塌陷区多层和超高层建筑物的施工测量及沉降观测

塌陷区多层和超高层建筑物的施工测量、沉降和倾斜观测摘要：根据在采矿塌陷区多层和超高层建筑物的结构特点及其破坏性，本文提出了塌陷区多层和超高层建筑物结构施工测量的一些问题，及轴向测量和仰角传送的分析方法，在阐述塌陷区的多层和超高层建筑物沉降和倾斜原因的基础上，研究其沉降和倾斜的观测技术及方法。关键词：采矿工程，塌陷区，安全问题，施工测量，沉降，倾斜1、引言随着我国国民经济的持续发展，国内的超高层建筑日异增多。在日复一日的建造和使用超高层建筑过程中安全问题逐渐凸显其重要性。在超高层建筑物中存在均匀性和非均匀沉降及由沉降所引起的倾斜，这些现象的存在将危及超高层建筑的持久耐用性及其设施使用的安全性。均匀沉降对高层建筑本身并不重要，因为它没有使建筑物产生附加应力或使其破坏断裂，因此，建设物是安全的。但均匀沉降对其周围建筑和建筑设施（如管道）有影响。而当非均匀沉降或沉降造成的倾斜超出建筑物的设计极限时，则可能危及建筑物的安全使用。因此，监测高层建筑的沉降和倾斜是义不容辞的责任，而且在建筑施工和使用时也是一个十分必要的工作。2、多层和超高层建筑施工测量超高层建筑一般是指9层及9层以上的钢筋混凝土框架结构、框架剪力墙结构、剪力墙结构和其他类型的建筑物。因为它的设计和施工采用新技术、新工艺和新材料，所以建筑施工测量需要更高的要求。如果用激光瞄准仪，可以使施工测量工作迅速、准确、直观。在实际工程测量中，正确的测量方法应根据当地的条件来选择，如混凝土工程特性，施工技术和方法，精度要求等。但其核心内容是建筑物轴线测量和仰角传送。

2.1超高层建筑施工的轴线测量超高层建筑施工的轴线定位及设定与多层建筑几乎是一样的。高层建筑的轴线测量有两种方法，一种是经纬仪，另一种是激光垂直装置。本文我们只介绍第一种方法。根据设置地方的不同，可分为延长直线和从侧向借线的方法等。延长直线方法当楼层增多且轴向控制桩在建筑物附近时，轴向线投影时仰角会更大，投影精确度随之降低。因此，为了减小仰角，原点轴向控制桩应该设计到安全牢固的地方，离建筑物或其附近屋顶更远处。从侧向借线的方法当在建筑物周围且不能延长超高层建筑的外墙轴线时，轴向线沿平行方向向建筑物外移动2米，然后在地面设置经纬仪测量其轴向线。2.2仰角的传送在超高层建筑施工时，从低层到高层传送仰角以使投影仰角符合设计要求，其中包括楼板，门窗孔，内部装饰等。通常，下面的方法经常用到，当传送仰角时：①在建好一层后，用石工的楼层柱来一层一层的传送仰角；②使用钢水线直接测量：使用钢水线沿一个拐角处从±0点直接向上测量，并层层传送仰角；③吊钢水线方法：在楼梯里吊一钢水线并用测评仪读数，然后将低层的仰角传送到高层。

2.3超高层建筑施工测量的精度要求垂直投影测量的偏差要求它应符合表1的有关规定。表1垂直投影测量的偏差要求项目允许偏差（mm）总高度每层3H≤30530＜H≤601060＜H≤901590＜H≤120020120＜H≤155025H＞15030施工楼层装饰的偏差要求当控制轴线投影到施工楼层，它应形成封闭的图形，与控制轴线之间的距离不应大于使用的钢水线长度。当建筑物的装饰完成后，首先，检查投影轴线在结构水平面上，然后再测量详细的承重墙、柱，梁、门窗孔等的轴向线和边界线。装饰允许的偏差要求应符合表2的有关规定。（表2接下页）表2施工楼层装饰的偏差要求项目允许偏差（mm）最高楼座的主轴距距离（）L≤30±530＜L≤60±1060＜L≤90±15L＞90±20详细的轴线±2承重墙、柱，梁的的边界线±3非承重墙的边界线线±3门窗空的边界线±3仰角的垂直传送当仰角垂直传送时，应从第一层的原水平线垂直地测量，每一座应从3点向上传送。当3点的仰角小于3毫米，取其平均值或重新测量。仰角的允许偏差应符合表3的有关规定。在轴向垂直测量过程中，用±2激光经纬仪或激光自动垂直设备较合适。表3仰角垂直传送的允许偏差项目允许偏差（mm）总高（）每层±3H≤30±530＜H≤60±1060＜H≤90±1590＜H≤1200±20120＜H≤1550±25H＞150±303、多层和超高层建筑的沉降和倾斜观测

