建筑物的沉降觀測及其精度控制

李愛萍+任雪萍

摘要：建筑建造過程中的一項重要技術(shù)指標(biāo)是建筑沉降觀測，伴隨著高層、超高層建筑的開發(fā)，加強建筑物沉降觀測精度的研究越發(fā)的重要和迫切。在檢測過程中，為了進一步提高沉降觀測精度，本文根據(jù)建筑物的實際情況，對沉降觀測精度控制存在的問題進行深入的分析并進行闡述，同時對觀測步驟，以及改善和提升沉降觀測精度提出相應(yīng)的政策建議，進而為沉降觀測提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：建筑物 ?沉降觀測 ?精度 ?控制

0 引言

對于建筑物、構(gòu)筑物來說，在施工以及使用過程中，沉降觀測是一項重要的工作，同時也是工程備案技術(shù)資料中的關(guān)鍵內(nèi)容，這是因為沉降檢測直接關(guān)系到建筑的施工質(zhì)量和建筑物使用的安全性。在這種情況下，需要根據(jù)相關(guān)的建筑設(shè)計規(guī)范，必須對建筑工程的沉降進行觀測，通常情況下，需要進行沉降檢測的建筑主要包括：地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑物、復(fù)合地基或軟弱地基上的設(shè)計等級為乙級的建筑物等。

1 沉降觀測存在的問題

雖然沉降觀測對于建筑物安全運行很重要，對于建筑物的沉降觀測，我國有著明確的規(guī)章制度要求。但是在建筑物實際施工或使用過程中，沉降觀測沒有受到應(yīng)有的重視，主要表現(xiàn)為：一是對于建筑設(shè)計部門來說，在設(shè)計圖紙上沒有詳實的圖示標(biāo)注沉降觀測要求;二是對觀測點的設(shè)置，通常情況下不符合設(shè)計要求;三是對于設(shè)置的沉降觀測時間不符合設(shè)計要求或者相應(yīng)的規(guī)范要求;四是在記錄沉降觀測數(shù)據(jù)的過程中，存在弄虛作假的現(xiàn)象;五是用戶在使用建筑物的過程中，沒有按照規(guī)定要求，對沉降進行繼續(xù)觀測。

2 沉降觀測的基本要求

2.1 正確認(rèn)識沉降觀測的意義

實施沉降觀測對于建（構(gòu)）筑物來說是一項重要的工作。如果建（構(gòu)）筑物處于地基軟弱或者不穩(wěn)定的地區(qū)，或者建（構(gòu)）筑物上部荷載與自重較大，在這種情況下，進行沉降觀測顯得尤為重要。在對建筑的沉降進行觀測的過程中，其具體的觀測操作需要按照規(guī)范要求進行。在監(jiān)測過程中，只有確保觀測數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，在一定程度上才能科學(xué)預(yù)測建筑物未來的變形情況，同時為建（構(gòu)）筑物施工給予科學(xué)合理的指導(dǎo)，進一步為工程建設(shè)提供參考依據(jù)，從而達到監(jiān)測建筑物變形的目的。

2.2 對于沉降觀測的觀測點、觀測數(shù)量和時間等指標(biāo)，按照設(shè)計規(guī)范的相關(guān)要求，建筑設(shè)計部門需要在施工說明或施工圖中進行明確。建筑實際變形程度或變形趨勢通過變形測量得以真實反映，進而在一定程度上對已建工程及建筑場地的穩(wěn)定性進行有效的監(jiān)測。在施工及運營期間，通過對新建工程進行監(jiān)測，進一步驗證核實地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，為深入分析工程質(zhì)量提供依據(jù)，并且在一定程度上為研究地區(qū)建（構(gòu)）筑物變形規(guī)律積累相應(yīng)的經(jīng)驗。

2.3 在對建（構(gòu)）筑物進行沉降監(jiān)測時，施工單位需要嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)范和要求，并且進行嚴(yán)格把關(guān)，同時需要做好下列工作：

