第二教学楼沉降监测方案设计与实施.docx
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第二教学楼沉降监测方案设计与实施
毕业设计（作业）
毕业选题
：
湖南软件职业学院第二教学楼沉降监测方案设计与实施
学生姓名
：
院系名称
：
测绘工程系
所学专业
：
工程测量与监理
目录
第一章布设的目的3
1.1工程概况3
1.2变形观测点的实施3
1.3沉降观测点的实施3
第二章作业方法和技术标准6
2.1基准点的设置6
2.2观测周期及频率的确定7
2.3用三等水准进行沉降观测8
2.3.1三等水准测量观测方法和精度要求8
第三章实施与计划安排9
3.1基准点三等水准测量实施过程：
9
3.2沉降观测各等级精度要求和观测方法10
3.3沉降观测的成果整理10
第4章精度分析及总结13
结论15
参考文献16
致谢17
第一章工程概况及观测点位设置
1.1工程概况
本次毕业设计的内容是我校第二教学楼的沉降观测。
湖南软件职业学院位于学院南半部中心位置，由金桥集团股份有限公司承建，建筑面积8000平方米，框架结构，建筑高度27米。
是我校的重点建筑物。
该工程设计先进，构思独特、结构复杂、积极采用新技术、新工艺，实现了节能降耗、优质施工。
根据设计要求该建筑在施工过程及运营期间需要进行沉降观测，直至无沉降为止。
我校第二教学楼于2012年6月建成，至现在已有二年半，所以本次观测属于建筑物落成后运营期间的沉降变形观测。
第二教学楼位于立志路南段，其周围控制点有C001、C017、C016、C015等。
1.2变形观测点的布设
建筑物确定需要进行沉降观测之后，在工程开工之初，应根据设计图纸的安排做好沉降观测策划工作、制定沉降观测方案，对于符合条件的应委托有资质的单位观测，适时埋设观测点。
一、沉降观测点布设原则
沉降观测点是固定在待观测对象上的测量标志，应牢固地与待观测对象结合在一起，便于观测，并尽量保证在整个沉降观测期间不受损坏。
为了能够反映出建（构）筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。
一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以15-30米为宜，均匀地分布在建筑物的周围。
通常情况下，建筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。
此外，埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段，是否会因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。
观测基准点应设在基坑工程影响范围以外，一般不小于30-50米且数量不应少于两个。
观测点的布设是沉降观测工作中一个很重要的环节，它直接影响观测数据能否真实地反映出建筑物的整体沉降趋势及局部沉降特点。
二、点位选择及埋设要求
根据《建筑物沉降观测方法》DGJ32/J18-2006和《建筑变形测量规范》JGJ8-2007的要求，沉降观测点应布设在能全面反映建筑物地基变形特征的点位，砌筑小阴井加以保护，宜选在下列位置：
A、建筑物的四角、大转角及沿外墙每10~15m处或每隔2～3根柱基上；
B、高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧，不同地质条件、不同荷载分布、不同基础类型、不同基础埋深、不同上部结构、建筑裂缝、后浇带、沉降缝和伸缩缝的两侧，人工地基与天然地基接壤处及填挖方分界处；
C、宽度大于或等于15米，或宽度小于15米但地质条件复杂以及膨胀土地区的建筑物的承重内隔（纵）墙设内墙点，以及框架、框剪、框筒、筒中筒结构体系的楼、电梯井和中心筒处；
D、筏基、箱基的四角和中部位置处；
E、多层砌体房屋纵墙间距6-10米横墙对应墙端处；
F、框架结构建筑的每个或部分柱基上或沿纵横墙轴线上，以及可能产生较大不均匀沉降的相邻柱基处；
G、高层建筑横向和纵向两个方向对应尽端处；
H、邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗滨（沟）处；
