建筑沉降监测与分析

建筑沉降监测与分析

国海峰

（海伦市土地勘测技术服务中心，152300）

【摘要】介绍了某高层建筑沉降监测技术方案和数据处理方法，总结了该建筑沉降变化规律，分析了产生沉降变形的原因，进行了沉降预报，提出了治理方案。该方案对其它建（构）筑物的沉降监测、建筑设计、施工与管理有一定的参考价值。

【关键词】高层建筑；沉降监测；沉降分析法；基础沉降；沉降预报；

随着经济建设的高速发展,城市人口的迅速增长,土地资源利用愈来愈紧张,城市建筑向纵身发展。由于荷载及基础等多方面原因,建筑物沉降及变形愈来愈引起相关人们的关注。为了及时提供城市高耸建筑物的监测资料,掌握建筑物动态变形,确保建筑物安全使用,必须实施建筑物沉降监测、数据处理、变形分析、总结及预测预报,然而,这是有一定难度且非常复杂的过程,为了适应城市建设和发展需要、提供更好的咨询和服务、提高自动化、现代化程度,设计开发沉降监测分析系统十分必要。

1．沉降产生的原因机制

我们知道，建筑物的全部荷载都由它下面的地基来承担，地基有岩基和土基之分。对于岩基，虽然种类繁多，但一般除了它们的风化层和尚未完全固结硬化的软岩之外，通常都能作为建筑物的地基，而土基的土是由固体颗粒、液体、气体混合成的三相体，其工程地质性质可以相差很大。对于高层建筑而言，对地基土要求比较高，不只限于要求地基土有较高的承载力和较少的沉降量，更重要的是要对地基土的性状应充分了解和通过勘探进行必要的研究，以便对地基土作出正确的评价，提出基础类型等。

由于建筑物的建造，使地基中原有的应力状态发生变化而产生变形，表现为地基沉降。因此，对于高层建筑而言，对地基强度有一定的要求。而地基强度与地基承载力等因素有关，地基承载力一方面取决于地基土的性质和形成条件，包括土的成层特点、均匀性、组合情况、荷载历史、地下水水位变化、地层遭受切割和破坏状况（如场地地震效应）等，都是影响承载力大小的重要因素。另一方面取决于基础类型、宽度、埋深等；建筑物的类型、平面和立面；荷载性质、大小及分布；上部结构对地基不均匀沉降的抵抗能力等；施工方法特别是加荷速率对承载力的影响很大等。可见，确定地基承载力是一个比较复杂的问题，必须综合考虑各种因素。而当地基承载力的设计计算数据与实际情况不相符，就会产生建筑物不均匀沉降，影响建筑物的使用。特别是当建筑物荷载过大，超过地基土所能承受的能力，发生剪切破坏，将给建筑物安全带来隐患和危害。

外界条件（如地下水位、地基土壤温度变化等）是产生建筑物沉降的另一个主要原因之一。当气象条件发生改变时，它可能表现为地基土壤在冻结时隆起和在解冻时下陷，由于受降水浸湿使地基土壤膨胀和软化以及阳光辐射和风的影响使地基土壤干燥等。

2．系统设计

系统利用最先进的组件式GIS思想，采用面向对象的技术，在实现系统三维可视化功能的同时，达到沉降监测数据分析预测的目的系统开发的目的是为日益累加的复杂而庞大的沉降资料进行有效管理，并为准确分析提供尽量多的辅助资料。

3．数据库设计

沉降监测数据库是系统完成变形分析和预测的基础，沉降监测数据直接反映建筑物的变形与受力情况，但是对于其作用机制与变化规律的分析，必须结合施工工况建筑物设计参数沉降点布置与沉降预测

沉降预测分析是沉降监测不可缺少的组成部分,在高层建筑施工期间和竣工以后,会多次进行这项工作。建筑物主体在封顶竣工以后,还要对建筑物为期2-3年的监测,其目的是为了预测建筑物的沉降趋势,以便正确对工程状态和质量作出评价,而灰色系统理论是进行沉降预测的有效方法。

沉降量随观测时间变化等工程数据进行，因此沉降数据库应包含以下几个部分：

（1）建筑物数据

建筑物数据是指建筑物设计参数，主要包括建筑物名称结构类型基础类型楼高等基本信息这些信息都是预测分析的参数每一幢建筑根据其编号与它的沉降观测点一一对应。

（2）沉降数据

沉降数据包括沉降观测网数据观测周期数据和沉降量数据沉降观测网数据主要描述测点信息，包含位置等基本信息，每一个测点根据其名称与后者一一对应观测周期数据记录了每次观测时的时间施工工况沉降量数据是指单个测点在每个周期的量测数据。

4．建筑沉降分析系统ST3.0主要功能

ST3.0是一套变形观测内业数据处理软件,把外业观测数据按要求输入到计算机内,便可快速准确地生成各种图表及进行回归分析，其主要功能如下:

（1）自动绘制各种图形:绘制沉降过程线图、绘制沉降差过程线图、荷载变化曲线、等沉降曲线图、沉降展开图、工程总平面图、沉降点位略图、绘制沉降过程回归分析曲线图、绘制沉降差过程回归分析曲线图。

（2）进行各种沉降分析:沉降数据统计分析(高程、沉降量、沉降差、沉降速率、斜率等)、沉降过程回归分析(15种回归分析函数、预测)。

（3）生成各种报表:基准点高程成果表、沉降点高程成果表、沉降观测表、沉降观测记录表C4–4、沉降监测成果表沉降数据汇总表自动生成沉降数据统计报表、自动生成沉降观测分析报告。

（4）另外具有各种沉降极值查询、图形直接打印、图形以位图文件和Dxf文件格式存储及累计沉降量、不均匀沉降量达到限值自动报警及保密功能。

5．沉降预测

沉降预测是根据各期的地面沉降监测数据结合综合复测的结果,应用数理统计理论,对监测数据进行分析、判断,找出地面的沉降规律,最后根据其规律预测以后的发展趋势。

沉降预测的基本思路:将地面沉降监测数据作为样本数据建立地面沉降预测模型,再根据模型预测以后的地面沉降,也就是说预测值与实测值拟合度的高低取决于预测模型的选取是否合适。目前地面沉降的预测模型主要有一元线性回归模型、等间距灰色系统模型和任意间距灰色系统模型等,限于篇幅,本文只阐述任意间距灰色系统模型。

结束语

系统主要具有以下特点:功能齐全，将监测数据计算数据管理图形分析与分析预测功能三者完整集成;具有多种数据分析预测功能;提供多种实用工具，如报表自动生成统计图形绘制数据预测分析并可以实现数据库与文本之间的转化采用ArcEngine技术，开发灵活本系统在现场应用中的突出特点是将原来需要几天或更长时间的监测数据计算处理分析和报表制作缩短到十几分钟，提高了监测工作效率和信息反馈的速度，另一方面将沉降监测数据以三维模拟形式表现出来，可以更加生动直观地分析数据。

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