浅谈沉降观测方法及注意事项.docx

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浅谈沉降观测方法及注意事项

浅谈沉降观测方法及注意事项

浅谈沉降观测方法及注意事项（讨论）

孙楚

1沉降概念

附加应力作用下压密而引起下沉，使土体地基或结构物的垂直变形下沉。

特别是不均匀沉降，会使结构物发生倾斜、开裂以致不能正常使用。

2沉降的原因及危害

结构荷载差异太大，会出现不均匀的沉降，引起结构的变形，使结构的内力发生变化，在薄弱的部位就会产生沉降。

也有可能是基础下地质构造不均匀，温度和地下水的变化。

季节性的变化一般出现在冬季的地基冻胀，这些原因都会出现沉降变化。

3观测点

3.1观测点

观测点是沉降观测的一个重要环节，可以说它是沉降观测的基础，它直接影响到观测数据能否反映出结构物整体沉降趋势和局部沉降，所以应该合理布设沉降观测点。

3.2观测点的布设原则

布设观测点之前，应对建筑结构、施工工艺、现场有一个全面细致的了解，观测点的原则是“从整体到局部，先设计后实施”先选能控制整体的控制点，后根据局部特征进行调整、加密，了解整体结构物受力的结构形式尤其是以框架结构为主的结构物。

3.3布设观测点

沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。

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对称，且相邻点之间间距以15-30米为宜，设置高度为高出室外地坪300mm，均匀地分布在构造物的周围。

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。

所以在布设观测点的时候特别注意，观测点一定布设在结构物受力体上，以利于更准确的掌握沉降变化，不是直接传力和受力体，不能布设观测点。

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。

在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处作好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。

4沉降变形监测的精度要求及观测要求

4.1沉降观测的测量，应使用精密水准仪，优先采用精密水准仪DSZ05或DS05，具有测微装置的，最低使用DS1水准仪。

4.2观测时应注意问题

1记录时；资料填写清楚，如日期、天气、观测者、立尺者等

2控制点及架设水准仪位置，地面坚硬，不会出现缓慢下沉及塌方。

3观测点选定后，在旁边做明显标记。

4观测点平面清理干净，以免有尘土等影响数据。

5观测时天气，温度，都选择最佳的时机。

6烈日下观测时，用伞遮挡阳光或停止观测。

7控制点经常复核，确保无误。

8视线模糊或有物体阻挡，不能进行读数记录，必须清晰、稳定时读数。

9原始数据，记录清楚、明确。

10随时观测、随时检测复核计算。

11水准气泡偏时，应及时停止作业，重新调整。

12每次观测水准路线应用闭合水准路线，不转站是也应闭合，起复核作用。

13仪器应避免安置在有空压机、搅拌机、卷扬机等振动影响的范围内，塔式起重机等施工机械附近不宜设站。

14观测视线长度宜为20~30米，视线高度不宜低于0.5米，宜采用闭合法消除误差。

完成变形观测工作，要先绘制好变形观测示意图并对每次变形观测认真做好记录。

注明观测点的位置和编号，注明基准点的位置、编号和标高及基准点与建筑物的距离。

并在图上注明观测点所用材料、埋入墙体深度、离开墙体的距离。

5沉降观测的周期和时间

1、初测

建（构）筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则整个观测得不到完整的观测意义。

初测应增加观测量，以提高初始值的可靠性。

2、施工阶段的沉降观测

应依据施测方案随施工进度及时进行。

重要建筑，可在基础完工或地下室砌完后开始观测。

大型、高层建筑，可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。

观测次数与时间应视地基与加荷情况而定。

民用建筑可每加高1～2层观测一次；工业建筑可按不同施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体和设备安装等）分别进行观测。

如建筑物均匀增高，应至少在每增加荷载的25%时各测一次。

施工过程中如暂时停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。

停工期间，可每隔2～3个月观测一次。

封顶后1～2月观测一次，竣工后观测周期，根据建筑物的稳定情况确定。

特别需要指出的是，沉降速度≥2.0mm/d应停止施工，分析原因，采取措施。

沉降速度≥1.0mm/d应减缓加载速度并增加观测次数。

各个阶段的复测必须定时进行，不得漏测或补测，只有这样才能得到准确的沉降情况或规律。

3、建筑物使用阶段的观测

观测次数应视地基土类型和沉降速度大小而定。

一般在第一年观测3～4次，第二年2～3次，第三年后每年一次，直至稳定为止。

观测的期限一般规定如下：

砂土地基2年，膨胀土地基3年，粘土地基5年，软土地基10年。

若沉降速度小于0.01mm/d，根据沉降曲线分析，认为已经稳定，可以停止观测。

4、对于荷载突然增加，基础四周大量积水，长时间连续降水等情况，均应及时增加观测次数，当建筑物突然发生大量沉降，不均匀沉降或严重裂缝时，应立即逐日或2～3天一次的连续观测。

