新版沉降观测的授课讲义.docx

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新版沉降观测的授课讲义

沉降观测、垂直偏差检测

《建筑变形测量规范JGJ8-2007》讲义

一、变形观测概述：

1、变形观测的方法和手段

目前国内变形观测的主要方法仍是常规的大地测量方法：

即用经纬仪测角、用测距仪测距、用精密水准仪测高。

2、工程建筑物变形观测的意义和目的

由于各种因素的影响工程建筑物以及其设备的运营过程中，都会产生变形。

这种变形如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危急建筑物的安全。

因此，在工程建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行变形观测。

一般来讲，建筑物变形主要是两个方面的原因引起的。

一是自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等；另一种是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及动荷载（如风力、震动等）的作用。

此外由于勘测、设计、施工以及运营管理工作做得不合理，也会引起建筑物的变形。

3、工程建筑物变形观测的内容

变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量。

如果要求得瞬时变形，则应采用各种自动自动记录仪器记录其瞬时位置。

4、变形观测的方法：

水平位移（采用基准线法观测、坐标法）、垂直位移（采用水准仪观测）

5、变形分析概述

通过变形观测取得第一手的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因、采取措施，防止事故发生，并改善运营方式，以保证安全。

所以变形观测是工程管理工作的耳目。

其次，通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观测，分析研究，可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法，对不同的地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形数值，为工程建筑物的设计、施工、管理和科学研究工作提供资料。

二、测量误差概述：

1、测量误差的来源

测量工作是观测者使用测量仪器和工具，按照一定的观测方法，在一定的外界条件下完成的。

归纳起来，产生误差的原因主要有：

（1）仪器、工具制造或检校不完善的影响；（测量的仪器有关）

（2）人为因素在安置仪器、照准目标或读数方面的影响；（测量的人有关）

（3）外界条件变化或不适宜的观测条件的影响。

（测量的工作环境有关）

《建筑变形测量规范》沉降观测环境要求：

①应在标尺分划线成像清晰和稳定的条件下进行观测。

不得在日出后或日落后前约半小时、太阳中天前后、风力大于四级、气温突变时以及标尺分划线的成像跳动而难以照准时进行观测，阴天可全天观测；

②观测前半小时，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致。

设站时，应用测伞遮蔽阳光。

使用数字水准仪前，还应进行预热；

③使用数字水准仪，应避免望远镜直接对着太阳，并避免视线被遮挡。

仪器应在其生产厂家规定的温度范围内工作。

振动源造成的振动消失后，才能启动测量键。

当地面振动较大时，应随时增加重复测量次数。

2、测量误差的分类

在任何一项测量工作中，误差都是不可避免的，但测量错误是可以避免的。

误差按性质可分为系统误差和偶然误差两类。

系统误差：

是指在相同的观测条件下，对某个量进行一系列观测，其误差的数值大小和符号呈现出规律性的变化或保持常数，具有这种性质的误差称为系统误差。

观测中应避免系统误差。

偶然误差：

是指在相同的观测条件下，对某个量进行一系列观测，如果误差出现的数值大小和符号都不相同，从表面上看没有明显的规律性,但就大量的误差总体而言,服从一定的统计规律,这种误差称为偶然误差。

偶然误差具有以下特征：

（1）在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值，即有界性；

（2）绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多，即小误差的密集性；

（3）绝对值相等的正、负误差出现的机会相等,即对称性；

（4）偶然误差的算术平均值随着观测次数的无限增加而趋于零，即抵偿性。

3、中误差

设在相同的观测条件下对某一个量进行多次观测，观测值分别为l1、l2、l3……ln,如果该未知量的真值为X，相应的观测值真误差为Δ1、Δ2、Δ3……Δn,则通过以真误差的平方和的平均值再开方：

即m=±√［ΔΔ］/n［ΔΔ］=Δ12+Δ22+Δ32+……Δn2

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垢，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。

