沉降观测理论如何运用于某高层建筑安全施工
1沉降观测技术理论
工程建筑物在施工过程中容易产生一定的变形,而产生此变形的原因是一个比较复杂的问题。一般而言,建筑物变形主要由自然条件及变化和建筑物本身的原因所导致。自然条件包括建筑地基的地质问题、水文地质问题、土壤的物理性质以及风力等因素;而建筑物本身原因则包括建筑物的荷重、建筑物的结构与型式,以及在施工当中的一些其他因素。自然条件和建筑物本身因素这两个原因是可以相互作用、相互联系和相互耦合,从而对建筑物的变形起着重要的影响。如建筑物工程的施工,可以改变地面及土壤原有的一些特性,同时对地基施加了一定的外力,必然引起地基与周围地层的一些特性变化;而这些土壤与地基的变化反过来也可以对建筑物本身的负荷及其他特性产生重要的影响[1-2]。高层建筑由于自身重量大,对地基的压力也很大,因此,其沉陷量也随之加大。同时由于在建筑过程中需要使用大量的大型施工设备,也可以影响到建筑物的变形。如果这种变形程度超过一定范围,将危及到建筑物本身的安全,因此在建筑施工和运营期间,必须对它进行严格的监视观测,利用所获得的数据,及时进行反馈和改正,以保证建筑物的安全。而沉降观测技术就是为保证建筑物安全的常用观测指标之一[1-3]。
2沉降观测技术在“世通名城”一期7号楼施工中的具体应用
2·1“世通名城”7号楼观测流程
在进行沉降观测时,需先制定好对该建筑物实施沉降观测的流程图,方便观测人员按照流程图进行建筑物的沉降观测和数据分析,其流程如图1所示。
2·2建筑物观测点设置
按施工方或委托方的要求,选取了要进行观测的位于西宁市城西区的`“世通名城”一期7号楼作为青海大学学报第28卷沉降观测对象。同时获取该建筑物周围地质、地基、水文和风力等相应的信息。根据对该建筑物的设计要求,在施工开始之前,严格按照设计图纸的安排做好沉降观测策划工作和制定沉降观测方案,并布置如图2所示的沉降观测点,适时埋设沉降观测基准点,绘出沉降观测点的平面布置图。
沉降观测点的选择必须设置在最能反映“世通名城”7号楼沉降特征且方便观测的位置或点上;同时要求观测点在纵横向要对称,相邻观测点之间的间距以20 m左右较为合理,应均匀地分布在该7号楼建筑结构周围(图2所示)。另外在装饰施工阶段也要注意保护好这些观测点,以便在该建筑物封顶后的后期阶段继续对该建筑物实施沉降观测。其中表1和表2中所列用于沉降观测的监测点名均以该图(图2)中所标示的位置点来确定。在此基础之上,用直径不小于12 mm的圆钢埋入到相应的观测点处(7-1至7-9),埋入深度要深于12 cm。同时选择至少3个左右的基准点(图1中基准点3号),用于保证沉降观测数据的准确性。
2·3沉降观测及数据获取
在沉降观测期间,必须设定相应的观测周期和时间,严格按照沉降观测平面布置图所设立的监测点名,在施工过程中及时进行观测,获取最新数据,进行统计和分析,并对数据所反映的结果进行反馈[4]。“世通名城”7号楼首次观测期为7d左右,中期为15d左右,该建筑物主体封顶后被确定为每3个月观测一次,一年后每6个月观测一次,直到该建筑物进入沉降稳定期。沉降观测数据必须详细进行记录,尤其是原始数据;同时要标记好观测时间、观测周期、楼层、观测点名、获得本期沉降量及沉降速度等数据。
