CCTV 主楼基础沉降静力水准测量技术

CCTV 主楼基础沉降静力水准测量技术
作者：肖晋辉；袁越华；余渊





        复杂高层建筑施工对基础变形特别敏感，施工阶段的基础沉降观测工作至关重要。基础结构在承受和传递上部结构荷载的同时，还会因荷载分布和地基变化等因素产生不均匀沉降，对复杂高层建筑物而言，基础不均匀沉降限值和沉降速率是关系到结构安全的重要因素之一，必须对其进行有效监控。常用的沉降观测手段为光学水准测量，但其投入人力较多，每次测量时间较长，同步性较差，且受外部环境和工序影响较大。CCTV 主楼建设过程中，测量技术人员通过建立一套科学准确的静力水准监测系统，快速精确地完成基础沉降和差异沉降测量，可以监控地基基础的安全性，提高施工模拟预变形计算模型中地基基础刚度值的精度;另外，根据后浇带两侧相对沉降差的监测结果，可以确定合适的后浇带封闭时间以及主楼与裙楼之间延迟构件的安装时机，对主体结构安全施工和质量控制提供依据。

1 测量方案

       方案设计应考虑到一次性设备投入费用和现场安装的具体情况，针对结构特点和荷载分布进行监测点的优化组合，使整个监测系统既能充分反映基础变形变化规律，又便于操作和保护，同时具备良好的性价比。

1. 1 测量仪器选择

       磁致伸缩式静力水准测量系统适合复杂环境下要求高精度监测垂直位移的场合，由一系列含有液位传感器的容器组成，容器间由充液管互相连通。基准容器位于一个稳定的基准点，其它容器位于同基准容器大致相同标高的不同位置，任何一个容器与基准容器间的高程变化都将引起相应容器内的液位变化。

1. 2 静力水准观测点的设计

       建筑物地下室因建筑隔墙和设备管线障碍等原因，用光学水准仪进行测量操作存在较大困难，但是用静力水准仪观测就非常方便，只需每天派人定点搜集系统自动采集的数据，复制到计算机中，利用软件自动计算，即可得出多点的沉降值变化。结合建筑物结构特点和荷载分布状况，静力水准仪监测点应布置在:主楼与裙楼后浇带两侧、核心筒和外框筒角柱与边柱、基础筏板厚度差异较大处和结构受力变化比较明显的位置。CCTV 主楼静力水准测量系统布设在地下 4 层筏板表面，共布置 19 个静力水准仪，与地下 3 层关键光学水准沉降测点在平面上对应布置，编号分别为 S1 ～S19。

2 仪器调试

2.1 安装调试

1)根据测点布置方案，具体安装在测点柱或墙侧面距筏板顶面约 500mm 位置处，基准点选用 S1，应提前在指定位置预埋铁板，或安装时在墙柱混凝土表面钻孔打锚栓及在钢结构表面焊接固定支架，然后在支架上安装底座和仪器，再在仪器外部安装保护罩。

2)将连通管沿各测试点布设好。

3)将各液位计固定至相应测试点及基准点，并调整各液位计的相对高度。

4)通过连通管将所有液位计连通。

5)任取一个液位计作为输液口，通过液位计上的排气孔向液位计内灌入测试液，各液位计的浮标至全量程的中间值时即可。

6)连接好各液位计的电源线及 485 总线数据线并保护好。

7)记录并保存好各测试点及基准点液位计的电子编号。

8)连接好相应检测仪表并校零、保存。

9)在上述各步检测、调试无误后，锁好各测试点的密封箱，即可进行监测。

2.2 动态测量

1)待设备布置调试好后，完整读取各测点的监测值，取 3 次监测数据的算术平均值作为初始监测值。然后根据监测方案，在计算机软件系统中设置监测频率，通过计算机设备自动采集监测数据。测量人员应定期对观测线路进行巡查，确认仪器和连通液管有无破坏、渗漏、扰动等现象，保证设备运转正常。

2)静力水准沉降观测的频率可设置为每天一次，

时间相对固定，一般应避开工人上下班和运输材料高峰期。

3)测量时打开现场设备封闭箱，利用数据自动采

集模块和笔记本计算机即可随时对数据进行更新和搜集，现场数据采集具有很强的同步性，所有 19 个静力水准沉降测点数据可在 30s 内同步采集完成。

2.3 数据处理与分析

1)每个监测日由测量人员现场采集数据，并及时输入到主控计算机内，通过专业技术软件进行整理、计算、存盘，对离散性较大的数据进行重点分析，排除各项干扰因素，寻找数据变化规律，绘制各种表格及曲线图，当曲线趋于一致时可以得出变化规律和趋势。