①對沉降觀測點進行科學(xué)合理地設(shè)置

a磚墻承重的建筑物。在對建（構(gòu)）筑物沉降進行監(jiān)測的過程中，對于該類建筑物來說，通常情況下，沿著墻每隔8m至10m，需要設(shè)置一個相應(yīng)的沉降觀測點。

b框架結(jié)構(gòu)的建筑物。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物來說，在進行沉降監(jiān)測時，沉降觀測點需要設(shè)置在每個樁基或部分柱基上部。

c浮筏（箱形）基礎(chǔ)的高層建筑。對于浮筏（箱形）基礎(chǔ)的高層建筑來說，沉降觀測點需要沿著縱、橫軸和基礎(chǔ)周邊位置進行合理設(shè)置。

d如果建筑物比較新，在這種情況下，在與原建筑物相互連接的兩邊設(shè)置沉降點。

e對于煙囪、水塔、油灌等構(gòu)筑物來說，通常情況下，沉降觀測點需要沿周邊位置對稱設(shè)置。

f對于嵌入墻體的觀測點來說，其材料通常情況選用元鋼，并且直徑大于12mm，在埋入深度方面，一般超過12cm。

②對沉降觀測的次數(shù)、時間進行合理的設(shè)置

在對建筑物沉降進行觀測時，如果建筑物屬于工業(yè)廠房、公共建筑，或者是超過4層的磚混結(jié)構(gòu)住宅建筑，在這種情況下：在對觀測點進行穩(wěn)固安設(shè)后進行第一次觀測。接著在第三層進行觀測，三層以上每一層都要進行相應(yīng)的沉降觀測，在建筑物竣工后進行一次觀測。

③穩(wěn)妥確定水準(zhǔn)點

所謂水準(zhǔn)點是指對各觀測點進行沉降觀測的基準(zhǔn)點，對于基準(zhǔn)點的選擇，通常情況下，其數(shù)量一般不少于2個，并且基準(zhǔn)點要選擇建筑物、巖基等相對固定的部位。

④觀測儀器及觀測方法

a在觀測過程中，使用的水準(zhǔn)儀、鋼水準(zhǔn)尺等觀測儀器，需要經(jīng)過計量部門進行檢驗。

b在對建筑物進行觀測時，利用固定的測量儀器和工具，通過專職人員實施沉降觀測。

c在對建筑物沉降進行現(xiàn)場觀測時，通常使用環(huán)形閉合方法或往返閉合法進行檢查。同一觀測點的兩次觀測之差控制在1mm。

⑤沉降觀測的圖示與記錄

a對于沉降觀測示意圖來說，通常情況下，需要畫出建筑物的底層平面圖，同時需要對觀測點的位置、編號以及水準(zhǔn)基點的位置、編號等進行注明。

b采用建設(shè)部制定的統(tǒng)一表格記錄沉降觀測數(shù)據(jù)。嚴(yán)格核對觀測數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對于觀測數(shù)據(jù)，不得任意更改。

c對于房屋等構(gòu)筑物的沉降量、沉降差等需要控制在地基允許變形值范圍內(nèi)，必要的情況下參見設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定。

d妥善保管沉降觀測資料，以便存檔備查。綜合整理測試數(shù)據(jù)，同時繪制成圖表、曲線，再將測試結(jié)果反饋到設(shè)計和施工中，進而在一定程度上對施工組織設(shè)計進行優(yōu)化。

e為工程積累相關(guān)參數(shù)，進而在一定程度上充分發(fā)揮監(jiān)測的作為。對于建（構(gòu)）筑物來說，在其沉降沒有穩(wěn)定的情況下，需要用戶繼續(xù)對沉降進行觀測。

3 實施沉降觀測的步驟

3.1 設(shè)置水準(zhǔn)點和觀測點

根據(jù)工程的特點，設(shè)置水準(zhǔn)點，同時根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，制定相應(yīng)的測量方案，水準(zhǔn)控制點及工程的測量方案和布網(wǎng)原則建立水準(zhǔn)控制網(wǎng)，通常情況下由建設(shè)單位提供。為了對水準(zhǔn)點的位置進行校核，在一定程度上避免變動水準(zhǔn)點出現(xiàn)差錯。選擇水準(zhǔn)點位置需要遵守下列要求：endprint

①布設(shè)水準(zhǔn)點的數(shù)目需要超過三個，并且水準(zhǔn)點的間距控制在100m;

②在建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)壓力影響的范圍以外設(shè)置水準(zhǔn)點;

③水準(zhǔn)點應(yīng)設(shè)置在能保證在整個沉降觀測期間穩(wěn)定不變和不會被施工破壞或觀測時視線受阻擋的位置;

④在場內(nèi)進行觀測時，架設(shè)的儀器能夠后視到兩個以上的水準(zhǔn)點，水準(zhǔn)點與建筑物觀測點的高差最好能安置一次儀器就能測得，且視線長度控制在35m，進而在一定程度上為觀測提供便利，同時提高觀測精度。

