基坑及建筑物沉降監測新方法研究

何 杰，葛利輝

(四川中水成勘院測繪工程有限責任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

隨著國民經濟的高速發展，基建技術不斷提高，但由于土地資源有限，為了充分發揮土地資源的作用，無論是工業還是民用建筑都逐步朝著高層方向發展。基坑及建筑物通過各種監測數據進行安全判定，其監測方法、監測等級和監測頻次是根據相關規范要求確定的，其中最為常見的監測方法是水準測量法沉降監測。

1 水準測量法沉降監測

1.1 水準測量的誤差來源及影響

1.1.1 儀器誤差

(1)i角誤差的影響。由于儀器經i檢校后不可能使視準軸完全保持水平，因此水準尺讀數將會產生與距離成正比的誤差δS，其計算公式為：

δS=i″(S后-S前)/ρ″

(1)

式中，δS為i角產生的誤差；S后為后視距離；S前為前視距離；ρ″=206 265。

(2)ψ角誤差的影響。ψ角誤差是視準軸與水準軸的交叉角，在儀器垂直軸不嚴格垂直時，對水準尺讀數將會產生與距離成正比的誤差。

(3)水準尺每米長度誤差的影響。設水準尺每米間隔平均真長誤差f對高差h的改正數δf為：δf=hf。規范規定出測前與收測后水準標尺每名義米長的變化不大于30 μm，則取平均值進行改正。

(4)兩水準尺零點差的影響。受制造精度和后期使用的影響，兩水準尺的零點誤差不可能完全一致，設a水準尺零點差為Δa，b水準尺零點差為Δb，則第一站高差、第二站高差，以及兩站高差之和分別為：

h12=(a1-Δa)-(b1-Δb)=(a1-b1)-(Δa-Δb)；h23=(b2-Δb)-(a2-Δa)=(b2-a2)-(Δb-Δa)；h13=h12+h23=(a1-b1)+(b2-a2)

(5)水準標尺垂直軸與水準標尺圓水準器垂直軸不平行誤差的影響。水準標尺垂直軸與水準標尺圓水準器垂直軸不平行，則存在下述關系：

h觀=h實/cosα

(2)

式中，h觀表示觀測高差；h實表示實際高差；α表示標尺氣泡垂直軸與標尺的交角。

若h實=1 000 mm，α=1°，其觀測誤差有152.3 μm，即使α=0.5°時，其觀測誤差也有38.1 μm，由此可見水準標尺的垂直度誤差是不容忽視的。

1.1.2 外界因素引起的誤差

外界因素引起的誤差主要為：

(1)溫度變化對i角的影響。

(2)水準標尺溫度改正。一測段高差改正數?由式(3)計算：

?=∑[(t-t0)×α×h]

(3)

式中，?為溫度改正數；t為標尺溫度；t0為標尺檢定溫度；α為標尺線膨脹系數；h為往測或返測高差。

(3)儀器和水準尺垂直位移的影響。

(4)大氣垂直折光的影響。

(5)磁場對補償式自動安平水準儀的影響。

1.1.3 觀測誤差

觀測誤差主要有：水準器氣泡居中的誤差、照準水準標尺上分劃的誤差和讀數誤差。

1.2 控制水準測量誤差影響的方法

根據上述分析可知，要有效地控制測量誤差影響，除了對儀器設備精密檢校外，還應按照下列要求觀測：

(1)觀測前30 min將儀器置于露天陰涼處，使其與外界氣溫趨于一致，儀器觀測和遷站時應有測傘遮蔽陽光。

(2)應在前后視距較差和累計前后視距較差符合相應等級規范要求的位置，嚴格放置平儀器進行觀測。

(3)同一站觀測不得兩次調焦，轉動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉方向應為旋進。

(4)相鄰兩測站觀測：往測奇數站按“后前前后”、偶數站按“前后后前”，返測觀測順序與往測相反，每一測段應進行往返測，且測站應為偶數，往測轉返測時應互換兩水準尺的位置。

(5)在連續各站安置儀器時，應使兩腳螺旋與水準路線方向平行，第三腳螺旋交替置于路線方向的左右側。

(6)一個測段的往返側應在不同的氣象條件下進行，如分別在上午和下午觀測。

(7)在水準測量的觀測工作間歇時，最好能結束在水準點上，否則應選兩個穩定、光滑突出、便于放置水準尺的固定點作為間歇點加以標記。間歇后檢測高差符合規范要求，就可以從間歇點起測；如只選一點作間歇點，間歇后應仔細檢視確認未發生位移，方可從間歇點起測。

1.3 基坑及建筑物沉降監測新方法

按規范要求，基坑及建筑物沉降監測點的密度大、點間高差小、監測頻次高，由于測繪行業競爭異常激烈，項目中標價款低，可材料和人工成本在不斷地升高，那么企業要獲得效益，只能從滿足規范的要求下，設法提高監測工作效率。本文介紹了一種不僅滿足規范要求，還能提高監測精度和工作效率的監測方法。

基坑及建筑物沉降監測新方法：鑒于基坑及建筑物沉降監測點的密度大、點間高差小的特點，根據監測點的實際分布情況，對于一站能夠測定的采用一站方式上點法觀測，其余情況則采用任意站(奇數站或偶數站)上點法進行觀測，而在起始和閉合點或附合點均加測一站，這樣就能夠采用數據處理的方法，使得各監測點相對于起閉點的高差滿足規范規定的偶數站高差之和的要求。具體作業方法：第一站在起始點上按水準測量的要求測定兩根水準尺的零點差，接著進行其它監測點的水準測量，當前視標尺上閉合點或附合點測量完成后，再進行最后一站的測量，按水準測量的要求測定兩根水準尺的零點差，高差計算時，雙站高差是以第一根水準尺為起始站的高差，單站高差則是以第二根水準尺為起始站的高差，由此可見采用新方法測得的高差既滿足規范的要求，又提高了監測效率，并且因測站減少使得監測點的測量精度更高。

2 案例分析

2.1 某監測工程單期監測成果

某水電站大壩壩后橋沉降監測點分布見圖1。沉降監測按照《建筑變形測量規范》(JGJ 8-2016)要求的二等水準常規方法進行，測站高差中誤差按0.5 mm計算，各測段高差中誤差和監測點高程中誤差見表1，按新方法進行的觀測成果及平差成果見表2和表3。

圖1 壩后橋沉降監測點分布

表1 常規二等水準監測成果

表2 奇數站監測點的平差成果

表3 偶數站監測點的平差成果

2.2 觀測工作量比較

從2.1節觀測成果可知，常規觀測方法的觀測站數為16站，新方法的觀測站數為11站，觀測站數比較見表4。

從表4中合計可知，新方法與常規方法相比，觀測效率提高了31%。一般情況下，新方法的觀測站數=常規觀測法站數/2+2，設常規觀測站數為100站，則新方法觀測站數為52站，由此可見新方法可少觀測48站。

表4 觀測工作量比較

2.3 成果精度比較

本項目監測點平差成果及精度比較見表5。從表5可知，新方法與常規方法相比，最弱點LN4精度提高約23%。

表5 監測點平差成果及精度比較

3 結 論

本文通過對水準測量誤差來源和誤差控制觀測方法的分析，結合基坑及建筑物沉降監測的特點，提出了一種新的水準測量沉降監測法，并通過案例對常規沉降監測法和新沉降監測法進行分析比較，得出以下結論：

(1)新沉降監測法符合規范要求；

(2)新沉降監測法能夠大幅度提高工作效率；

(3)新沉降監測法能夠大幅度提高最弱監測點的精度。