该调整过程即为平差。

三、沉降观测中的几种概念：

1、高程的概念

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，也称“海拔”。

相对高程：

当采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，地面点假定水准面的铅垂距离，称为相对高程。

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。

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，称为建筑标高。

高差：

两个地面点之间的高程差称为高差。

2、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位测量时的高程依据，叫永久水准点。

四、水准仪仪器简述

1、水准仪的读数方法

2、沉降观测使用的主要水准仪器：

DS1、DS0.5。

“D”和“s”分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音的第一个字母，“3”表示用该类型仪器进行水准测量时，每千米往、返测得高差中误差的偶然中误差值为±3mm。

即“DS”右下角的数字表示各种水准仪的精度，数字越小，精度超高。

不同精度的水准仪器，应该使用不同精度的水准仪。

3、水准仪的检验与校正（视准轴应平行于水准管轴）

△

（1）在平坦地上选A、B两点，约50m；

（2）在中点C架仪，读取a1、b1，得h1=a1-b1;

（3）在距B点约2-3m处架仪，读取a2、b2，得h2=a2-b2；

（4）若h2≠h1，则水准管轴不平行于视准轴。

（5）i角的计算按：

i″=（h2-h1）/DAB×P″（P=206265）

根据《建筑物变形测量规程》第3.3.2条规定，对于特级水准观测的仪器i角不得大于10″，一、二级水准观测的仪器不得大于15″，三级水准观测的仪器不得大于20″。

如i角超出规范要求，需及时送有资质单位检校，确保视准轴平行于水准管轴。

五、沉降观测的级别、精度要求及适用范围

1、级别：

特级：

特高精度要求的特种精密工程的沉降观测

一级：

地基基础设计为甲级的建筑的沉降观测

（甲级）：

重要的工业和民用建筑、30层以上的高层建筑、体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体的建筑、大面积的多层地下建筑物、复杂地质条件下的坡上建筑物、对原有工程影响较大的新建建筑物、场地和地基条件复杂的一般建筑物、位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程

二级：

地基基础设计为甲、乙级的建筑的沉降观测；重要管线的沉降观测；地下工程施工及运营中沉降观测；大型市政桥梁的沉降观测

（乙级）：

除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物

三级：

地基基础设计为乙、丙级的建筑的沉降观测；地表、道路及一般管线的沉降观测；中小型市政桥梁沉降观测等

（丙级）：

场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下的民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物

2、精度要求：

①水准观测的视线长度、前后视距差和视线高度（m）

沉降观测等级

视线长度

前后视距差

前后视距累积差

视线高度

特级

≤10

≤0.3

≤0.5

≥0.8

一级

≤30

≤0.7

≤1.0

≥0.5

二级

≤50

≤2.0

≤3.0

≥0.3

三级

≤75

≤5.0

≤8.0

≥0.2

②水准观测的限差（mm）

沉降观测等级

基辅分划（黑红面）读数之差

基辅分划（黑红面）所测高差之差

往返较差及附合或环线闭合差

单程双测站所测高差较差

特级

0.15

0.2

≤0.1√n

≤0.07√n

一级

0.3

0.5

≤0.3√n

≤0.2√n

二级

0.5

0.7

≤1.0√n

≤0.7√n

三级

光学测微法

1.0

1.5

≤3.0√n

≤2.0√n

中丝读数法

2.0

3.0

③水准测量的仪器型号和标尺类型

沉降观测等级

使用的仪器型号

标尺类型

DS05、DSZ05型

DS1、

DSZ1型

DS3、

DSZ3型

因瓦尺

条码尺

区格式木制标尺

特级

√

×

×

√

√

×

一级

√

×

×

√

√

×

二级

√

√

×

√

√

×

三级

√

√

√

√

√

√

④一、二、三级水准测量观测方式

沉降观测等级

首次观测

其它观测

DS05、DSZ05型

DS1、

DSZ1型

DS3、

DSZ3型

DS05、DSZ05型

DS1、

DSZ1型

DS3、

DSZ3型

一级

往返测

-

-

往返测或单程双测站

-

-

二级

往返测或单程双测站

往返测或单程双测站

-

单程观测

单程双测站

-

三级

单程双测站

单程双测站

往返测或单程双测站

单程观测

单程观测

单程双测站

六、沉降观测概述

沉降观测主要测量建筑物地基基础、上部结构及其场地的各种沉降（包括上升），以确保建筑物及其周围环境的安全。

建筑物沉降观测应测定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。

1、沉降观测产生的主要原因：

（1）自然条件及其变化，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；

（2）与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及动荷载（如风力、震动等）的作用。

2、沉降观测原理：

定期地测量观测点相对于稳定的水准点的高差以计算观测点的高程，并将不同时间所得同一观测点的高程加以比较，从而得出观测点在该时间段内的沉降量：

ΔH=Hi（j+!