6观测沉降点及数据整理

6.1沉降观测成果的判定：

1.沉降观测的闭合差大于±0.6√n（三等水准测量）、大于±0.3√n（二等水准测量）（n=测站数）时，此观测成果作废。

2.沉降观测点的沉降量差异太大时，应及时观测第二次，以确保建筑物沉降量。

3.沉降速度连续2个月大于2mm／d，并且短期内无终止趋向时，评定为危险状态。

0.04mm/d时，可认为已进入稳定阶段。

7沉降计算

图7-1

7.1高程的计算

已知A点高程，求B点高程（标高）

例：

A点高程为78.65求B点高程？

将水准仪放置于A、B两点距离相等处，将水准仪调整水平状态，将水准尺（标尺）立于a点读的读数1.538，转动水准仪望远镜处向b处，并将将水准尺（标尺）立于b读的读数1.245

计算如下：

HA=78.65

高差hb=1.538-1.245=0.293

HB=HA+hb=78.65+0.293=78.943

所以B点高程为：

78.943

注：

如果是后视点a减去前视点b为负数

Hb=a-b=1.538-1.646=-0.108

HB=HA+hb=78.65+（-0.108）=78.542

8测量误差分析

8.1仪器误差

仪器校正后的残余误差

仪器校正后，还存在I角校正残余误差；仪器长期使用或受震动影响，使望远镜视准轴与水准管轴不平行，这种误差属于系统误差，误差大小同仪器与水准尺的距离成正比。

这种误差的控制方法是：

将仪器尽量安置在前、后视距离相等的地方，这样就可以消除或减弱此项误差的影响。

水准尺误差

由于水准尺刻划不准确，尺长变化、弯曲等影响，水准尺必须经过检验才能使用。

1、尺的接头误差的影响，控制方法可以通过在水准测段内用同一根尺子，并把测段站数目布设成偶数站。

2、尺的零点误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用，即在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺，并把测段站数目布设成偶数，则在高差中相互抵消。

标尺的零点差可在一水准段中使测站为偶数的方法予以消除。

8.2观测误差

人员本身

观测人员必须熟悉测量学的基本理论知识，熟练掌握水准仪器的操作规程，并且针对不同的工程特点、具体情况能采用不同的观测方法和观测程序，对观测过程中出现的问题能及时分析出原因，能正确的运用误差理论进行水准网平差计算。

由于每个人使用仪器和读数的习惯不一样，如果变换观测人员，就容易引起仪器操作误差和读数误差。

控制方法：

在每次观测时，保证人员固定不动，减小观测误差（偶然误差），这对提高沉降观测精度也有一定的作用。

视差影响

当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。

减弱视差的控制方法是：

在每次读数前，要仔细进行物镜对光，消除视差。

水准尺倾斜影响

水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时可以通过望远镜十字丝很容易被察觉并纠正过来。

但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不容易被察觉。

水准尺前后倾斜总是使尺上读数增大。

它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上读数的大小即视线距地面的高度有关。

尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大[3]。

在一观测段A—B中，令后视读数为a，前视读数为b。

若后视水准尺倾斜（前或后），前视水准尺不倾斜，根据

=

+a-b得出：

前视点的高程值增大；若后视水准尺不倾斜，前视水准尺倾斜（前或后），根据

=

+a-b得出：

前视点的高程值减小；若前、后水准尺都倾斜（前或后）那么前视点高程值的增量=︱△a-△b︱。

现在以第一种情况为例分析如下：

如图8-2-3-1所示，所产生的读数误差为▽η1=a1-a=a1-a1cosγ=a1（1-cosγ）。

图4-1水准尺向前倾斜误差示意图

图8-2-3-1

表8-2-3-1尺子读数及倾角与观测读数的关系

后视读数a1（m）

倾角r

前后倾斜误差▽η1（mm）

1.50

1°

0.23

1.50

2°

0.91

1.50

3°

2.06

1.50

4°

3.65

2.00

1°

0.30

2.00

2°

1.22

2.00

3°

2.74

2.00

4°

4.87

从上表8-2-3-1可以看出，即使水准尺读数很小、倾角很小时，尺子倾斜误差的影响也是不可忽视的。

一般水准尺倾斜角度较大时，立尺员才能能发现。

这样，观测误差就很大，不能满足精度指标。

控制方法：

1、在水准测量中，要认真立尺，使尺处于铅垂位置，尺上有圆水准气泡的应使气泡居中。

2、可使用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。

当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数，最重要的是在转点位置。

3、尺子上加装圆水准气泡。

8.3外界条件的影响

仪器下沉

仪器下沉是指由于测站处的土质松软使仪器发生下沉，视线降低，从而使得前视读数减小，算得的高差增大，引起高差误差。

减弱仪器下沉误差的影响可以有以下三中方法：

1、采用双面尺法或变更仪器高法时，第一次是读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读数再读后视读数。

