张三福，邓正定

（1.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州730000；2.中国铁道科学研究院，北京100081）

动态监测系统在高层建筑纠偏中的应用

张三福1，邓正定2

（1.中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州730000；2.中国铁道科学研究院，北京100081）

针对高层建筑纠偏工程风险性较大的特点，为确保纠倾过程中的万无一失，建立多监测手段相结合的全方位动态监测体系，除传统的水准仪沉降监测外，引入水平管连通器及锚索监测等新手段，多种监测结果相互印证，对比分析，能够及时发现监测结果中可能的意外发生，为决策人员进行下一步措施提供了可靠的信息，确保了整个纠倾期间大楼“线性、平稳、安全”的回归。多种监测结果对比表明，监测结果间数据基本吻合，说明动态监测系统具有较好的工程实用价值。

纠偏；连通器；锚索；高层建筑；动态监测

1 概述

随着国民经济的快速发展，高层及超高层建筑不断涌现，随着城市的快速扩张，一些高层建筑不得不坐落在地质条件复杂的地基土上，由于勘察、设计、施工等原因的失误，高层建筑物倾斜现象时有发生，对倾斜建筑物进行纠倾扶正，恢复其使用功能，具有极高的社会经济效益。

建筑物纠倾是一项技术难度大、影响因素多的技术密集型工作，有人戏称为“绣花工程”，建筑物的回倾实质是基础各个部分的沉降在不断调整、沉降差在逐渐缩小的一个动态过程，由于在目前的技术水平下还不能进行精确的科学计算，这就使信息化施工显得格外重要。高层建筑造价高昂，纠倾过程中必须确保万无一失，因而仅仅依靠单一的监测手段难以确保建筑安全，本文依托定西某小区高层建筑（50m）纠倾工程案例，建立多手段全方位动态监测体系，多种监测手段相互印证，确保倾斜建筑物“线性、平稳、安全”的回归。

2 工程概况

某小区1#为地下1层，地上17层的商住楼。其地下室层高4.20m，地上1层为商铺，层高3.30m，2层塔楼区域为住宅。其余为商铺，层高3.30m，3层塔楼区域为住宅，其余为商铺，层高3.60m，4～17层均为住宅，层高均为2.80m，建筑总高度为49.70m。建筑面积10606.77m2。2013年9月，1#楼主体结构封顶，在进行装修和电梯安装施工过程中发现外墙及电梯井道存在倾斜现象，各边倾斜率如图1所示。

图1 大楼倾斜情况平面示意图

3 动态监测体系

由于1号楼为新建框架剪力墙结构，整体刚度和完整性较好，经过检查结构没有出现裂缝，因此在纠倾过程中无需做裂缝监测，而是建立了以沉降观测为主，倾斜监测、吊线锤监测、水位连通仪监测、锚索传感器监测为辅的一整套监测控制体系，随时全方位的掌握大楼的变形信息，以指导纠倾施工的顺利开展。

3.1 沉降监测

1号楼纠倾工程中，在大楼周边共布置7个观测点，以便根据沉降观测数据绘制各边的沉降曲线、分析掏土引起的筏板基础变位是否呈协调线性，水准观测点的平面布置如图2所示。本工程采用了高精度莱卡电子水准仪，由专人定时监测大楼

各个部位的沉降变化，监测频率为：纠倾前两天一次，纠倾过程中一天两次，纠倾结束后三个月内一周一次，沉降变形稳定后一个月一次。在纠倾过程中，根据沉降数据的变化，及时绘制各点的沉降量变化曲线及沉降随时间的变形曲线，以分析大楼的沉降速率、回倾方向以及筏板的线性变位情况等，为下一步纠倾措施的调整提供依据。

图2 各沉降观测点布置

3.2 水平连通计监测

液体静力水准测量也叫水位连通观测仪测量，水位连通观测仪根据液体力学中连通器的原理设计安装（如图3所示），其具体做法为：将一个具有一定容量的水箱安放在不受建筑物沉降影响的位置，水箱液面保持在一个固定刻度作为基准标高，水箱与固定在建筑物上的各液面观测点通过透明水管相连接，则透明水管的液面与水箱液面总是保持在同一标高上。当建筑物沉降时，透明水管将随之下降，其中的液面对应的刻度也将发生变化，此时可通过固定于透明水管上的刻度尺反映出来，每次观测记录液面对应的刻度与初始液面对应的刻度差即是建筑物在这一时段内该点的沉降量。水位连通观测仪原理简明，操作方便、成本低，可以重复利用，不受天气变化的影响，观测人员也不必进行专门训练，具有较高的精确度，可以进行24h不间断地追踪观测。