2)施工现场应建立监测报告定期上报制度，各监测项目的原始数据应妥善保存和备份，及时将数据分析处理结果报送施工单位和业主、监理，使其掌握最新基础沉降状况。

3)进行数据分析和报告的同时，测量人员应对当日的施工进度和气候环境做好记录，便于总结分析和掌握变化规律，施工单位根据沉降值大小和变化速率决定重点施工步骤和工序，从而完成信息的反馈。

3 人员与设备

1)筏板静力水准测量需要配置人员数量相比光学水准测量将大大减少，监测小组总人数一般控制在 2～ 4 人，由 1 名高级测量工程师担任测量负责人。前期准备阶段需 1 ～ 2 名仪器安装人员对监测点设备进行安装调试;中期测量阶段需 1 ～ 2 名测量人员按照监测频率定期进行数据采集;后期数据分析阶段由经验丰富的测量负责人进行计算分析和报告编制。

2)各种仪器设备经检定合格并在检定有效期内。 

4 质量控制措施

4.1 设备安装注意事项

1)静力水准设备安装与调试是前期沉降观测工作的重点，首先根据结构施工阶段预埋的铁板放测统一安装基准标高，焊接基座和支架，将静力水准仪器固定牢固，注意安装时仪器必须在同一高度。用作长期监测时，需考虑后期建筑装饰做法对仪器埋设的影响。

2)把仪器的托架用膨胀螺丝固定在标记的位置，在安装时用钳工水平仪进行水平调试。

3)把静力水准仪用螺丝固定在托架上，调整所有静力水准仪的螺杆为同一高度。

4)仪器之间用厚型 PVC 软管连接起来，注入特殊红色防冻液体，赶出水管中的气泡，直到水管中无气泡。

5)观察仪器中的水位，调整所有仪器为同一水位高度。

6)把钳工水平仪放在静力水准仪的上面进行水平调试。

7)对安装过程中的细节进行检查，如膨胀螺丝的固定、水管是否漏液体等。

4.2 传输管线保护措施

1)因为每个静力水准仪之间需用信号线及连通液管连通，一旦信号线或连通液管遭到破坏，对所测得数据准确性及前期工作将有很大的影响，所以线缆与连通液管的保护工作至关重要。

2)筏板面静力水准管线可采用槽钢或钢管加以保护，也可采用在筏板面开槽暗埋等方式进行保护。槽钢保护安全性强，施工迅速，便于检修，但成本较高，突出地面不利于后期机电设备运输;筏板面开槽保护，一般埋置深度 30 ～ 40mm、宽度 40mm，隐蔽性较好，不影响后期装饰、机电设备施工，且省工省料。

5 技术特点

1)测量精度高 磁致伸缩式静力水准仪观测系统由一系列传感器容器组成，每组仪器均采用液管连接，每一容器的液位由一磁致伸缩液位传感器测出，能精确测出小至 0. 03mm 的垂直变化，测量精度高。

2)快速高效，实时可靠采用的静力水准测量系

统测试时间短，数据同时性佳，测量结果受人员影响小，静力水准液体介质采用特殊溶液，具有防冻、防霉、不挥发等特征，提高了系统的可靠性。

3)可长时间、自动化观测 静力水准仪内置存贮芯片和检测电路，具有智能记忆功能，出厂时已将传感器型号、编号、标定系数等参数永久存贮在传感器内，并可保存 600 次所需要的测量结果，如测量时间、测点温度、绝对位移值、相对位移值、零点值等，由 485 总线直接输出数字测值，可远距离传输，不失真，适应长时间观测和自动化测量。

6 结语

1)在 CCTV 主楼基础沉降观测过程中，测量人员结合现场工况对静力水准设备安装、保护和数据采集分析等方面进行了创新，既保证了在设备层等狭窄空间快速顺利测量，又提高了测量精度，还减少了人力成本的投入。

2)通过比对常规光学测量，进行两者有机结合，既实现了基础沉降量绝对值测量，又能连续监测，反映了基础相对沉降的动态过程，全面监控了工程施工期间的基础沉降，准确、连续地反映了工程基础的沉降过程和变形规律，为基础及上部结构施工安全性提供了数据保证，并用以指导施工预调值修正;监测结果还用于合理确定筏板和地下室后浇带的封闭时机以及裙房和塔楼之间延迟构件的合理安装时机，为 CCTV 主楼顺利施工提供了宝贵的技术支撑。

3)本技术作为复杂高层建筑基础沉降观测一种新的测量思路和方法，进一步完善了建筑工程变形监测技术，为复杂高层建筑变形监测和建筑物长期健康观测提供了科学可靠的测量方法。





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