsoftground [J].JournalofTraficandTransportationEngineering, 2002(4):7-10. [14] 中华人民共和国建设部.JGJ 建筑变形测量规范 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,2007. ConstructionMinistryofP.RofChina.JGJ The codefordeformationmeasurementofbuildingandstrue ture[s].beijing:chinaconstruction IndustryPres, [15] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 建筑地基基础设计规范 [S]. 北京 : 中国建筑工业出版社,2011. HousingandUrbanConstructionMinistryofP.RofChi na.gb codefordesignofbuildingfounda tion[s].beijing:chinaconstruction IndustryPres, [16] 董转运, 任澍华, 石小燕, 等. 差异地基条件下采用 CFG 桩控制高层建筑地基差异沉降的实例 [J]. 陕西建筑,2010(1): DONGZhuanyun,REN Shuhua,SHIXiaoyan,etal. Diferentialsetlementinstanceaboutthecontrolofhigh risebuildingfoundationwithcfgpileunderthecondi tionofdiferentfoundation[j].shaanxiarchitecture, 2010(1):64-68.

第 3 期 钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 285 Theconstructionspeedandsiteprecipitationhasgreatinfluenceonsubsidencerate.Themeasuredulti matesubsidenceislesthancalcu

第 3 期钱思众等 : 高层建筑物地基沉降监测与分析 285 Theconstructionspeedandsiteprecipitationhasgreatinfluenceonsubsidencerate.Themeasuredulti matesubsidenceislesthancalcu