图3 水位连通器原理示意图

3.3 经纬仪投影法倾斜监测

测量墙体、柱以及整幢建筑物的倾斜率时，要求经纬仪安放的位置至墙、柱及建筑物的距离L应大于墙、桩及建筑物的宽度。

如图4所示，瞄准墙、柱及建筑物的顶部M点，向下投影得M′点，然后量出N—M′的距离a。

图4 投影法计算简图

根据垂直角θ，计算测点的高度H，计算公式为

则墙、柱及建筑物的倾斜率i为：

则墙、柱及建筑物的倾斜量Δ为：

根据上述测算结果即可综合分析墙、柱及四角的倾斜率及倾斜量，从而得知其倾斜情况及变化趋势。

3.4 吊线锤监测

垂准线的建立可以利用悬吊垂球法，也可以利用激光铅垂仪法，垂准线法简单、直观，一目了然，在有条件的情况下，应优先采用。利用垂球时，是将直径为0.8～1.2mm的铟钢丝固定于顶部的某点（如建筑物的几何中心），悬线的下端悬挂10～20kg的锥形重锤，坐标仪可以设在重锤的下方，垂球线的长度应使垂球尖端刚不与底部接触，通过坐标仪即可直接读出垂球尖至高处吊球点的在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的倾斜量。为减小垂球的摆动幅度，可以加重垂球的重量；也可以把重锤置于水中，把坐标仪固定在与建筑物底部固连的框架上。

3.5 锚索应力传感器监测

由于本工程采用锚索加压与掏土迫降相结合的纠倾法，具有可控性和灵活性，锚索的荷载大小可以根据纠倾效果随时调整。为了更好地掌握锚索任意时刻的受力（荷载）大小，在1号、3号、4号竖井内的锚索加力系统中分别安装了XYJ—三弦式荷载传感器，通过ZX-16T振弦频率仪随时采集传感器发送的频率信号，然后依据频率与荷载之间的关系曲线计算出荷载值，从而得出锚索在任意时刻的预应力

大小。传感器监测不但可以与千斤顶加压时油压表的读数相互校核，而且可以测量出锚索锁定时的应力损失以及由于大楼沉降引起的锚索荷载衰减情况。当锚索荷载衰减到一定程度，若大楼仍没有达到预期的纠倾目标，则根据设计方案进行下一批次的掏土，然后再对通过锚索进行加载，如此循环直至达到理想纠倾目标为止，如图5所示。

图5 竖井内锚索加载受力变化图

4 动态监测系统数据处理

4.1 沉降观测结果

图6 各观测点沉降-时间曲线

由图6可知，大楼沉降已经趋于稳定，位于东北侧的1#2#3#观测点沉降值为60～70之间，西南角的6#点沉降最小，约10mm,且主要发生在前期，为加固侧竖井开挖及钢管桩、石灰桩施工所致，后期基本稳定。

4.2 经纬仪倾斜监测结果

如图7所示，纠倾后大楼倾斜率由原来的平均约5‰回倾到2.4‰，由相似三角形原理，沉降观测点的2#点与6#点的沉降差为62mm，两点距离为24mm，沉降差与倾斜监测结果基本吻合。

图7 纠倾后各边倾斜率

4.3 水准仪与连通器监测结果对比

本工程在沉降监测点6#点及7#点相对应位置布置水平管连通器，并与沉降监测结果的两点沉降差进行对比，绘制曲线，如图8所示，沉降差与连通器监测结果基本保持一致。

图8 连通器监测结果与水准监测结果对比

4.4 锚索监测结果与出结果对比

根据锚索加压期间大楼各点的沉降观测结果，锚索加压期间迫降区各观测点均有沉降，压力越大、沉降速率越大，可见锚索加压起到了很好的促沉作用。各观测点沉降速率与锚索各级加载的关系曲线如图9～10所示。锚索加压期间沉降最大的3#点35d的下沉量33mm，最大日下沉量为3.35mm，日平均沉降速率为0.95mm/d，大楼在整个加压纠倾过程中处于安全可控状态。

图9 1#传感器沉降速率随锚索加力变化

图10 2#传感器沉降速率随锚索加力变化

5 结论

本文依托高层建筑纠倾工程实例，采用多监测手段建立动态监测体系，得出以下结论：

1）纠倾工程是风险性较大工程项目，应采取多手段监测体系动态监测；2）纠倾过程中，多种监测结果应相互校核，以确保监测结果的可信度，确保了整个纠倾期间的安全；

3）引入连通器与锚索监测辅助手段，丰富了监测手段的多样性。

[1] 唐业清,万墨林.建筑物改造与病害治理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[2] 王桢.锚索技术用于建筑物可控精确纠倾[J].施工技术, 2011，40（S），24-27.

[3] 唐业清.特种工程新技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 中国工程建筑标准化协会，建筑物移位纠倾增层改造技术规范[S].北京：中国计划出版社，2007.

[5] 中国住房和城乡建设部，建筑物倾斜纠偏技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

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