沉降观测.docx
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沉降观测
第四分册建筑主体结构工程检测技术
第一篇主体结构现场检测
第五章沉降观测
一、建筑物的沉降观测
（一）、概念
建筑物在施工期间及竣工后，由于自然条件即建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度、土壤的物理性质等的变化和建筑物本身的荷重、结构、型式及动荷载的作用，建筑物产生均匀或不均匀的沉降，尤其不均匀沉降将导致建筑物开裂、倾斜甚至倒塌。
建筑物沉降观测是通过采用相关等级及精度要求的水准仪，通过在建筑物上所设置的若干观测点定期观测相对于建筑物附近的水准点的高差随时间的变化量，获得建筑物实际沉降的变化或变形趋势，并判定沉降是否进入稳定期和是否存在不均匀沉降对建筑物的影响，建筑物沉降观测应测定建筑及地基的沉降量、沉降差及沉降速度。
沉降观测的几个主要参数和基本概念：
⑴高程的概念
①绝对高程：
地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，也叫“海拔”。
②建筑标高：
在工程设计中，每一个独立的单位工程都有它自身的高度起算面，一般取首层室内地坪高度为±0.000，单位工程本身各部位的高度都是以±0.000为起算面算起的相对标高，叫建筑标高。
③设计高程：
工程设计人员在施工图中明确给出该单位工程的±0.000相当于绝对高程值，这个确定的绝对高程值叫设计高程，也叫设计标高。
⑤相对高程：
当引用绝对高程有困难时，可采用假定的水准面作为起算高程的基准面，地面点到假定水准面的铅垂距离，称为相对高程。
⑥高差：
两个地面点之间的高程差称为高差。
⑵水准点（BM）：
水准点有永久性和临时性两种。
由测绘部门，按国家规范埋设和测定的已知高程的固定点，作为在其附近进行水准测量时的高程依据，叫永久水准点。
⑶误差的概念
①系统误差：
在等精度观测中，对一个量进行多次观测，如果误差在大小、符号上表现出一致的倾向，或者按一定的规律变化，或保持常数，这种误差称为系统误差。
②偶然误差：
在等精度观测中，对一个量进行多次观测，如果误差的大小和符号没有规律性，这种误差称为偶然误差。
③中误差（均方误差）m：
数理统计学中叫标准差，在一组观测条件相同的观测值中，各观测值与真值之差叫做真误差，以Δi表示，观测次数为n，则表示该组观测值的中误差（均方误差）m的计算式为：
式中：
n是观测值的个数；
m值小即表示观测精度较好，反之表示观测精度差。
④允许误差：
又称极限误差或限差，是指在一定观测条件下偶然误差绝对值不应超过的限值。
是区分观测成果是否合格的界限。
在测量中常取2～3倍中误差作为允许误差。
⑤闭合差：
由一个已知高程点起，按一个环线向施工现场各欲求高程点引测后，又闭合回到起始的已知高程点，各段高差的总和即为闭合差。
⑥平差：
在水准路线上有若干个待求高程点，如果测得误差在允许范围内，则认为各测站产生的误差是相等的，对闭合差要按测站数成正比例反符号分配，即对高差进行改正使闭合差等于零。
该调整计算过程即为平差。
（二）、检测依据
1、《建筑变形测量规程》JGJ8－2007
2、《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002
3、《工程测量规范》GB50026-2007
（三）建筑物沉降观测的精度及要求
1、建筑沉降观测的级别、精度指标及其适用范围应符合表4-20的规定。
建筑变形测量的级别、精度指标及其适用范围表4-20
变形测量等级
沉降观测
位移观测
主要适用范围
观测点测站高差中误差（mm）
观测点坐标中误差（mm）
特级
±0.05
±0.3
特高精度要求的特种精密工程的变形测量
一级
±0.15
±1.0
地基基础设计为甲级的建筑的变形测量；重要的古建筑和特大型市政桥梁等变形测量等
二级
±0.5
±3.0