）-Hij式中：

i表示观测点点号；j表示观测期数

3、沉降观测规范、标准

《工程测量规范》（GB50026-93）、

《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）

《建筑物沉降观测方法》DGJ32/J　18-2006

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

4、沉降观测的目的和意义

沉降观测之目的和意义在于通过对拟建建筑物施工过程进行周期性观测，了解建筑物在施工加荷以及入住或设备安装加荷过程中的沉降变化。

从而为设计提供依据，也为后期类似工程提供参考。

因此，在建筑物主体施工过程中必须进行沉降量的动态观测，其主要目的有：

（1）根据观测数据控制、调整施工加荷速率；

（2）预测沉降趋势，确定建筑物的沉降稳定时间；

（3）通过实测沉降量，预测沉降量并验证设计合理性；进行设计的再优化，控制和保证工程的建设质量。

5、沉降观测点的布置原则

沉降观测点的布置，应以能全面反映建筑物地基变形特征并结合地质情况及建筑结构特点确定。

点位宜选设在下列位置：

（1）建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每间隔2～3根柱基上；

（2）高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧；

（3）建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处；

（4）宽度大于等于15m或小于5m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内墙中部布点，在室内地面中心以及四周设地面点；

（5）框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点；

（6）各种构筑物沿四周或基础轴线的对称位置上布点，数量不少于4个测点。

6、沉降观测的周期和观测时间

（1）建筑物施工阶段的沉降观测，应随施工进度及时观测。

重要建筑，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，一般建筑，可在一层构造柱脱模后进行观测。

按一定的时间段为一观测周期或按建筑物的加荷情况每升高1～2层（1-5层）为一观测周期，沉降速度≥0.5mm/d应停止施工，分析原因，采取措施，应减缓加载速度并增加观测次数。

观测次数与间隔时间应视地基与加载情况而定。

多层建筑每加高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、砌筑墙体设备安装等）分别进行观测。

如建筑物均匀增高，应至少在增高荷载的25%、50%、75%和100%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，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。

竣工时总观测次数不得少于5次；

（2）建筑物使用阶段的观测次数，应视地基土类型和沉降速度大小而定。

除有特殊要求者外，一般情况下，可在第一年观测3～4次，第二年观测2～3次，第三年后每年观测1次，直至稳定为止。

（3）在观测过程中，如有基础附近荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间降雨等情况，均应及时增加观测次数。

当建筑物突然发生大量沉降或上浮，不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或2-3天一次的连续观测。