I、重型设备基础和动力设备基础的四角、基础形式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧；
J、对于电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸构筑物，应设在沿周边在与基础轴线相交的对称位置上，点数不少于4个。
总之，观测点应设在能表示出沉降特征的点。
如图3-1所示（图示长度单位为mm），沉降观测点可用角钢预埋在墙内；如是钢结构，则可将角钢焊在钢柱上；对建筑物平面部位的观测点，可一将大于Φ20mm的铆钉用1：
2砂浆浇筑在建筑物上。
而对于地面沉降观测点，则需要在地面埋设相应的标石。
在施工期间，经常会遇到沉降观测点被毁，为此一方面可以适当地加密沉降观测点，对重要的位置如建筑物的四角可布置双点。
另一方面观测人员应经常注意观测点变动情况，如有损坏及时设置新的观测点。
三、第二教学楼沉降观测点的布设情况
我校第二教学楼为矩形状，分别在南北两侧各均匀埋设有3个沉降观测点，相邻观测点间隔10米左右由南到北排列，且均位于主要承重部位。
这样的点位布设可以及便于观测，又能够反映整栋楼各部位的沉降情况。
沉降观测标志所用的是内置式预埋标志，位于墙体内部，观测时可用螺栓将其引出，这样一方面起到保护标志防止侵蚀的作用，另一方面也便于保持建筑物整体的美观。
第二章作业方法和技术标准
2.1基准点的设置
沉降观测是根据基准点进行的，因此要求基准点的位置在整个变形观测期间稳定不变。
为保证基准点高程的正确性和便于相互检核，布设基准点数目应不少于三个并构成基准网。
埋设地点应保证有足够的稳定性，设置在受压、受震范围以外，离开铁路、公路和地下管道至少5m。
冰冻地区埋设深度要低于冰冻线0.5m。
为了观测方便及提高观测精度，基准点距观测点不要太远，一般应在100m范围以内；否则，还应布设工作基点。
基准点在开工前埋设并精确测出高程。
据第二教学楼沉降观测点分布情况和周围环境的实际情况，以及为了便于布网平差及对观测点进行实地观测，此次设计在第二教学楼附近布设了4个基准点，构成三角形基准网，通过平差计算可得出各基准点高程。
其中两个基准点可直接对第二教学楼设置的沉降观测点高程进行周期性的观测。
沉降观测期间，根据相关规范，要求这4个基准点间的高差定期进行检测以确保其稳定性。
图3-2第二教学楼沉降观测点分布及基准点设置
变形观测开始前，应根据变形类型、测量目的、任务要求以及测区条件等进行变形观测方案的设计。
变形观测方案编制前，应对观测对象的设计图纸和现场情况进行充分的了解和研究，多方案精度估算和技术经济分析比较后择优选取。
变形观测方案的内容，一般包括：
观测任务及目的、观测的技术标准、观测点的布设、作业方法、观测周期和观测期限等。
变形观测的周期应以能反映所测变形的变化过程且不遗漏其变化时刻为原则，根据单位时间内变形量的大小及外界因素影响确定。
当观测中发现变形异常时，应及时增加观测次数。
变形观测属于精密测量，测量精度要求较高，要做到“技术先进、经济合理、安全适用、确保质量”。
制定合理的变形观测方案是沉降变形观测的第一步，也是非常重要的一项工作，因为它影响到观测的成本以及成果的精度和可靠性，因此，本章结合湖南软件职业学院第二教学楼的沉降观测对建筑物变形观测方案进行了系统研究和精心设计。
2.2观测周期及频率的确定
当基准点和观测点己埋设稳固，建筑物基础施工或基础垫层浇灌后即进行第一次观测，此次观测成果即作为以后沉降变形的衡量依据。
一、施工期间变形观测的周期及频率
（1）建筑物施工阶段的观测，应随施工进度及时进行。
高层建筑物可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。
观测次数与时间视地基与加荷情况而定，一般每加高1-5层观测一次。
（2）施工期间停工时间较长时，应在停工时和重新开工时各观测一次。
停工期间，每隔1-3个月观测一次。
（3）基础附近地面荷载突然增加，周围大量积水及暴风雨后，或周围大量挖方时，均应及时观测。
（4）当发现变形有异常时，应进行跟踪观测，观测频率要大一些。
由于毕业设计受到时间限制，不能进行长周期的观测，只能相应的增加观测频率，根据实际情况缩短观测周期，以分析得到图书馆在短期内的沉降变化情况。