表1和表2分别是“世通名城”7号楼第10期和第11期沉降观测所获得的数据。表中详细记录了该栋楼2007年7月26日与2007年8月13日两次沉降观测获得的数据。“监测点名”,如7-1或7-9,是对该楼进行沉降观测时,所设置的沉降观测点的点号或点名;而“高程”表示观测点相对于基准点的高差; 上一期与本期观测所得的沉降量之间较差量以“本期沉降”表示(单位:mm);“累计沉降量”表示从第一期观测开始到本期为止累计沉降量的总和(单位:mm);上一期到本期沉降观测点的沉降速度以“mm/d”来表示。
2·4建筑物沉降分析
依据沉降观测所获得数据,可以利用分析软件对其进行分析,绘出其所得的相应曲线或线性图表,根据这些图就可以推测建筑物的沉降趋势,对该建筑物的安全进行评估,同时及时将所得信息和结果反馈给施工方,以保证建筑物的整体安全[5]。将获得的西宁市城西区“世通名城”7号楼的沉降数据利用软件生成沉降速度线组合图及平均沉降过程线图(图3和图4),就可推测和评价该楼的沉降信息及安全状态走势。
通过对“世通名城”7号楼第一期(2007-04-02日开始到2009-09-22日止,共约904 d)到本期所有沉降观测数据进行量化分析,并用图形表示,最后可获得该建筑物建筑过程中沉降量变化的线形图,分别是沉降速度线组合图及平均沉降过程线图 (图3和图4),图3中每根线表示每个沉降观测点在不同时期所得沉降量的数据。由图3可见,在观测初期“世通名城”7号楼建筑物沉降量变化或波动范围较大,尤其在建筑物施工修建的120 d之内沉降量波动相对较大。说明随着建筑物楼层的增高,对建筑物基础的荷载量也随之增大,从而导致该建筑物沉降量波动变化相对较大,如该建筑物沉降量最大到11·85 mm/100 d。随着建筑物施工到后期直至封顶,可从图中看到该建筑物的沉降量变化波动较小,最多到3·47 mm/100 d,说明该建筑物进入平稳沉降阶段。图4中沉降过程线表示,在该建筑物施工过程中,尤其是前半年时期,建筑物沉降量变化较大,此结果反映出该建筑第一阶段的施工期间,随着建筑压力增加,沉降速度变化也较大。随着建筑物施工到后期,沉降回归曲线逐步接近直线。通过对平均沉降过程线进行分析可见,从第16期开始百天沉降速度为0·23 mm,说明该建筑物已进入沉降稳定期。
3结语
高层建筑物的安全是一个重要课题,尤其在西宁这个地质复杂、且因经济社会的发展而大规模进行高层建筑建设的地方,建筑安全更是显得尤其重要。为了保证高层建筑物及其他施工对象在建筑工程中,或者在建筑完毕后的若干年,甚至更长时间段内其安全性,必须采取相应的措施来进行检测,获取数据、分析,同时进行反馈和调整。而沉降观测技术就是该领域中应用极为广泛而又易于实施的重要检测和监测分析手段,通过对西宁城西区高层建筑物“世通名城”7号楼的沉降观测可见, 该技术可以对如下安全状态进行监测:(1)在该建筑物施工过程中建筑物本身的安全,以及周围建筑群或地基的安全性能。(2)在该建筑物封顶后,继续利用沉降观测技术来进行检测、分析和反馈,以此保证建筑物在彻底完工后,是否因为其因高度增加而导致的总体重量增加等引起的各种不安全变化。通过后期的沉降观测来对早期的设计、规划等相关参数进行验证,如果在预期范围之内,则说明建筑物在安全范围之内,否则将采取相关手段进行安全巩固。(3)在建筑物完工后的数年乃至更长时期内,在不同阶段利用沉降观测技术进行观测、检测和分析,以保证随着建筑物周围环境的变化、地下水资源变化、土壤受气候等影响后发生变化对该建筑物安全的影响;通过这种长期不同阶段的沉降观测可以保证对建筑物进行更长时间的(远期)安全性的检测,从而保证建筑物的安全性。