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沉降觀測理論如何運(yùn)用于某高層建筑安全施工
1沉降觀測技術(shù)理論
工程建筑物在施工過程中容易產(chǎn)生一定的變形,而產(chǎn)生此變形的原因是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。一般而言,建筑物變形主要由自然條件及變化和建筑物本身的原因所導(dǎo)致。自然條件包括建筑地基的地質(zhì)問題、水文地質(zhì)問題、土壤的物理性質(zhì)以及風(fēng)力等因素;而建筑物本身原因則包括建筑物的荷重、建筑物的結(jié)構(gòu)與型式,以及在施工當(dāng)中的一些其他因素。自然條件和建筑物本身因素這兩個(gè)原因是可以相互作用、相互聯(lián)系和相互耦合,從而對建筑物的變形起著重要的影響。如建筑物工程的施工,可以改變地面及土壤原有的一些特性,同時(shí)對地基施加了一定的外力,必然引起地基與周圍地層的一些特性變化;而這些土壤與地基的變化反過來也可以對建筑物本身的負(fù)荷及其他特性產(chǎn)生重要的影響[1-2]。高層建筑由于自身重量大,對地基的壓力也很大,因此,其沉陷量也隨之加大。同時(shí)由于在建筑過程中需要使用大量的大型施工設(shè)備,也可以影響到建筑物的變形。如果這種變形程度超過一定范圍,將危及到建筑物本身的安全,因此在建筑施工和運(yùn)營期間,必須對它進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)視觀測,利用所獲得的數(shù)據(jù),及時(shí)進(jìn)行反饋和改正,以保證建筑物的安全。而沉降觀測技術(shù)就是為保證建筑物安全的常用觀測指標(biāo)之一[1-3]。
2沉降觀測技術(shù)在“世通名城”一期7號樓施工中的具體應(yīng)用
2·1“世通名城”7號樓觀測流程
在進(jìn)行沉降觀測時(shí),需先制定好對該建筑物實(shí)施沉降觀測的流程圖,方便觀測人員按照流程圖進(jìn)行建筑物的沉降觀測和數(shù)據(jù)分析,其流程如圖1所示。
2·2建筑物觀測點(diǎn)設(shè)置
按施工方或委托方的要求,選取了要進(jìn)行觀測的位于西寧市城西區(qū)的“世通名城”一期7號樓作為青海大學(xué)學(xué)報(bào)第28卷沉降觀測對象。同時(shí)獲取該建筑物周圍地質(zhì)、地基、水文和風(fēng)力等相應(yīng)的信息。根據(jù)對該建筑物的設(shè)計(jì)要求,在施工開始之前,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的安排做好沉降觀測策劃工作和制定沉降觀測方案,并布置如圖2所示的沉降觀測點(diǎn),適時(shí)埋設(shè)沉降觀測基準(zhǔn)點(diǎn),繪出沉降觀測點(diǎn)的平面布置圖。
沉降觀測點(diǎn)的選擇必須設(shè)置在最能反映“世通名城”7號樓沉降特征且方便觀測的位置或點(diǎn)上;同時(shí)要求觀測點(diǎn)在縱橫向要對稱,相鄰觀測點(diǎn)之間的間距以20 m左右較為合理,應(yīng)均勻地分布在該7號樓建筑結(jié)構(gòu)周圍(圖2所示)。另外在裝飾施工階段也要注意保護(hù)好這些觀測點(diǎn),以便在該建筑物封頂后的后期階段繼續(xù)對該建筑物實(shí)施沉降觀測。其中表1和表2中所列用于沉降觀測的監(jiān)測點(diǎn)名均以該圖(圖2)中所標(biāo)示的位置點(diǎn)來確定。在此基礎(chǔ)之上,用直徑不小于12 mm的圓鋼埋入到相應(yīng)的觀測點(diǎn)處(7-1至7-9),埋入深度要深于12 cm。同時(shí)選擇至少3個(gè)左右的基準(zhǔn)點(diǎn)(圖1中基準(zhǔn)點(diǎn)3號),用于保證沉降觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
2·3沉降觀測及數(shù)據(jù)獲取
在沉降觀測期間,必須設(shè)定相應(yīng)的觀測周期和時(shí)間,嚴(yán)格按照沉降觀測平面布置圖所設(shè)立的監(jiān)測點(diǎn)名,在施工過程中及時(shí)進(jìn)行觀測,獲取最新數(shù)據(jù),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,并對數(shù)據(jù)所反映的結(jié)果進(jìn)行反饋[4]。“世通名城”7號樓首次觀測期為7d左右,中期為15d左右,該建筑物主體封頂后被確定為每3個(gè)月觀測一次,一年后每6個(gè)月觀測一次,直到該建筑物進(jìn)入沉降穩(wěn)定期。沉降觀測數(shù)據(jù)必須詳細(xì)進(jìn)行記錄,尤其是原始數(shù)據(jù);同時(shí)要標(biāo)記好觀測時(shí)間、觀測周期、樓層、觀測點(diǎn)名、獲得本期沉降量及沉降速度等數(shù)據(jù)。
