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摘要：随着国民经济的快速发展，城市人口日趋密集，土地已经成为宝贵的资源，合理有效的利用土地是人类和城市发展的基础，高层、超高层建筑的崛起不但是节约土地合理利用空间的有效途径，而且高层建筑的多少已经成为城市繁荣、国家发展、社会进步的重要标志。然而这些巍然耸立的高层建筑，它的地基与基础承载能力如何？它的变形情况如何？是否安全可靠？带着这些疑问，我们就有必要对高层建筑物的变形情况进行监测，本文就沉降观测法在高层建筑物变形监测中的应用做一些探讨。
关键词：沉降观测法 高层建筑 变形监测
中图分类号：TF351文献标识码： A 文章编号：
前言
随着国民经济的快速发展，城市人口日趋密集，土地已经成为宝贵的资源，合理有效的利用土地是人类和城市发展的基础，高层、超高层建筑的崛起不但是节约土地合理利用空间的有效途径，而且高层建筑的多少已经成为城市繁荣、国家发展、社会进步的重要标志。然而这些巍然耸立的高层建筑，它的地基与基础承载能力如何？它的变形情况如何？是否安全可靠？带着这些疑问，我们就有必要对高层建筑物的变形情况进行监测，本文就沉降观测法在高层建筑物变形监测中的应用做一些探讨。
高层建筑物变形的原因
高层建筑物发生变形的原因主要有两方面，一是自然条件及其变化，即高层建筑物地基的工程地质，水文地质及土壤的物理性质等；二是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重，高层建筑物的结构，型式及动荷载（如风力、震动等）。此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理等方面工作做得不合理也会引起建筑物产生变形。针对以上各种变形产生的原因，沉降观测法可以根据变形产生的原因而做出正确、有效的监测。高层建筑沉降观测是根据水准基点定期测出设置在变形体上的变形点的高程变化值。
二、合理布置水准基点和沉降观测点
1、水准基点的布置
水准基点是垂直位移观测的基准，因此，水准基点应设在建筑物变形影响范围之外，距变形观测点20～100m之间，保证稳固不变，并永久保存，不受施工影响的安全地点。高层建筑沉降观测的每一区域，必须有足够数量的水准点，按《工程测量规范》（GB50026-93）规定并不得少于3个。水准点帽头宜用铜或不锈钢制成，如用普通钢代替，应注意防锈。水准点埋设须在基坑开挖前15天完成。水准基点可按实际要求，采用深埋式和浅埋式两种，但每一观测区域内，至少应设置一个深埋式水准点。
2、沉降观测点的布置
沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图，以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之间要建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。
高层建筑物应沿其周围每隔10～20m设置一点。如2011年1月南宁某工程建设的33层，框架结构，分析其各种实际情况，根据其地质、支护及周围环境，每幢楼布置沉降观测点9个。观测点应埋设稳固、不受破坏且能长期保存。点的高度，在朝向要便于垂直立尺观测。观测点的埋设形式应根据建（构）筑物结构、形式而设置，一般有以下几种形式，角钢埋设观测点、设备基础观测点、永久性观测点 。
沉降观测点应有良好的通视条件，观测点的布置，应按能全面查明建筑物和构筑物基础沉降的要求，由设计单位根据地基的工程地质资料及建筑结构的特点确定。框架式结构的建筑物，应在每一个桩基或部分桩基上安设观测点。具有浮筏基础或箱式基础的高层建筑，观测点应沿纵、横轴和基础（或接近基础的结构部分）周边设置。新建与原有建筑物的连接处两边，都应设置观测点。沉降观测点平面布置图的比例一般为1：100至1：500。所有观测点应有编号，以便观测记录。
除了沉降观测点数量、位置、形式的确定外，其标志选用也是一个重要内容，观测点的标志一般用圆钢φ20～25mm，角钢φ30×30mm制成，为了不影响建筑物外表的美观，并起装饰作用时，可用有色金属制成，而且观测标志应在建筑物施工的同时安在建筑物的基础上墙上或地下室、的适当位置 为便于立尺观测，观测标志应离开墙面和地面一定距离，标志埋入墙体内的尺寸应大于外露尺寸的三倍。
3、沉降观测精度要求及观测方法
沉降观测就是根据水准基点定期进行水准测量，测量出建筑物上观测点的高程，从而计算其下沉量。对于高层建筑沉降观测，通常采用精密水准仪，按国家二等水准测量的要求进行施测，将各观测点布设成闭合或附合水准路线联测到水准基点上。根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在没有特别要求的情况下，在一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下：
第一，往返较差、附和或环线闭合差：△h=∑a-∑b≤1.0，n表示测站数；
第二，前后视距≤30m；
