談建筑物沉降觀測的方法和注意事項

蘇登信

(南充職業技術學院土木系，四川 南充 637100)

0 引言

施工測量貫穿于施工的始終，隨著施工的進展，還應對一些大型、高層或特殊建(構)筑物進行變形監測，作為鑒定工程質量和驗證工程設計、施工是否合理的依據。變形監測作為建筑施工中一項十分重要的測量任務，直接影響施工項目質量及安全。

變形監測分為:位移、沉降、傾斜、撓度、裂縫監測。建筑物施工階段的變形觀測主要指沉降觀測(這里包含了不均勻沉降和傾斜)。按GB 50026-93工程測量規范規定在建筑物沉降影響范圍外埋設至少3個堅固的水準基點。基準點應埋在與鄰近建筑物的距離不得小于建筑物基礎深度的1.5倍～2.0倍，最好控制在離建筑物50 m～100 m范圍內。在實際中既要考慮反映監測對象的變形特征，又便于應用儀器進行觀測，還要有利于測點的保護。

1 點位的布設

根據水準基點與沉降觀測點的布點原則以及現場踏勘的情況:1)水準基點應埋設在建筑物沉降影響范圍之外，距沉降觀測點20 m～100 m，且不受施工影響的地方，分析受到施工影響的大小與方式，可以考慮埋設在穩定建筑物的基巖上。為了互相檢核，水準基點最少應布設三個。對于擬測工程規模較大者，基點要統一布設在建筑物周圍，便于縮短水準路線，提高觀測精度。2)沉降觀測點應布設在最能反映建筑沉降的位置，比如民用建筑的四角點、中點、轉角處;建筑物周邊每隔10 m～20 m布置一個;沉降縫兩側等等。對于水準基點網的構建應根據《國家一、二等水準測量規范》和工程實際特點建立，且根據項目需要增設，以建立基點間的相互校核關系，提高校核基點的可靠性，呈等邊三角形位置的校核基點，或者設置固定轉點和固定測站，提高水準基點網監測的測量精度和測量數據的可靠性。

為了保證測量成果能保障施工的質量與安全，我們應該不斷提高觀測精度，減少觀測誤差。因為水準基點網監測的主要目的是監測觀測點的高程從而得到可靠的沉降數據，為了達到這個目的，監測精度僅僅滿足適合于本工程的一或二等水準規范的要求是遠遠不夠的;要成功有效地檢驗觀測誤差，應設法使水準網形成高一級的閉合環結構，并能分析這樣的觀測誤差是由于測量引起或是由水準基點的穩定性引起。在檢驗水準網精度時，不能簡單地依據一次檢驗的成果來對觀測點的高程進行修正。必須結合多次檢驗成果，盡量運用統計學知識進行綜合分析，對觀測精度、成果的可靠性進行判別，根據分析報告做出高程修正的方案。也可以通過一定的數學方法對水準基點的穩定性進行檢驗，比如常用的平均間隙法。

2 沉降觀測方法

采用幾何水準測量方法，應盡量做到前后視線等距離，視線長度根據所選儀器精度而定，一般不得大于65 m，在同一觀測站，不得兩次調焦，鏡位和轉點均要穩定，水準儀要嚴格平整，不得使用塔尺，每次觀測應符合“三同一固定”原則，即為:

1)采用相同的觀測路線和觀測方法。2)使用同一儀器和設備。3)相同的觀測人員。4)在固定的環境和條件下工作。

在具體的實施過程中可根據實際情況采用兩種測量方法，即:相鄰臨時水準點閉合法和直接測量法。測量時的精度要求滿足本工程的沉降觀測技術要求，一般采用Ⅱ級變形觀測精度要求，各項指標見表1。

表1 沉降觀測技術要求

3 觀測數據的成果整理

3.1 整理原始記錄

每次觀測結束后，應及時檢查記錄的數據和計算是否正確，精度是否合格，然后分配閉合差到高差改正數里，根據新的高差改正數推算各沉降觀測點的高程。

3.2 計算沉降量

1)沉降觀測量值的原有計算方法——視線高法。水準測量的原理與計算方法:利用觀測時水準儀所提供的水平視線，在后視與前視兩測點位置豎立的水準標尺上獲取讀數，求得其高差，來確定前視測點的高程。因此水準測量量值的計算方法一般采用高差法:HB=HA+hAB(hAB=a-b)。當利用水平視線讀數，可以在一測站能測出若干個前視點的讀數時，比如線路測量跟施工放樣時，水準測量量值的計算方法也可以采用視線高法:HB=Hib(Hi=HA+a)。建筑物的沉降觀測就是在一測站能測出若干個前視點的讀數，所以沉降觀測量值的原有計算方法就是采用的視線高法。