表1和表2分別是“世通名城”7號樓第10期和第11期沉降觀測所獲得的數(shù)據(jù)。表中詳細(xì)記錄了該棟樓2007年7月26日與2007年8月13日兩次沉降觀測獲得的數(shù)據(jù)。“監(jiān)測點(diǎn)名”,如7-1或7-9,是對該樓進(jìn)行沉降觀測時(shí),所設(shè)置的沉降觀測點(diǎn)的點(diǎn)號或點(diǎn)名;而“高程”表示觀測點(diǎn)相對于基準(zhǔn)點(diǎn)的高差; 上一期與本期觀測所得的沉降量之間較差量以“本期沉降”表示(單位:mm);“累計(jì)沉降量”表示從第一期觀測開始到本期為止累計(jì)沉降量的總和(單位:mm);上一期到本期沉降觀測點(diǎn)的沉降速度以“mm/d”來表示。
2·4建筑物沉降分析
依據(jù)沉降觀測所獲得數(shù)據(jù),可以利用分析軟件對其進(jìn)行分析,繪出其所得的相應(yīng)曲線或線性圖表,根據(jù)這些圖就可以推測建筑物的沉降趨勢,對該建筑物的安全進(jìn)行評估,同時(shí)及時(shí)將所得信息和結(jié)果反饋給施工方,以保證建筑物的整體安全[5]。將獲得的西寧市城西區(qū)“世通名城”7號樓的沉降數(shù)據(jù)利用軟件生成沉降速度線組合圖及平均沉降過程線圖(圖3和圖4),就可推測和評價(jià)該樓的沉降信息及安全狀態(tài)走勢。
通過對“世通名城”7號樓第一期(2007-04-02日開始到2009-09-22日止,共約904 d)到本期所有沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析,并用圖形表示,最后可獲得該建筑物建筑過程中沉降量變化的線形圖,分別是沉降速度線組合圖及平均沉降過程線圖 (圖3和圖4),圖3中每根線表示每個(gè)沉降觀測點(diǎn)在不同時(shí)期所得沉降量的數(shù)據(jù)。由圖3可見,在觀測初期“世通名城”7號樓建筑物沉降量變化或波動(dòng)范圍較大,尤其在建筑物施工修建的120 d之內(nèi)沉降量波動(dòng)相對較大。說明隨著建筑物樓層的增高,對建筑物基礎(chǔ)的荷載量也隨之增大,從而導(dǎo)致該建筑物沉降量波動(dòng)變化相對較大,如該建筑物沉降量最大到11·85 mm/100 d。隨著建筑物施工到后期直至封頂,可從圖中看到該建筑物的沉降量變化波動(dòng)較小,最多到3·47 mm/100 d,說明該建筑物進(jìn)入平穩(wěn)沉降階段。圖4中沉降過程線表示,在該建筑物施工過程中,尤其是前半年時(shí)期,建筑物沉降量變化較大,此結(jié)果反映出該建筑第一階段的施工期間,隨著建筑壓力增加,沉降速度變化也較大。隨著建筑物施工到后期,沉降回歸曲線逐步接近直線。通過對平均沉降過程線進(jìn)行分析可見,從第16期開始百天沉降速度為0·23 mm,說明該建筑物已進(jìn)入沉降穩(wěn)定期。
3結(jié)語
高層建筑物的安全是一個(gè)重要課題,尤其在西寧這個(gè)地質(zhì)復(fù)雜、且因經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展而大規(guī)模進(jìn)行高層建筑建設(shè)的地方,建筑安全更是顯得尤其重要。為了保證高層建筑物及其他施工對象在建筑工程中,或者在建筑完畢后的若干年,甚至更長時(shí)間段內(nèi)其安全性,必須采取相應(yīng)的措施來進(jìn)行檢測,獲取數(shù)據(jù)、分析,同時(shí)進(jìn)行反饋和調(diào)整。而沉降觀測技術(shù)就是該領(lǐng)域中應(yīng)用極為廣泛而又易于實(shí)施的重要檢測和監(jiān)測分析手段,通過對西寧城西區(qū)高層建筑物“世通名城”7號樓的沉降觀測可見, 該技術(shù)可以對如下安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測:(1)在該建筑物施工過程中建筑物本身的安全,以及周圍建筑群或地基的安全性能。(2)在該建筑物封頂后,繼續(xù)利用沉降觀測技術(shù)來進(jìn)行檢測、分析和反饋,以此保證建筑物在徹底完工后,是否因?yàn)槠湟蚋叨仍黾佣鴮?dǎo)致的總體重量增加等引起的各種不安全變化。通過后期的沉降觀測來對早期的設(shè)計(jì)、規(guī)劃等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,如果在預(yù)期范圍之內(nèi),則說明建筑物在安全范圍之內(nèi),否則將采取相關(guān)手段進(jìn)行安全鞏固。(3)在建筑物完工后的數(shù)年乃至更長時(shí)期內(nèi),在不同階段利用沉降觀測技術(shù)進(jìn)行觀測、檢測和分析,以保證隨著建筑物周圍環(huán)境的變化、地下水資源變化、土壤受氣候等影響后發(fā)生變化對該建筑物安全的影響;通過這種長期不同階段的沉降觀測可以保證對建筑物進(jìn)行更長時(shí)間的(遠(yuǎn)期)安全性的檢測,從而保證建筑物的安全性。
參考文獻(xiàn)
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