地基基础设计为甲、乙级的建筑的变形测量；场地滑坡测量；重要管线、大型市政桥梁的变形测量；地下工程施工及运营中变形测量等
三级
±1.5
±10.0
地基基础设计为乙、丙级的建筑的变形测量；地表、道路及一般管线的变形测量；中小型市政桥梁的变形测量等
最终沉降量观测中误差的要求表4-21
序号
观测项目或观测目的
观测中误差的要求
1
绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）
①对于一般精度要求的工程，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选＋0.5mm、＋1.0mm、＋2.5mm；②对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定。
2
（1）相对沉降（沉降差、基础倾斜、局部倾斜等）
（2）局部地基沉降（如基坑回弹、地基土分层沉降）以及膨胀土地基变形
不应超过其变形允许值的1/20。
3
建筑物整体性变形（如工程设施的整体垂直挠曲等）
不应超过允许垂直偏差的1/10。
4
结构段变形（如平置构件挠度等）
不应超过变形允许值的1/6。
5
科研项目变形量的观测
可视所需提高观测精度的程度，将上列各项观测中误差乘以1/5～1/2系数后采用。
建筑物的地基变形允许值表4-22
变形特征
地基土类别
中低压缩性土
高压缩性土
砌体承重结构基础的局部倾斜
0.002
0.003
工业与民用建筑相邻柱基的沉降差
（1）框架结构
（2）砌体墒填充的边排拄
（3）当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构
0.002l
0.0007l
0.005l
0.003l
0.001l
0.005l
单层排架（结构柱距为6m）柱基的沉降量（mm）
（120）
200
桥式吊车轨面的倾斜（按不调整轨道考虑）
纵向
横向
0.004
0.003
多层和高层建筑的整体倾斜Hg≤24
2460Hg>100
0.004
0.003
0.0025
0.002
体型简单的高层建筑基础的平均沉降量（mm）
200
高耸结构基础的倾斜Hg≤20
20501001502000.008
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
高耸结构基础的沉降量（mm）Hg≤100
100200400
300
200
注:
1本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；
2有括号者仅适用于中压缩性土；
3l为相邻基的中心距离（mm）；Hg为自室外地面起算的建筑物高度（m）；
4倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值；
5局部倾斜指砌体承重结构沿纵向6～10内基础两点的沉降差与其距离的比值。
2、建筑沉降观测的精度等级确定原则
（1）地基基础设计为甲级的建筑及有特殊要求的建筑沉降观测，应根据表4-22规定的建筑地基变形允许值，按以下4-91和4-92两式估算观测点测站高差中误差μ后，按下列原则确定精度级别：
（4-91）
（4-92）
其中ms和m△s应按表4-21确定。
式中ms为沉降量s的观测中误差（mm）；mΔs为沉降差Δs的观测中误差（mm）；QH为网中最弱观测点高程（H）的权倒数；Qh为网中待求观测点间高差（h）的权倒数。
①当仅给定单一变形允许值时，应按所估算的观测点精度选择相应的精度等级；
②当给定多个同类型变形允许值时，应分别估算观测点精度，并应根据其中最高精度选择相应的精度等级
③当估算出的观测点精度低于表4-20中三级精度的要求时，应采用三级精度。
（2）对于未规定或难以规定变形允许值的观测项目，可根据设计、施工的原则要求，参考同类或类似项目的经验，对照表4-20的规定，选择适应的精度等级。
（3）当需要采用特级精度时，应对作业过程和方法作出专门的设计和论证后实施。
（四）、仪器设备及环境
