建筑物沉降觀測精度控制的策略分析

張 健 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

建筑物沉降觀測是對建筑物或土地沉降行為進行監測和評估的過程，對于確保建筑物結構的安全性至關重要。建筑物的沉降可能由多種因素引起，包括地下水位變化、土壤壓縮、地下開采活動等。因此，精確的沉降觀測能夠及時發現和評估建筑物的變形情況并提供重要的參考信息，以便采取適當的維護和修復措施，確保建筑物的長期穩定。然而，建筑物沉降觀測的精度控制是一個復雜的任務，觀測精度的不足可能導致對建筑物變形的誤判，進而影響安全評估和結構設計。因此，在建筑物沉降觀測過程中，制定有效的精度控制策略是至關重要的。

1 沉降觀測方法

在外力、固定荷載及不定荷載的作用下引起的建筑物的豎直方向的位移稱為沉降。沉降量過大會危及到建筑物的使用安全性，不均勻沉降過大更會導致建筑物發生傾斜甚至倒塌。因此對建筑物的沉降進行觀測是至關重要的。對建筑物進行階段性的沉降監測，及時了解其沉降情況，并對數據進行合理分析及預測，有助于保障建筑物的穩定性及安全性。

在建筑物沉降觀測中，選擇適當的觀測方法對于獲得準確可靠的結果至關重要。沉降觀測方法一般有水準測量方法、靜力水準測量方法、三角高程測量方法、激光測量方法等。水準測量法以操作簡單、精度高、速度快被廣泛使用，它基于地球重力場的原理，通過測量水平線的高差來確定建筑物的沉降情況。水準儀測量精度高，可以實現較小的觀測誤差，在較小范圍內或觀測點高差較大的情況下，水準測量是一種可靠的選擇。

2 測量設備校準

測量設備的準確性對于建筑物沉降觀測的精度至關重要。準確的測量設備可以提供可靠的觀測數據，確保對建筑物沉降行為的準確監測和評估。因此，進行測量設備校準是保證建筑物沉降觀測精度的重要步驟。測量設備校準是指通過與已知準確值進行比對，檢驗和調整測量設備的測量誤差，以確保其準確性和可靠性。由于測量設備在使用過程中可能會出現漂移、磨損、溫度影響等因素，因此定期進行校準非常必要。只有準確的測量設備才能提供可靠的觀測數據，從而確保建筑物沉降觀測結果的準確性。常見的測量設備校準方法如下所示。

①儀器校準是通過與標準儀器進行比對，檢驗和調整測量設備的測量誤差。這種方法可以發現并修正設備本身的系統誤差和漂移現象。例如，使用已知準確值的校準板對測距儀進行校準，或使用標準角度器校準角度測量儀。

②定標是指通過測量標準樣品或標定物來確定測量設備的測量特性。例如，對全站儀進行角度定標，使用已知角度值的標定物來校準全站儀的角度測量準確性。對電子水準儀水準校核，確保視線水平。總之測量儀器使用前要有專業機構的合格證書和校核證書，儀器本身要有儀器編號和型號。

③檢驗是指通過對測量設備的測量結果進行對比和驗證，以評估其準確性。可以使用已知準確值的基準點或參考物來驗證測量設備的測量結果。例如，使用已知高程的基準點對水準測量結果進行驗證，水準儀測高層建筑物，做好閉合環線，控制誤差在規范允許范圍內。

3 數據處理與分析

數據處理與分析是確保建筑物沉降觀測結果精確性的關鍵步驟。通過對觀測數據進行有效地處理和分析，可以消除誤差并保證建筑安全性，提高觀測結果的準確性和可靠性。數據收集是指在建筑物沉降觀測過程中獲取原始觀測數據的過程，這包括從水準儀水準測量、全站儀測量、GPS測量等設備中獲取數據，并進行記錄和存儲。在數據收集過程中，需要注意保證數據的準確性和完整性，避免數據采集誤差和遺漏。數據校正是對原始觀測數據進行修正和校準，以消除系統誤差和儀器漂移等因素的影響，校正可以包括大氣校正、儀器校準、溫度校正等，例如，在全站儀測量中，需要對觀測角度進行大氣校正和儀器校準，以提高角度測量的準確性。異常值檢測是對觀測數據中的異常值進行識別和處理的過程，異常值可能由于測量誤差、環境干擾或設備故障等原因引起，對觀測結果產生不良影響，通過統計分析和數據模型，可以識別和排除異常值，確保觀測數據的準確性和可靠性。數據模型擬合是通過數學模型對觀測數據進行擬合和分析的過程，建立合適的數學模型可以更好地描述建筑物沉降的變形特征，并從觀測數據中提取有用的信息，常用的數據模型包括線性回歸模型、非線性模型等。通過對數據進行模型擬合，可以獲得建筑物沉降的趨勢、速率和幅度等關鍵參數。

通過有效的數據處理與分析，可以提高建筑物沉降觀測的精度和可靠性。這些步驟有助于消除觀測誤差和噪聲，準確地評估建筑物的沉降情況，并提供可靠的數據支持，為結構設計和維護提供重要的參考依據。