即“后、前、前、后”的观测程序。

这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。

2、尽可能将仪器安置在坚硬的地面处，并将脚架踏实。

3、加快观测速度，尽量缩短前视读数与后视读数间的时间差。

8.3.2尺垫下沉

如果仪器在搬到下一站尚未读后视读数的一段时间内，在转点发生尺垫下沉，将会使下一站后视读数增大，算得的高差也增大，从而引起高差误差。

控制尺垫下沉影响的的方法是：

1、将转点设在比较坚硬的地方。

2、在特殊情况下，转点要设在土质松软的地方，则必须放置尺垫，并将其踩实，以防止水准尺在观测过程中下沉；同时在土质很松软的地方，踩实后不要立即进行观测，要等一会儿，防止踏实的土松软反弹。

地球曲率的影响

用水准测量的方法求地面两点间的高差，借助了水准仪所提供的水平视线。

两点间高差应该是分别通过这两点水准面间的垂直距离，但水准面是一个曲面，水平视线相当于水准仪所在水准面的切线。

因此用水平视线代替大地水准面地尺上读数会产生水准面曲率误差C。

如下图1-2所示，根据水准仪水平视线读得A、B水准尺上读数为a、b，通过水准仪的水准面与两水准尺相交点所刻划的读数为a1、b1，那么A、B两点间的高差为：

=a1-b1=（a-aa1）-（b-bb1）（4-1）

仪器至A、B两点间的距离分别为

和则：

aa1=

bb1=

则

=（a-aa1）-（b-bb1）=a-b-（4-2）

则C=（4-3）

当仪器到两水准尺的距离

和

相等时，A、B两点尺上的读数a和b求得的高差

=a-b可消除水准面曲率误差的影响。

地球半径R=6371Km，当D=80m时，Δh=0.53㎜；当D=60m时，Δh=0.28㎜；当D=40m时，Δh=0.12㎜；当D=20m时，Δh=0.03㎜；地球曲率对高差的影响，即使是很短的距离内也必须考虑。

要控制地球曲率对高差的影响的方法是：

将仪器安置在前、后视点大致等距的地方。

图8-3-3-1地球曲率影响

大气折光的影响

一般由于大气折光，视线并非是水平，而是一条曲线，曲线的曲率半径为地球半径的7倍，其折光量的大小对水准读数产生的影响为

折光影响与地球曲率影响之和为

（4-4）

控制方法：

1、保持视线距离地面的角度不应小于0.3m，因为视线离地面越近，折射越大。

2、选择有利的时间。

一天之中，上午10点至下午4点这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。

3、基本保证前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等，这样就可以消除大气折光在高差中的影响[1]。

温度对仪器的影响

温度会引起仪器的部件涨缩，因此可能引起视准轴的构件（物镜，十字丝和调焦镜）相对位置的变化，或者引起视准轴相对与水准管轴位置的变化。

光学测量仪器是精密仪器，不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差，从而使测量结果的误差增大。

不均匀的温度对仪器的性能的影响尤为较大。

控制方法：

1、尽量选在温度均匀适宜的情况下测量，观测时应注意撑伞遮阳。

2、在数据处理时要加上温差改正系数。

8.4观测时间的影响

建筑物的沉降观测时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按规范要求、按时进行观测。

若不能得不到原始数据，或首次观测数据有误差，那么整个观测就了观测意义。

施工各阶段的复测，应该根据工程的性质、进度、以及地基土质情况、基础荷重增加情况等定时进行，不能漏测或补测，以保证得到准确的沉降观测数据建筑物沉降的真实情况和变形规律。

若观测周期不规律，从误差理论角度上分析，观测成果不能准确反映沉降曲线的细部变化[3]。

沉降观测必须严格按照观测周期准时进行。

一般建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测，大型、高层建筑，可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。