1、精密水准仪
⑴仪器精度要求
沉降观测精度宜采用Ⅱ级水准测量的要求，应使用DS05或DS1级精密水准仪和铟钢水准尺进行。
水准仪的角不得大于15″、补偿式自动安平水准仪的补偿误差△ａ绝对值不得大于0.2＂。
s05、s1级精密水准仪的技术参数表2
技术参数项目
水准仪型号
s05
s1
每千米往返平均高差中误差
≤0.5mm/km
≤1mm/km
望远镜放大倍率
≥40倍
≥40倍
望远镜有效孔径（mm）
≥60
≥50
管状水准器格值
10″/2mm
10″/2mm
测微器有效量测范围（mm）
5
5
测微器最小分格值（mm）
0.05
0.05
⑵精密水准仪的检验、校正
①精密水准仪的基本构造
精密水准仪的构造如图9-7所示（须扫描图）。
②使用方法
安平：
安平方法与普通水准仪大致相同。
不过此仪器长水准灵敏度极高，气泡动荡静止较慢，应注意将脚架安踏牢固，安平时先使圆水准大致居中，为了尽量提高视线，减少地面折光影响，仪器架应尽量架高。
在瞄准水准尺之后用微倾螺旋作精确居中，此时只需稍微转动一下即可。
螺旋转动的方向与气泡像相对移动方向是一致的。
（图9-8）。
图9-8
读尺：
精密水准仪配有铟钢水准尺，尺面分左右两条刻划的起点数值不同，测量时两尺都要读数，彼此校对。
尺上每小格1cm，每二格注一字，由尺上直接读至厘米，零碎读数由光学测微计直读至0.1mm，估读至0.01mm，在瞄准后，转动测微计螺旋，尺像随之上下移动，使横线一端的楔形夹线恰好夹住尺上记得划线。
如图9-9左尺（或称主尺）读数为148mm，测微读数为0.647cm，此读数为主尺148.647cm。
然而进行右尺（或称为副尺）读数，每一相同高度主副尺读数总是相差301.550cm，由此可以核对读数。
③校正
a、圆水泡的校正
目的：
使圆水泡轴线垂直，以便安平。
校正方法：
用长水准管使纵轴确切垂直，然后校正之，使圆水泡气泡居中，其步骤如下：
拨转望远镜使之垂直于一对水平螺旋，用圆水泡粗略安平，再用微倾螺旋使长水准气泡居中微倾螺旋之读数，拨转仪器180°，倘气泡偏差，仍用微倾螺旋安平，又得一读数，旋转微倾螺旋至两读数之平均数。
此时长水准轴线已与纵轴垂直。
接头再用水平螺旋安平长水准管水泡居中，则纵轴即垂直。
转动望远镜至任何位置气泡像符合差不大于1mm。
纵轴不宜旋得过紧，以免损坏水准盒。
b、微倾螺旋上刻度指标差的改正
上述进行使长水准轴线与纵轴垂直的步骤中，曾得到微倾螺旋两数之平均数，当微倾螺旋对准此数时，则长水准轴线应与纵轴垂直，此数本应为零，倘不对零线，则有指标差，可将微倾螺旋外面周围三个小螺旋各松开半转，轻轻旋动螺旋头至指标恰指“0”线为止，然后重新旋紧小螺旋。
在进行此项工作时，长水准必须始终保持居中，即气泡保持符合状态。
c、长水准的校正
目的：
是使水准管轴平行于视准轴（即无交叉误差）。
检验：
安平仪器后，在距仪器约50m处竖立一水准尺。
水准仪三个脚螺旋的位置应如图9-6所示，其中两脚螺旋的连线与仪器至标尺的连线相垂直。
将仪器整平，使水准管气泡严格居中，用横丝的中心部位在尺上读数。
然后将两个脚螺旋相对的旋转1～2整周，使水准仪向另一侧倾斜，此时横丝所对尺上读数必已变动，旋转微倾螺旋，使十字丝交点处读数保持不变，查看气泡是否偏离中心，如有偏离，记住气泡偏离中心的方向（如偏向目镜端或物镜端）。
使脚螺旋恢复原来位置，并旋转微倾螺旋使气泡成中，此时横丝所对尺上读数仍为原来数值。
然后再以前次相反的方向旋转脚螺旋1～2整周。
使水准仪向另一侧倾斜，同时旋转微倾螺旋体操十字丝交点处读数不变，再查看气泡有无偏离中心现象，或偏离哪一端。
如通过两次检查，气泡始终居中或仅偏于同一端，说明水准轴与视准轴平行。
若气泡一次偏于目镜而另一次偏于物镜端，则说明此项条件不满足，即有交叉误差的存在。
校正：
用水准管上左右两校正螺旋一松一紧使气泡居中。
此项检验与校正要重复进行，直至满足
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