二、建筑物使用阶段的观测次数与频率
建筑物使用阶段的观测周期与频率，取决于沉降变形的大小、速度以及观测目的。
工程竣工初期的观测频率要稍大些，开始可隔1-2个月，或每季度观测一次，以每次沉降量在5-l0mm以内为限度，否则要增加观测次数。
竣工的第一年内，每隔2-3个月观测一次，以后适当延长至4-6个月，第二年半年一次，第三年以后每年一次，直至变形稳定为止。
观测过程中，如遇地震影响、连续大雨水浸等情况，要及时增加观测次数。
当建筑物突发大量沉降、严重裂缝时，应立即连续观测。
三、沉降稳定阶段的判断
沉降是否己进入稳定阶段，可从沉降量与时间关系曲线来判定。
若沉降速度小于0.01-0.04mm/d（老土地区不大于0.01mm/d，软土地区0.04mm/d），就可认为已进入稳定阶段。
2.3用三等水准进行沉降观测
2.3.1三等水准测量观测方法和精度要求
测定控制点高程的工作称为高程控制测量。
采用的测量方法主要是水准测量。
水准测量主要用于地势平坦地区，其优点是测量结果精度较高，缺点是工作量太大。
三等水准测量除用于加密国家控制网外，还作为工程建设和大比例尺地形图测绘的高程控制。
国家三等水准测量的精度要求较高。
对仪器的技术参数、观测程序、操作方法、视线长度及读数误差等都有严格规定。
三等水准测量应沿路线进行往返观测。
每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，否则要加入标尺零点差改正。
由往测转向返测时，必须重新整置仪器，两根水准尺也应互换位置。
工作间歇时，最好能在水准点上结束观测，否则应选择两个坚实可靠、便于放置标尺的固定点作为间歇点，并在间歇点上做上标记，间歇后，应进行检测，若检测结果符合表3-1的限差要求，即可起测。
第三章实施与计划安排
3.1基准点三等水准测量实施过程：
在一测站上水准仪照准双面水准尺的顺序为：
（1）照准后视水准尺黑面，读下丝
（1）、上丝
（2）和中丝读数（3）；
（2）照准前视水准尺黑面，读中丝（4）、下丝（5）和上丝读数（6）；
（3）照准前视水准尺红面，读中丝读数（7）；
（4）照准后视水准尺红面，读中丝读数（8）。
这样的顺序简称为后－前－前－后（黑、黑、红、红）。
要注意的是，每次读数时均应在水准管气泡居中时读取。
闭合差统计报告
几何条件:
闭合水准
路径：
[16-15-01-17]
高差闭合差=2.5（mm）,限差=11.2（mm）
路线长度=0.311（km）
[高差观测成果表]
测段起点号
测段终点号
测段距离（m）
测段高差（m）
01
17
122.5000
0.3455
17
16
49.1000
-0.0940
16
15
88.5000
-0.1150
15
01
51.3000
-0.1340
[高程平差结果表]
点号
高差改正数（m）
改正后高差（m）
高程中误差（m）
平差后高程（m）
备注
01
0.0000
40.7109
已知点
17
-0.0010
0.3445
0.0009
41.0554
17
0.0009
41.0554
16
-0.0004
-0.0944
0.0009
40.9610
16
0.0009
40.9610
15
-0.0007
-0.1157
0.0007
40.8453
15
0.0007
40.8453
01
-0.0004
-0.1344
0.0000
40.7109
已知点
[控制点成果表]
点名
X（m）
Y（m）
H（m）
备注
01
40.7109
已知点
17
41.0554
16
40.9610
15
40.8453
3.2沉降观测各等级精度要求和观测方法
沉降观测点的精度要求和观测方法，根据工程需要，可按表3-1所列选定。
每次施测前应对仪器进行检验。
施测时，尽量做到三固定：
固定观测人员、固定仪器、固定测站和转点（即观测路线相同），以减少系统误差的影响，提高观测精度。
表3-1沉降观测点的精度要求和观测方法单位：
mm
注：
表中n为测站数。
在沉降观测过程中，应对基准点进行定期观测，以检查其稳定性。
此次对图书馆的沉降观测，根据相应规范，使用S3水准仪，按照国家三等水准测量要求进行观测。
3.3沉降观测的成果整理