第三，前后视距差≤1.0m；
第四，前后视距累积差≤3.0m；
第五，沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。
观测时，应在成像清晰、稳定的时间内进行，同时应尽量不转站，视线长度应小于50m。前、后视距离应保持相等。为了提高精度，采取固定人员、固定仪器和固定施测路线的“三固定”方法。
4、沉降观测的周期
沉降观测的周期应能反映出建筑物的沉降变形规律，建筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，从而使整个观测得不到完整的观测结果。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的)，待临时观测点稳固好，方可进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次，比较观测结果，若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时，我们即可认为首次观测的数据是可靠的。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测，直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500mm)，然后每施工一層就复测一次，直至竣工。
5、沉降观测资料整理
观测工作结束后，应及时检查和整理外业观测手薄，确认无误后再进行内业计算。内业计算位移量的数值取位，如依照一、二等水准测量的要求施测则取到0.10mm；如依照三、四等水位准测量的要求施测则取到 。内业数据处理的方法有经典法严密平差和采用自由网平差时的统计检验方法，以及经典法和统计检验相结合的方法。
第一次观测后，经过计算，就对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，然后分别计算各观测点相邻两次观测的沉降量（本次观测高程减去上次观测高程）和累积沉降量（本次观测高程减去第一次观测的起始值）并将计算结果记录到沉降量观测记录表中。表中应该包括观测次数、观测时间、高程、本次下沉、累计下沉、高程、施工进度、荷载等必要信息。
为了更形象地表示沉降、荷重、时间之间的关系，可绘制荷重、时间、沉降量关系曲线图。时间—沉降量关系曲线是以纵轴为沉降量，横轴为时间t，根据每次观测日期和相应的沉降量按比例画出各点位，然后连接各点，构成沉降曲线图。
三、结束语
综上所述，高层建筑物可能由于地基的工程地质，水文地质及土壤的物理性质或者由于建筑物本身的荷重，高层建筑物的结构，型式及动荷载发生变形，应用沉降观测法进行高层建筑物变形监测，能较好的判别建筑物的质量、分析建筑物安全可靠性，从而保证人民的生命和财产安全。
关键词：沉降观测法 高层建筑 变形监测
中图分类号：TF351文献标识码： A 文章编号：
前言
随着国民经济的快速发展，城市人口日趋密集，土地已经成为宝贵的资源，合理有效的利用土地是人类和城市发展的基础，高层、超高层建筑的崛起不但是节约土地合理利用空间的有效途径，而且高层建筑的多少已经成为城市繁荣、国家发展、社会进步的重要标志。然而这些巍然耸立的高层建筑，它的地基与基础承载能力如何？它的变形情况如何？是否安全可靠？带着这些疑问，我们就有必要对高层建筑物的变形情况进行监测，本文就沉降观测法在高层建筑物变形监测中的应用做一些探讨。
高层建筑物变形的原因
高层建筑物发生变形的原因主要有两方面，一是自然条件及其变化，即高层建筑物地基的工程地质，水文地质及土壤的物理性质等；二是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重，高层建筑物的结构，型式及动荷载（如风力、震动等）。此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理等方面工作做得不合理也会引起建筑物产生变形。针对以上各种变形产生的原因，沉降观测法可以根据变形产生的原因而做出正确、有效的监测。高层建筑沉降观测是根据水准基点定期测出设置在变形体上的变形点的高程变化值。
二、合理布置水准基点和沉降观测点
1、水准基点的布置
水准基点是垂直位移观测的基准，因此，水准基点应设在建筑物变形影响范围之外，距变形观测点20～100m之间，保证稳固不变，并永久保存，不受施工影响的安全地点。高层建筑沉降观测的每一区域，必须有足够数量的水准点，按《工程测量规范》（GB50026-93）规定并不得少于3个。水准点帽头宜用铜或不锈钢制成，如用普通钢代替，应注意防锈。水准点埋设须在基坑开挖前15天完成。水准基点可按实际要求，采用深埋式和浅埋式两种，但每一观测区域内，至少应设置一个深埋式水准点。
2、沉降观测点的布置
沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图，以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之间要建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。