3.1沉降监测沉降监测是终端水准，根据基准点用水平仪逐渐地测量建筑物观察点的高度，然后计算出沉降量。具体内容包括：观测点和基准点的确定，观测方法，结果的排列和分析。沉降原因建筑物的所有负荷由下面的地基承受。和地质有两种类型：岩石基质和土壤基质；地基也有两种类型：浅地基和深厚的地基。对于岩石基质，虽然它有许多种，除了某些地幔岩石和软岩没有硬化，通常大多数是可以被用作建筑物的地基。但地球上的土壤基质是由固体颗粒，液体和气体的混合材料制成的，因此，其地质工程性质可能有较大差别。超高层建筑的地基对基土要求较高。它不仅要求基土具有较高的承载能力和较少沉降量外，更重要的是，为了对基土作出正确的评论，并得到基本要求，我们要充分认识基土的性质，并做通过勘测做一些必要的研究。建筑完工后，地基原应力变化，而后该地基将不堪重负，结果，其表现是地基沉降。因此，在多层和超高层建筑中，对地基强度也有一些要求。地基强度关系到承载能力。其承载能力由两个方面确定：一个是基土的性质和形成条件，其中包括土壤的形态特性，均匀性，结合状态，历史负荷，地下水的水位波动，基土温度的变化，该地层受到损害后切口和破坏的情形（如空间地震效应）等。所有这些上面提到的都是影响承载力非常重要的因素。另外一个方面，也决定了地基承载力，取决于地基的类型，埋设的宽度和深度等。建筑物的类型，平面和立面，负荷性质，规模和分布，从上部结构到地基对非均匀沉降的抵消能力，施工方式，特别是不断增加的负荷率的速度对承载力是一个非常重要的影响。所以，我们可以看到，地基承载力是一个相当复杂的问题，必须综合考虑各种因素。当其用于设计的数据脱离实际情况，建筑物将发生不均匀沉降，影响其使用。尤其是当建筑物的负荷太大，已超出地基土的承载能力，将会发生剪切破环，这将给建筑物的安全带来隐患和危害。观测点和基准点的设置观测点应设于建筑物上，其位置和数量应充分反映建筑沉降的情形。它与建筑物的规模，形状，结构，荷载，地质条件等相关。一般情况下，观测点应均等设置。但他们应添加在：负荷变化的地方，位面形状变化的部分，沉降缝的两侧，一些具有代表性的支柱和地基。一般而言，对于高层建筑，观测点应在其周围的每10-30米处设置，每个建筑物的角落中，沉降缝的两侧，连接的墙应设一个观察点。总的来说，它应设置合理并能完全充分的反映沉降情形。为了观测和记录，画出1:100-1:500比例的设计图并编号。观测点处应设置一些标志。建筑物的沉降观测根据基准点而定。所以，考虑到基准点的稳定性，观测的方便性，以及其他一些方面，一些基准点应适当的嵌入设置。为了确保基准点高度的准确性，相互核对的方便性，通常设置不得少于3个点。他们应嵌入尽可能的远离压力震动的地方，避开铁路、公路、地下管线。为了提高观测的精度，基准点不应离观测点太远，最好约100米处。观测方法观察的时间和频率，应取决于项目的性质，进展情况，土壤情况，负荷增加的情况等。在施工过程中，观测点被牢固的嵌入后，尽快做首次观测。在下面任何情况时，任何时候都应做沉降观测：建筑物不断增加负荷之后，如基本水，回填，每次建成一层后，设备安装，转移等。或中途破坏时期很长，地基附近的地面负荷突然增加，附近大量积水，立方米的土地大量削减，暴风雨前后等。工程完工后，我们应该做持续的观测。观测频率取决于沉降量和沉降速度。在开始时，可以每月观测一次，然后每两三个月后观测一次，，直到沉降量稳定到每100天不超过1毫米时可以停止观测。