建筑物每增高1层观测一次，如果遇到特殊情况如：

1、施工过程中如果暂时停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。

停工期间，可每隔2～3个月观测一次。

2、基础附近地面荷重突然增加、遇到大暴雨时、周围大量挖土方时都要及时进行观测。

雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。

随着时间的进展，沉降量也随之增加。

当高层建筑物竣工后任需要进行沉降观测，观测周期一般每月观测一次，如果沉降速度减缓，可改为2～3个月观测一次，直至沉降稳定为止。

8.5水准点的影响

水准点的影响有以下4个方面：

1、如果水准点顶端处理不善，如顶端搁置面不平、粗糙，则每次标尺搁放情况就会不同，导致观测结果偏差大。

2、如果水准点材料的钢度不够，则材料容易变形，导致每次观测时的标准不一样，导致结果偏差大。

3、如果观测前未校验水准点，如果出现沉降变化，用变化了的水准点作为观测依据，结果自然偏差大。

4、基准点保护不好，如基准点内有杂物且没有及时清理，观测的依据被破坏了，导致观测结果出现偏差。

控制方法：

布设专用的水准点，为便于相互检查、核对，至少应设置3个或3个以上水准点，埋设地点必须稳定，避免受施工机具、车辆碰压以及杂物影响。

为便于观测，水准点离被测建筑物不宜太远，一般在50～100m范围内。

为防止冰冻影响，水准点应埋设在冰冻线以下0.5m处，水准点顶部都要盖保护。

8.6观测点的影响

如果观测点的点位、数量设置不合理，会影响沉降观测精度。

因此观测点的点位和数量应该根据建筑物的结构特点、荷重、基础形式和工程地质条件来设置，所选择的点位能显示建筑物的沉降情况。

一般情况下，可沿房屋四周每隔15～30m设一个观测点，在建筑物的基础转角处、沉降缝或伸缩缝的两侧、新旧建筑物的基础连接处和地质条件变化的地方，都应该布设观测点。

一般常用的观测点是利用直径20mm的钢筋，一端弯成90°角，一端弯成燕尾形埋入墙内用长120mm的角钢，在一端焊一铆钉头，另一端埋入墙内。

8.7观测路线的因素

如果没有制定合理的观测路线，将会导致观测路线、仪器支设位置、观测距离不同，直接影响了观测结果的准确性和精度。

如果每次的观测路线随意，那么随着测角度的不同，将会产生很大的误差[3]。

控制方法：

在实际的沉降监测中，建立合理的观测路线，根据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布置图，确定沉降观测点的位置。

在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各观测均沿统一路线施测。

8.8高差闭合差的调整

经过了5个测站的观测，在终点上积累了-10mm的误差，在同条件观测下，可认为每个测站产生误差的机会均等，那么这-10mm的误差可以平均分摊到每个测站之中，即每个测站在高差测量上产生了-0.002mm的误差，那么在平差时可认为每个测站上的平均改正数为

。

在这里值得注意的是：

计算出的平均改正数假如不能除尽，应将所得结果存贮到计算器中，不得进行四舍五入。

在教材[2]及相关的书目[3]中，对高差闭合差的调整只限于对高差的调整，在实际工作中可以在每个测站的待测点上直接调差。

二者的对比如表8-8所示。

表8-8调差对比

测站

高差

改正数

改正后高差

改正后高程

实测高程

待测点的高程改正数

测点

备注

Ⅰ

0.343

0.002

0.345

1520.000

1520.000

1

已知点

1520.345

1520.343

0.002（0.002×1）

2

Ⅰ站待测点

Ⅱ

-0.289

0.002

-0.287

1520.058

1520.054

0.004（0.002×2）

3

Ⅱ站待测点

Ⅲ

0.926

0.002

0.928

1520.986

1520.980

0.006（0.002×3）

4

Ⅲ站待测点

Ⅳ

0.213

0.002

0.215

1521.201

1521.193

0.008（0.002×4）

5

Ⅳ站待测点

Ⅴ

-0.365

0.002

-0.363

1520.838

1520.828

0.010（0.002×5）

6

Ⅴ站待测点

从表8-8中可以看出，对于每个测站进行高差的调整，最终还是体现在每个测站的待测点高程上。

既然我们认为每个测站产生误差的机会均等，每个测站的平均改正数为-0.002mm，那么，在第一个测站累积了一次平均误差，平差时在第一个测站的待测点上就调整一个平均改正数；在第二个测站累积了两次平均误差，平差时在第二个测站的待测点上就调整两个平均改正数，依此类推，在第五个测站累积了五次平均误差，平差时在终点上就调整五个平均改正数。

因此，在高差闭合差调整时可直接调整每个测站的待测点高程，且每个待测点上的改正数可依表中的数据遵循一个规律，即：

待测点的高程改正数=平均改正数×测站号。

9总结

沉降观测就是实时观测，是一个长期性的监控过程，不容出现马虎，对于人员、仪器要求很高，测量人员有良好的专业技能，才能进行监控，保证能精确把握沉降变化，从中总结经验，为主桥沉降控制打下良好的基础，充分的发挥出快速、准确的工作特点，反映出坚持不懈、认真细心的专业精神。

参考文献

中华人民共和国国家标准《工程测量规范》（GB50026—2007）

中华人民共和国国家标准《建筑变形测量规范》（JGJ8—2007）