高层建筑物应沿其周围每隔10～20m设置一点。如2011年1月南宁某工程建设的33层，框架结构，分析其各种实际情况，根据其地质、支护及周围环境，每幢楼布置沉降观测点9个。观测点应埋设稳固、不受破坏且能长期保存。点的高度，在朝向要便于垂直立尺观测。观测点的埋设形式应根据建（构）筑物结构、形式而设置，一般有以下几种形式，角钢埋设观测点、设备基础观测点、永久性观测点 。
沉降观测点应有良好的通视条件，观测点的布置，应按能全面查明建筑物和构筑物基础沉降的要求，由设计单位根据地基的工程地质资料及建筑结构的特点确定。框架式结构的建筑物，应在每一个桩基或部分桩基上安设观测点。具有浮筏基础或箱式基础的高层建筑，观测点应沿纵、横轴和基础（或接近基础的结构部分）周边设置。新建与原有建筑物的连接处两边，都应设置观测点。沉降观测点平面布置图的比例一般为1：100至1：500。所有观测点应有编号，以便观测记录。
除了沉降观测点数量、位置、形式的确定外，其标志选用也是一个重要内容，观测点的标志一般用圆钢φ20～25mm，角钢φ30×30mm制成，为了不影响建筑物外表的美观，并起装饰作用时，可用有色金属制成，而且观测标志应在建筑物施工的同时安在建筑物的基础上墙上或地下室、的适当位置 为便于立尺观测，观测标志应离开墙面和地面一定距离，标志埋入墙体内的尺寸应大于外露尺寸的三倍。
3、沉降观测精度要求及观测方法
沉降观测就是根据水准基点定期进行水准测量，测量出建筑物上观测点的高程，从而计算其下沉量。对于高层建筑沉降观测，通常采用精密水准仪，按国家二等水准测量的要求进行施测，将各观测点布设成闭合或附合水准路线联测到水准基点上。根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在没有特别要求的情况下，在一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下：
第一，往返较差、附和或环线闭合差：△h=∑a-∑b≤1.0，n表示测站数；
第二，前后视距≤30m；
第三，前后视距差≤1.0m；
第四，前后视距累积差≤3.0m；
第五，沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。
观测时，应在成像清晰、稳定的时间内进行，同时应尽量不转站，视线长度应小于50m。前、后视距离应保持相等。为了提高精度，采取固定人员、固定仪器和固定施测路线的“三固定”方法。
4、沉降观测的周期
沉降观测的周期应能反映出建筑物的沉降变形规律，建筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，从而使整个观测得不到完整的观测结果。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的)，待临时观测点稳固好，方可进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次，比较观测结果，若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时，我们即可认为首次观测的数据是可靠的。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测，直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500mm)，然后每施工一層就复测一次，直至竣工。
5、沉降观测资料整理
观测工作结束后，应及时检查和整理外业观测手薄，确认无误后再进行内业计算。内业计算位移量的数值取位，如依照一、二等水准测量的要求施测则取到0.10mm；如依照三、四等水位准测量的要求施测则取到 。内业数据处理的方法有经典法严密平差和采用自由网平差时的统计检验方法，以及经典法和统计检验相结合的方法。
第一次观测后，经过计算，就对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，然后分别计算各观测点相邻两次观测的沉降量（本次观测高程减去上次观测高程）和累积沉降量（本次观测高程减去第一次观测的起始值）并将计算结果记录到沉降量观测记录表中。表中应该包括观测次数、观测时间、高程、本次下沉、累计下沉、高程、施工进度、荷载等必要信息。
为了更形象地表示沉降、荷重、时间之间的关系，可绘制荷重、时间、沉降量关系曲线图。时间—沉降量关系曲线是以纵轴为沉降量，横轴为时间t，根据每次观测日期和相应的沉降量按比例画出各点位，然后连接各点，构成沉降曲线图。
三、结束语
综上所述，高层建筑物可能由于地基的工程地质，水文地质及土壤的物理性质或者由于建筑物本身的荷重，高层建筑物的结构，型式及动荷载发生变形，应用沉降观测法进行高层建筑物变形监测，能较好的判别建筑物的质量、分析建筑物安全可靠性，从而保证人民的生命和财产安全。