沉降观测应在每次观测时详细记录建筑物的荷重情况、施工进度、气象情况及注明日期，在现场及时检查记录中的数据和计算是否准确，精度是否合格。
根据水准点的高程和改正后的高差计算出各观测点的高程。
用各观测点本次观测所得高程减去上次观测得的高程，其差值即为该观测点本次沉降量S；每次沉降量相加得累计沉降量∑S。
沉降观测成果汇总表示例见表3-2。
表3-2沉降观测成果汇总表
观察日期：
2014年10月1日至10月1日
沉降观测结果表
观测点编号
第一次
第二次
2014年10月1日
2014年10月15日
标高（米）
沉降量（mm）
标高（米）
沉降量（mm）
本次
累计
本次
累计
A
41.6361
0
0
41.6362
0.2
0.2
B
41.7524
0
0
41.7524
0
0
C
41.9485
0
0
41.9497
-1.2
-1.2
D
41.8855
0
0
41.887
1.5
1.5
E
41.9424
0
0
41.9413
-1.1
-1.1
F
41.6099
0
0
41.6091
0.8
0.8
G
41.9503
0
0
41.9515
1.2
1.2
H
41.6713
0
0
41.6708
-0.5
-0.5
平均沉降量（mm）
0
0
0.11
0.11
平均沉降速度（mm/d）
0.007
0.007
工程状态
运营使用中
运营使用中
观测者
李永
丁观清
记录着
廖鹏程
杨健伟
立尺人员
唐万义、董彪
张林、成石强
观察日期：
2014年11月1日至12月1日
沉降观测结果表
观测点编号
第三次
第四次
2014年11月1日
2014年11月15日
标高（米）
沉降量（mm）
标高（米）
沉降量（mm）
本次
累计
本次
累计
A
41.6351
-1.00
-0.80
41.6369
0.80
0.00
B
41.7540
1.60
1.60
41.7529
0.50
2.10
C
41.9491
0.60
-0.60
41.9479
-0.60
-1.20
D
41.8866
0.10
1.60
41.8849
-2.00
0.40
E
41.9414
-1.00
-2.10
41.9434
1.00
-1.10
F
41.6099
-1.30
-0.40
41.6111
1.20
0.80
G
41.9517
1.40
2.60
41.9579
-2.40
0.20
H
41.6708
-0.50
-1.00
41.6706
-0.70
-1.70
平均沉降量（mm）
-0.01
0.11
-0.28
-0.06
平均沉降速度（mm/d）
-0.001
0.007
0.007
0.021
工程状态
运营使用中
运营使用中
观测者
李永
丁观清
记录着
廖鹏程
杨健伟
立尺人员
唐万义、董彪
张林、成石强
沉降观测结束，应提供下列有关资料：
（1）沉降观测点位置图；
（2）沉降观测成果汇总表。
表2-2中“平均沉降”栏可由所有沉降点的沉降量计算出它们的平均沉降量
（3）荷载、时间、沉降量关系曲线图如图3-2所示，图中横坐标表示时间T（天），上半部分为时间与荷载关系曲线，其纵坐标表示建筑物荷载P；下半部分为时间与沉降量的关系曲线，其纵坐标表示沉降量S。
根据各观测点的沉降量与时间关系便可绘出全部观测点的沉降曲线。
利用曲线图，可直观地看出沉降变形随时间发展的情况，也可看出沉降变形与其他因素之间的内在联系。
第4章精度分析及总结
我校第二教学楼于2012年6月竣工完成并投入使用，距离现在已有二年半左右，属于框架结构，建成后一直比较稳定，按照相应规范，应半年观测一次即可。
但本次毕业设计由于时间有限，故对观测周期的时间选择相对较短，每30天进行一次观测。
以上即为近一个月来的观测成果，由于没有建筑单位的原始观测资料，采用第一次观测所得到的各沉降点高程为初始高程数据，以后的三次观测相应构成了三个观测周期。
经过表3-4中的计算分析可知，单个点在单个周期的沉降变化量最大达-2.5mm，各点累计沉降变化量均在2mm以内。
各点变形过程线见下图。
各点平均沉降量第一个周期为0.11mm，第二周期为-0.01mm，第三周期为-0.28mm。
平均沉降速度第一期为0.007mm/d，第二期为-0.001mm/d，第三期为0.007mm/d。