2)沉降觀測量值簡化計算新法——時點差法。建筑物沉降觀測采用的是大地水準測量原理。沉降觀測工作中的水準點，是假定在一定長的時間內不產生垂直位移變形，用于觀測工作中參照的基準點。設置在建筑物上的沉降點就是參照基準點觀測其產生的垂直變化，獲得在此時段兩點間的垂直間差。因此每一次沉降觀測工作記錄表上直接記錄的數據與計算結果是在某一測量時段的某一觀測站點，觀測水準點上后視標尺的讀數(a)與建筑物沉降點上前視標尺的讀數(b)，通過計算求得此時此站該沉降點與其水準點兩點間讀數的垂直間差(G=a-b)，以下簡稱該沉降點之時點差。從該沉降點前一次觀測的時點差和本次觀測的時點差比較，即可求知本次觀測的沉降量。采用時點差式的計算方法，本文稱之為時點差法。時點差法中的上次時點差減去本次時點差即等于本次沉降觀測的沉降量。時點差法減少了計算后視線高程的計算步驟。

在沉降觀測工作中做好各觀測點位的布置、測繪好點位分布圖，是做好沉降觀測工作的基礎。因在沉降觀測點位分布圖上詳細繪有觀測站點、水準點、轉測點、沉降觀測點等的位置及編號、建筑物的方位圖示、新建工程相鄰建筑物況等應表達的信息量。這些信息量的錄入，對時點差法的計算和后續沉降觀測作業起到延續引導作用。沉降觀測點位分布圖同樣是指導每次沉降觀測逐站、逐點循序漸進，保證沉降觀測讀數、記數取值的精準度，減少沉降觀測操作時產生作業粗差的控制圖。

3.3 沉降曲線繪制及分析

由觀測周期和沉降觀測值得到沉降變形曲線，這是較為簡單可行的常用數據分析方法，一般通過Excel表格建立沉降變形曲線。根據建筑物在土層和加固后地基上在荷載作用下和時間列序所組成的曲線，用數學方程進行擬合，逼近所建立起來的非線性沉降曲線是具有形象鮮明，概念清楚的工程語言。

建筑物的沉降過程是在多種因素綜合影響下的復雜沉陷變化過程，難以進行具體的模型化描述。線性回歸函數分析方法是一種實時性較好的數據處理方法。它是通過分析所觀測的變形和外因之間的相關性，來建立荷載—變形之間關系的數據模型。此模型應用正確預報精度較高。

沉降模型一般為線性、圓(橢圓)、雙曲、指數和對數五種，通過沉降曲線圖形識讀，確定五種模型當中的一種，然后試擬合，得到沉降曲線方程，最后確定為哪一種模型，這里我們以指數模型為例分析線性回歸模型的應用原理。

假設試擬合后的沉降曲線方程為:U=β0e-β1/T。

其中，U為累計沉降值;T為時間;β0，β1均為系數。由U=β0e-β1/T兩側同取對數可得:lnu=lnβ0- β1/T，令，lnu=y，-1/T=x，lnβ0=c。

則此函數變形為:y=β1x+c。求沉降線性回歸方程，最終得到數學模型，經過計算得到該回歸模型函數的相關系數為Put，假設顯著性水平為d，這里假設以自由度n-2=18，查出相關系數臨界值表得Pd的值，如果Put＞Pd，則證明回歸模型相關性很強，反之則然。在后期沉降趨于穩定后，我們一般用預測結果與實測結果的差異平方和計算回歸擬合度值:σ2=∑r2i∕n-2，擬合度值很小且接近1，證明模型有效且顯著。

實際當中我們經常通過對某一號點的對比確定適用于本工程的預測模型，除了線性回歸模型，常常作為對比對象的有時間序列分析與灰色系統預測模型。通過對比的方法可以取得有效的預測模型。

灰色系統預測模型又經常作為一個很有效的模型出現在我們的沉降預測當中，很多次的結論我們發現雖然灰色系統預測模型比較復雜，但是它的精度又常常是最高的。

如果在觀測過程中得到異常的沉降曲線，比如從曲線上看出沉降觀測點在沉降中期突然高程上升，我們就要分析其產生的原因并采取相應的措施，保障施工的安全。除了關于時間—沉降量關系曲線，最基本的還有時間—荷載的沉降關系曲線，都反映了沉降過程是否漸趨穩定或已經穩定。最后根據數據編制報告。

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