由于沉降观测是一项长期的系统性的工作，以确保它的可靠性和准确性，我们应该做好四"固定"：用固定工人进行观测，固定设备，固定的基准点和观测方式，固定观察期和日期。质量控制为了确保沉降观测的结果和质量，并减少因测量误差对观测结果造成的影响，固定的操作员，固定仪器和固定的调查路线，应予以采纳。在每次沉降观测前，必须遵守测量基础以掌握工作点的现况。沉降观测前后，做一些必要的仪器测试，修正仪器的角度并精确地调节测平仪。3.2倾斜监测近年来，，每一个地方都有更多的超高层建筑物，所有的建筑物都会因不同的原因产生各种变形，随之相应的变形监测也有许多方法。超高层建筑的倾斜对建筑物很不利，直接影响其使用寿命。因此，有必要讨论一下建筑物倾斜观测。当建筑物的顶端的和其基础的中心不在同一垂线时，即所谓的倾斜。倾斜度是建筑物顶部水平投影与底部中心的距离和建筑物高度的比。由于在工程施工中仪器的使用相当普遍，用它在倾斜观测时很简单，因此，接下来我们将讨论它的一些方法。基本原理如图1：建筑物的底部和顶部八个角点的为A,B,C,D和A,B,C,D。定BC作为基本方向，并向外测量一段距离L，画出B1C1，并延长它到O（C1和O之间的距离可以自己决定），O是观测点（原点），采用假想的的坐标系统。OC1B1方向是假设的参照系的轴线，测量ABC坐标系和ABC坐标系。fog.1fog.1轴测图zyxB′A′ABCDLC1B1GOC′D′G′底部中央的坐标是：XG=(XB+XC)YG=(YA+YB)顶部中央坐标是：XG=(XB+XC)YG=(YA+YB)建筑物的倾斜度：上面是倾斜度的计算公式。单方向的倾向大体上可以通过上面的方法求其值，但坐标的计算公式有点不同。观测方法（1）分别以B和C为起点，沿AB的延长线，向外度量距离L得到点B1和C1，然后延长B1C1到O。（2）将测量仪器放置在O点，并使指向沿OC1B1。（3）仪器所在位置定为O（0，0），αoc1=0°0000，即是原点和坐标纵轴。（4）单独观测点，B，C，D，B，C，D，并获得相应的坐标值。（5）测量H，如果从O到C的水平距离（S）由仪器测得，且测得角（COC=），然后H=S·tg。（6）根据上面的公式计算精度评价虽然建筑物的倾角通常在现行标准中有梯度极限，但观测精度的高低取决于不同的观测方法。利用全方位仪器，观测精度还跟不同型号仪器的参数有关。4、结论随着进入全面建设小康社会，我国的城镇化进程越来越快，多层和超高层建筑愈来愈多，大量的建筑施工测量、沉降和倾斜观测显得更为重，所以，在不断完善其理论和技术研究的基础上，我们更要注重数据处理能力的理论研究。通过变形观测资料的数据处理，我们从中获得了变形的几何分析和物理解释。这不仅是一个研究投影设计理论的实际可行的方法，更是修订现行设计理论与实证常量的重要基础。参考文献：[1]BAIDimou,MonitorandAnalysisdeformationoftheEngineeringBuilding.Chengdu:SouthwestJiaotongUniversityPress,2002(inChinese)[2]LUYunlin,LINFengming.ArchitectureEngineeringSurvey,Wuhan:WuhanUniversityofTechnologyPress,1998(inChinese)[3]NationalStandardofPeople’sRepublicofChina.CodeforEngineeringSurveying(GB50026－1993)[4]NationalStandardofPeople’sRepublicofChina.TechnicalSpecificationforConcreteStruc