4 質量控制與質量保證

4.1 建立質量控制流程

建立質量控制流程是確保建筑物沉降觀測質量的關鍵步驟，質量控制流程應包括觀測前、觀測中和觀測后的各項控制措施。在觀測前，應制定觀測計劃、明確觀測目標和要求并做好觀測設備和儀器的準備工作；在觀測中，應進行現場質量控制，包括設備校準、數據收集和記錄等，以保證觀測數據的準確性和可靠性；在觀測后，需要對數據進行質量驗證和分析，確保觀測結果的可信度和可靠性。

4.2 現場質量控制

現場質量控制在建筑物沉降觀測中起著關鍵作用，它涉及到對現場環境和觀測操作的全面控制和監督，以確保觀測結果的準確性和可靠性。

現場質量控制還要避免觀測現場的干擾和誤操作。建筑物沉降觀測通常需要在復雜的現場環境中進行，如高樓、繁忙的城市區域或振動源附近等。在選擇觀測點和布置觀測設備時，需要充分考慮周圍環境的影響，并采取相應的防護措施，如隔離振動源、控制周圍施工活動等。另外，現場質量控制還包括對觀測數據的實時監測和分析，如果發現數據異常，就要進行復核或者重測對比，以確保觀測結果的可靠性。

4.3 數據質量驗證

數據質量驗證是對觀測數據進行評估和驗證，以確保數據的準確性和可靠性。這可以通過與已知準確值進行對比、重復觀測和數據分析等方法來實現。

4.4 質量保證

質量保證是指在整個建筑物沉降觀測過程中確保質量標準和要求的實現。質量保證在建筑物沉降觀測中扮演著重要角色，它旨在確保整個觀測過程中的質量標準和要求得到有效實現。質量保證確保觀測設備和儀器的準確性和穩定性。這包括確保觀測設備進行準確的校準和標定以及定期檢驗和維護設備的性能，通過使用準確、穩定的設備，可以降低觀測誤差，提高觀測結果的可靠性。

標準操作規程規定了觀測操作的步驟和要求，確保操作人員按照統一的標準進行觀測，減少人為誤差的產生。并且觀測期間盡量用統一的觀測小組。

通過建立質量控制流程、進行現場質量控制和數據質量驗證、實施質量保證措施，可以確保建筑物沉降觀測的可信度和可靠性。這些措施有助于減少誤差和不確定性，提高觀測結果的精度和可靠性，并為工程決策和結構評估提供可靠的依據。筑后采用后植筋法安裝，測點布設如圖1所示。

圖1 沉降觀測點布設圖

③觀測周期

該高層建筑物施工期間每三層觀測一次，至封頂共計觀測9 次，封頂后每三個月觀測一次，封頂后共計觀測8 次，總計觀測17次。

④數據處理與分析

在該建筑觀測期間，對基準點總計進行10 次復測，三個基準點的高差變化均小于0．50mm，基準點較穩定。在每次觀測結束后，利用數據處理軟件對觀測數據進行及時處理，得到相應沉降量及沉降變化速率，并分析其變化趨勢。

5 高層建筑沉降觀測實例

5.1 工程概況

濱湖中海玖悅商業區寫字樓建筑面積39656．29 m2，高度98．4m，層數為23層，結構類型為框筒結構。現對該高層建筑進行沉降觀測，按《建筑變形測量規程》（JGJ 8-2016）二等水準精度要求，所使用的儀器及限差如表1所示。

表1 數字水準儀觀測限差 （單位：mm）

5.2 觀測方案

①基準點確定

在觀測開始之前，在遠離該建筑物施工現場約100～120m 的堅實路面上使用Φ20 螺紋鋼布設三個基準點，記為BM1、BM2、BM3，并假定BM1 高程為10．00000m。并在整個監測期間對基準點高程進行定期復測以確保其穩定性。3 個基準點與下面布設的6 個沉降觀測點構成閉合水準線路并形成基準網。

②沉降觀測點布設

根據規范要求，在該高層建筑主體的四角及較長邊兩點中間的地方布設6個觀測點，分別記為C1-1、C1-2、……、C1-6。觀測點布設于高出±0．000m 約400～500mm 的區域，并在底層墻柱澆

5.3 結果分析與討論

在整個沉降觀測期間，觀測點的相關觀測數據如表2 所示（考慮到篇幅限制，僅展示GJ1、GJ2 具體數據）。各測點沉降觀測曲線如圖2所示。

表2 測點沉降監測數據表

圖2 沉降觀測點位移-時間曲線

根據表2 中各點的數據，可以得到：在整個觀測周期內，建筑物最大沉降量為12．41 mm（C1-6），最小沉降量為11．87 mm（C1-2），相鄰兩點間最大差異沉降量為0．50 mm；沉降觀測速率隨著時間的推移逐漸減小，最終趨于0；建筑物沉降總量在安全范圍內，且無不均勻沉降。

6 結束語

綜上所述，在建筑物沉降觀測中，保證觀測結果的精度和可靠性至關重要。本文通過探討建筑物沉降觀測精度控制的策略，包括選擇適當的觀測方法、測量設備的準確性、數據處理與分析以及質量控制與保證的重要性，提出了一系列有效措施來確保觀測結果的精確性和可靠性。通過選擇適當的觀測方法、進行有效的數據處理與分析以及實施質量控制和質量保證，可以確保建筑物沉降觀測結果的精確性和可靠性，為工程決策和結構評估提供可靠的依據，從而保障建筑物的安全和可持續發展。