在布設(shè)沉降觀測點的過程中，需要全面反映變形的程度或變形的趨勢，并且能夠根據(jù)地質(zhì)情況及建筑結(jié)構(gòu)的特點進行確定。在施工期間和建成后，確保沉降觀測點的位置能夠進行順利的觀測，通常情況下，在建筑物的四角、地質(zhì)條件變化處等沉降變化顯著的地方布設(shè)觀測點。在建筑物上設(shè)置沉降觀測點時，需要確保觀測點縱橫的對稱性，并且相鄰觀測點的間距控制在15m～30m。對于沉降觀測點布點圖，需要結(jié)合平面設(shè)計圖紙的實際進行繪制，進一步確定沉降觀測點的具體位置。在對建筑物沉降進行觀測時，為了確保觀測路線的一致性，通常情況下，在水準(zhǔn)點和沉降觀測點之間建立固定的觀測路線，并且在站點與轉(zhuǎn)點處做好標(biāo)記。

3.2 沉降觀測的周期

對于建（構(gòu)）筑物沉降變化規(guī)律，通過沉降觀測的周期能夠得以準(zhǔn)確反映。觀測建（構(gòu)）筑物的沉降，其觀測時間通常情況下其限制條件非常嚴(yán)格，并且首次觀測需要及時進行，否則進行沉降觀測的原始數(shù)據(jù)難以獲得，使得觀測結(jié)果的完整性受到不同程度的影響和制約，必要的情況下，進行復(fù)測，復(fù)測一般需要根據(jù)工程的進展情況定時進行。在對建筑物沉降進行復(fù)測時，要避免發(fā)生漏測、補測現(xiàn)象。

3.3 施測沉降觀測

編制工程施測方案，確定觀測周期，穩(wěn)固安裝觀測點后，通常情況下需要進行及時的首次觀測。以后各次觀測需要與首次觀測的沉降觀測點的高程值進行對比分析，在精度方面，一般要求比較高。在對觀測點進行施測時，一般采用N2級水準(zhǔn)儀，并且在周期觀測兩次后決定每個觀測點首次高程。隨著建筑物施工的不斷進行，需要將臨時觀測點上移一層，同時進行相應(yīng)的觀測，直到0.00，在這種情況下，按照規(guī)定埋設(shè)永久觀測點，然后依次循環(huán)，直至工程項目竣工。

3.4 輸出沉降觀測的成果

①沉降觀測點平面布置示意圖;

②時間與沉降量關(guān)系曲線和時間與荷重關(guān)系曲線圖;

③沉降量統(tǒng)計表;

④根據(jù)沉降量，對沉降曲線圖進行統(tǒng)計，在這種情況下，可以對建（構(gòu)）筑物的沉降趨勢進行預(yù)測，及時向有關(guān)主管部門反饋建（構(gòu)）筑物的沉降情況，進而在一定程度上及時采取預(yù)防或善后措施。

4 確定沉降觀測精度指標(biāo)

在施工過程中，建筑物本身結(jié)構(gòu)、應(yīng)力作用不當(dāng)都會造成建筑物發(fā)生變形，另外，工程的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等，同樣可能引發(fā)建筑物發(fā)生變形等。

4.1 確定沉降觀測精度指標(biāo)受觀測目的的影響和制約。在當(dāng)前社會條件下，對建筑物沉降進行觀測，其目的主要表現(xiàn)為：安全監(jiān)測、積累資料和科學(xué)實驗。進行變形觀測進一步積累資料這種目的得到統(tǒng)一，在這種情況下，可以適當(dāng)降低精度指標(biāo)，對于另兩種目的精度指標(biāo)可以適當(dāng)?shù)靥岣咝?/p>

4.2 建筑物的允許變形值影響并制約著沉降觀測精度指標(biāo)的確定。建筑的性質(zhì)、重要性、安全可靠等因素決定著建筑物的允許變形值。一般情況下，對于重要建筑物來說，其允許變形值都很小，一般建筑物次之，對于次要的建筑物，其允許變形值可以適當(dāng)大些。

4.3 對于沉降觀測精度指標(biāo)，其確定需要考慮這種指標(biāo)的需要與可能。通常情況下，需要就是需要怎樣的精度指標(biāo)，一般由設(shè)計、施工、測量等人員共同商定;也就是在已有的技術(shù)、儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上，需要達到的觀測精度目的。