累计平均沉降速度前15天为0.007mm/d，前30天为0.007mm/d，前45平均沉降速度为0.021mm/d。
整栋楼本月平均沉降量为0.021mm，其中10月1日到10月15日上升0.007mm；10月15日到10月30日下沉0.008mm，累计下沉-0.001mm；11月1日到11月15日上升0.008mm，累计下沉0.007mm。
分析可知，东、西、南、北四个方向沉降量均在-0.007mm左右，大体上属于均匀沉降，说明整个楼在结构上比较稳定，在长时间内不会发生大的变化，所以第二教学楼在今后数年内将趋于稳定，由于我校第二教学楼属于一项大的工程建筑，为确保安全，仍需定期进行变形监测。
沉降变形分析报告
沉降测量结束，须对全部资料进行加工、分析，以研究沉降变形的规律和特征，并提交沉降变形报告。
对沉降观测点的变形分析，应符合下列规定：
相邻两观测周期相同观测点有无显著变化；应结合荷载、气象和地质等外界相关因素综合考虑进行分析，分析后的数据经阐述后才能成为实用的信息。
值得指出的是，由于一般建筑对均匀沉降不敏感，只要沉降均匀，即使沉降量稍大一些，对建筑物的结构也不会有多大破坏。
但不均匀沉降却会使墙面开裂甚至构件断裂危及建筑物的安全。
所以在沉降观测过程中，当出现不均匀沉降、沉降量异常或变形速度突增等情况时，需即时引起注意，提交变形异常分析报告，以及时采取应变措施。
另外，建筑物的沉降量一般应随着荷重的加大及时间的延长而增加，但有时却出现回升现象，这时要具体分析回升现象的原因。
除提供以上有关资料外，若工程需要，还需提交沉降等值线图（表示沉降在空间分布的情况和沉降曲线展开图，图中可看出各观测点及建筑物的沉降大小、影响范围）。
最后，值得注意的是实际观测过程中可能会出现一些无法预计的人为因素和自然因素的影响，尤其是在测点布设和现场观测过程中。
故在具体工作中应得到甲方的支持和施工方的密切配合，以使沉降变形观测方案设计更加符合实际，科学合理，并最终保证观测成本最优，观测成果真实可靠。
结论
2.结合湖南软件职业学院第二教学楼沉降观测项目，进行了建筑物沉降观测方案的设计与制定，包括观测点的布设、作业方法、观测周期、成果整理和分析等多方面的内容。
依据第二教学楼所处位置及周围控制点分布情况，合理地选择了对第二教学楼沉降及其变形进行观测的基准点和工作基点，并与已知控制点进行联测，得到了基础数据，建立了沉降观测网，为进一步进行多周期观测做好了准备条件，具有现实意义；并紧接着对各沉降观测点进行了周期性的观测，并得出了相应的数据，通过理论分析，论证了第二教学楼在近期的沉降变化情况及其稳定性，验证了有关建筑地基、结构设计的理论和设计参数的准确性与可靠性。
3.运用用MicroftExcel电子表格处理软件代替传统手工进行沉降观测数据的整理、计算和总。
从实用并且满足精度的角度，借助office软件，针对我校第二教学楼沉降观测制定了合理的变形观测方案，并对建筑物变形观测方案进行了系统研究和精心设计，利用excel电子表格处理数据，对建筑物变形观测数据进行了系统分析，并对建筑物沉降进行了预测预报。
参考文献
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致谢
本文是在导师王国栋老师的精心指导下完成的。
从选题、定题及定稿，甚至于每一本具体的参考书，他都付出了很多心血。
广博的知识，严谨的态度，对科学的执着追求与敬业精神，不厌其烦的修改和悉心指导，令我感激不尽。
衷心感谢导师王国栋对本人的精心指导。
同时，测绘系的各位恩师们在这几年教我学会的知识，对这次设计毫无疑问有很大的指导与帮助，使我学到了更为宝贵的东西，知识是用来指导实践的。
您们的言传身教将使我终生受益，您们广博的学识和严谨的治学态度将使我受益终生。
大家都知道，水准测量是需要至少4个人一组相互合作才能进行的一项工作，在这里我要感谢在我多次的测量实验中抽出宝贵时间来帮我做实验的可爱的同学们，他们有：
丁观清、成石强、杨健伟、董彪、唐万义、寥鹏程、张林等人。
感谢你们在我最需要的时候给我的帮助！
感谢测绘工程系的全体老师和同学多年来的关心和支持！
感谢所有关心和帮助过我的人们！
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