5 沉降觀測精度控制的策略

5.1 布設(shè)完善的水準(zhǔn)網(wǎng)，精確水準(zhǔn)測量基點

對建筑物沉降進行觀測，其中水準(zhǔn)基點是基礎(chǔ)點，其特點是具有固定性和永久性，通過該點能夠觀測地基以及變形深基坑的不均勻沉降等。所以說，健全水準(zhǔn)測量網(wǎng)和確定水準(zhǔn)點成為觀測建筑物沉降的關(guān)鍵。在對工程項目進行測量時，為了提高監(jiān)測的精度，一個測量組通常情況下需要涵蓋三個水準(zhǔn)點，并且配備一個固定的測量站，對于網(wǎng)形技術(shù)人員可以優(yōu)先選擇，同時以水準(zhǔn)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在一定程度上合理設(shè)置高程起算點，進一步對地下點、墻壁點以及水準(zhǔn)基點等進行確定。在選擇和設(shè)置水準(zhǔn)基點過程中，對于穩(wěn)定性高、安全系數(shù)高的地點需要給予優(yōu)先選擇，監(jiān)測距離和埋深深度需要按照沉降觀測技術(shù)規(guī)范進行設(shè)置，例如永久觀測點設(shè)置在墻體半米高處，對于超大型建筑物來說，水準(zhǔn)基點的數(shù)量可以適量增加等。此外，技術(shù)人員需要對氣候變化，地質(zhì)條件等外界環(huán)境因素進行考慮，因為這些因素在一定程度上影響水準(zhǔn)基點的選擇和監(jiān)測。通過對水準(zhǔn)基點的設(shè)置和標(biāo)示進行不斷的完善，沉降觀測的精度可以大大提高。

5.2 準(zhǔn)確設(shè)置沉降觀測點，保障其準(zhǔn)確性

在對建筑物開始測量、監(jiān)測前，對于建筑沉降觀測點的位置、數(shù)量等，需要技術(shù)人員進行核對，同時對建筑物的結(jié)構(gòu)形式、外觀樣式等因素進行綜合考慮，進而在一定程度上準(zhǔn)確的布設(shè)沉降觀測點。例如，可以將沉降監(jiān)測點的位置設(shè)置在距深基坑支護結(jié)構(gòu)上的鎖口梁10-15m的位置上，同時可以在基坑與支護陽角的位置增設(shè)相應(yīng)的監(jiān)測點。另外，在設(shè)置沉降監(jiān)測點過程中，通常情況下還需考慮新舊建筑、高低建筑等影響，進而在一定程度上準(zhǔn)確反映建筑物變形特征，同時可以大大提高沉降觀測的精度。如果建筑物處于地震帶上，應(yīng)加強設(shè)置煙囪等局部構(gòu)造處監(jiān)測點。最后，對于高層建筑的特殊性需要給予考慮，為了充分提高觀測精度，可以將沉降監(jiān)測點設(shè)置在高層建筑的承重墻、堆荷等位置上。

5.3 對沉降監(jiān)測時間進行嚴(yán)格把控

對建筑物沉降進行周期性監(jiān)測，其目的是對建筑物的變形和沉降情況進行準(zhǔn)確掌握。對于建筑物來說，在正式投入使用前，通常情況下，需要每個季度進行一次觀測，直到建筑沉降數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。在特殊情況下，通過增加監(jiān)測頻率的方式，進一步對高層建筑物的鎖口梁、地下室的澆筑等位置進行檢測。在控制檢測時間的過程中，對于相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和要求，技術(shù)人員必須嚴(yán)格落實。endprint

6 測量誤差的來源

6.1 儀器誤差

儀器誤差測量儀器本身及其附件引入的誤差。例如儀器的零點漂移、圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)不平行于儀器的垂直軸、水準(zhǔn)管軸不平行于望遠鏡的視準(zhǔn)軸等引起的誤差。測量中使用的儀器和工具不十分完善，致使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。例如：用普通水準(zhǔn)尺進行水準(zhǔn)測量時，最小分劃為5mm，就難以保證毫米數(shù)的完全正確性。經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀檢校不完善產(chǎn)生的殘余誤差影響，例如：水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸部平行于水準(zhǔn)管軸，水準(zhǔn)尺的分劃誤差等。這些都會使觀測結(jié)果含有誤差。

6.2 人為誤差

測量人員由于分辨力、視力疲勞、不良習(xí)慣或缺乏責(zé)任心，如讀錯數(shù)字、操作不當(dāng)?shù)纫鸬恼`差。測量人員除完全自動測量外，測量總離不開人的操作。測量人員的工作責(zé)任心、技術(shù)水平、操作的熟練程度以及測量習(xí)慣等因素都可能造成測量誤差的產(chǎn)生。

6.3 環(huán)境誤差

觀測過程中，外界條件的不定性，如溫度、陽光、風(fēng)等時刻都在變化，必將對觀測結(jié)果產(chǎn)生影響，例如：溫度變化使水準(zhǔn)尺產(chǎn)生伸縮，陽光照射會使儀器各部分受熱不均使軸線關(guān)系因此改變、風(fēng)大時會使儀器抖動、不易精平等都會引起誤差;較陰的天氣會使目標(biāo)不清楚等。

通常把以上幾種因素綜合起來稱為觀測條件，可想而知觀測條件好，觀測中產(chǎn)生的誤差就會小，反之，觀測條件差，觀測中產(chǎn)生的誤差就會大。

7 減弱誤差的方法

為了進一步提高變形觀測成果的精度，通常情況下，需要按照規(guī)定的時間進行觀測，并且在觀測過程中，需要采取相應(yīng)的措施，進而在一定程度上降低誤差。

7.1 五固定：①對使用的儀器、設(shè)備等進行相應(yīng)的固定。②固定相應(yīng)的觀測人員。③固定觀測的時間。④固定沉降觀測的路線、鏡位、程序和方法。⑤固定變形觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點和工作基點。觀測建筑物變形，需要以基準(zhǔn)點作為參考依據(jù)，對于每項工程來說，其穩(wěn)固可靠的基準(zhǔn)點，通常情況下不少于3個，并且每半年進行一次復(fù)測。在觀測過程中，可以直接使用的依據(jù)點就是工作基點，工作基點一般選在距觀測點較近，并且比較穩(wěn)定的地方。對于高層建筑來說，如果通視條件比較好或者觀測項目比較少，在這種情況下，可以不設(shè)置工作基點，而直接按照基準(zhǔn)點進行觀測。在被觀測物上最能反映變形特征的位置設(shè)置變形觀測點。

7.2 儀器選擇要合適并且要定期檢校

在對建筑沉降檢測的過程中，結(jié)合精度要求高的特點，建（構(gòu)）筑物在不斷加荷的情況下，為了能精確地反映沉降情況，通常情況下，測量誤差應(yīng)控制在變形值的1/101/20，在這種情況下，需要使用S1或S05級精密水準(zhǔn)儀進行觀測，水準(zhǔn)尺選擇高精度的銦合金水準(zhǔn)尺，這種水準(zhǔn)尺受環(huán)境及溫差變化的影響比較小。

7.3 周密的研究選擇合適的測量方法

采用一些專門的測量方法，如替代法、交換法、對稱測量法、減小周期性系統(tǒng)誤差的半周期法。

7.4 減弱外界環(huán)境的影響

觀測時應(yīng)盡量使視線保持一定高度，一般規(guī)定視線須高出地面0.2m，可減少大氣折光的影響。為了消除和減弱因日照及風(fēng)力引起的誤差，除了選擇好的天氣測量外，給儀器打傘遮光等都是消除和減弱其影響的好方法。

8 結(jié)語

沉降觀測是一項長期、復(fù)雜且系統(tǒng)的工作。持續(xù)改善和提高建筑物沉降觀測精度是一項非常有意義的工作，在如實反映建筑物沉降變化、評定建筑物的安全性、提高建筑物質(zhì)量等方面具有非常重要的作用。因此，沉降觀測的作業(yè)人員，不但要具有一定的測量理論基礎(chǔ)，而且還應(yīng)具備工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、建筑結(jié)構(gòu)方面的知識，可見建筑物沉降觀測不僅僅是測量學(xué)科范圍內(nèi)的，也是一門交叉學(xué)科。通過上述探究分析，為了進一步提高建筑物沉降觀測的精度，通常情況下，需要綜合考慮各種因素對沉降量和測量誤差的影響，并且從技術(shù)層面進行不斷改善，同時提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，對相關(guān)的規(guī)范規(guī)定等進行嚴(yán)格的落實，這些對于提高觀測精度具有非常重要的作用。

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