7、沉降观测稳定标准

（JGJ8-2007）建筑沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。

当最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/d时可认为已进入稳定阶段。

具体取值宜根据各地区地基土的压缩性能确定。

《建筑物沉降观测方法》（DGJ32/J18-2006）规定沉降稳定标准是：

沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系判定。

对重点观测和科研观测工程，若最后三个周期观测中每周期沉降量不大于2√2　倍测量中误差可认为已进入稳定阶段。

一般观测，软地层二、三级多层建筑以0.02～0.04mm/d，高层和一级建筑以0.01mm/d为稳定阶段标准。

《建筑物沉降观测方法》（DGJ32/J18-2006）规定竣工验收最后一次观测的沉降速度允许值是：

（1）高层建筑和一级建筑物平均沉降速度≤0.06mm/d，最大沉降速度≤0.08mm/d且不多于2处；

（2）二级、三级、多层建筑物和低层建筑物平均沉降速度≤0.10mm/d，最大沉降速度≤0.12mm/d且不多于2处。

二、三级多层建筑以0.04mm/d，高层和一级建筑以0.01mm/d为稳定标准。

（沉降最大值点）

8、基准点埋设

在建筑物四周选择布设水准点和工作基点不应少于3个，点的位置应离开建筑物基础深度的1.5～2.0倍距离。

水准点与工作基点应与观测点组成闭合环进行连测。

9、观测点埋设

10、观测注意事项

（1）外业手簿

外业手簿是长期保存和使用的基本资料，应做到记录认真、字迹清晰、整洁、格式统一。

记录不得转抄或涂改，如观测、记录数据有误，应在观测记录时立即将错误数据用单线划去，在其上方写上正确数字，正确数字及被划去数字均应清晰可辨认，并加盖更改人的红章。

（2）观测时，仪器应避免安置在有空压机、搅拌机、卷扬机等振动影响范围内。

（避免检测环境对观测精度的影响）

（3）为加强沉降观测精度，观测时要做到五固定：

即观测路线、测站位置、观测人员、观测使用仪器、观测方法，在前后的观测过程中需固定一致。

（4）因第一次观测值没形成周期比较，为保证初始观测值的精度，应采取两次观测结果取平均值。

（5）沉降观测路线要闭合，路线由工作基点和沉降观测点组成的闭合环，每次观测完毕计算闭合差（一级≤0.3√nmm，二级≤1.0√nmm，n为测站数），若闭合差超限，需重新观测使闭合差在限差范围内，以确保沉降观测精度。

例：

某建筑物沉降观测闭合差的计算

建筑物沉降观测检测示意图

沉降观测路线示意图

观测所得BM1～支1高差为+0.38676m，支1～观测4号点高差为+0.27658m，观测4号点～BM2点高差为-0.39659m，BM2～BM1点高差为-0.26603m。

闭合水准测量成果计算表

点号

高差（m）

修正值（m）

修正高差（m）

高程（m）

备注

BM1

1.00000

+0.38676

-0.00019

+0.38657

支1

1.38657

+0.27658

-0.00019

+0.27639

4

1.66296

-0.39659

-0.00019

-0.39678

BM2

1.26618

-0.26599

-0.00019

-0.26618

BM1

1.00000

辅助计算

根据《建筑物变形测量规程》二级闭合差容许限差≤1.0√nmm。

fh=∑h测=（0.38676+0.27658-0.39659-0.26599）×1000=0.76mm。

f容=1.0×√4=2mm。

〔fh〕≤〔f容〕精度符合要求。

11、观测成果提报

观测工作结束后，应提交下列成果：

（1）沉测观测成果表；

（2）、沉降观测点位分布图；

（3）沉降量--时间曲线；

。

（4）沉降速度--时间曲线；

（5）、沉降观测分析报告。

12、沉降观测中常遇到的问题及其处理

（1）曲线在首次观测后即发生回升现象

在第二次观测时即发现曲线上升，至第三次后，曲线又逐渐下降。

发生此种现象，一般都是由于首次观测成果存在较大误差所引起的。

此时，如周期较短，可将第一次观测成果作废，而采用第二次观测成果作为首次成果。

因此，为避免发生此类现象，建议首次观测应适当提高测量精度，认真施测，或进行两次观测，以资比较，确保首次观测成果可靠。

（2）曲线在中间某点突然回升

发生此种现象的原因，多半是因为水准基点或沉降观测点被碰所致，如水准基点被压低，或沉降观测点被撬高，此时，应仔细检查水准基点和沉降观测点的外形有无损伤。

如果众多沉降观测点出现此种现象，则水准基点被压低的可能性很大，此时可改用其它水准点作为水准基点来继续观测，并再埋设新水准点，以保证水准点个数不少于三个，如果只有一个沉降观测点出现此种现象，则多半该点被撬高，如观测点被撬后已活动，则需另行埋设新点，若点位尚牢固，则可继续使用，对于该点的沉降量计算，则应进行合理处理。

（3）曲线自某点起逐渐回升

产生此种现象一般是由于水准基点下沉致。

此时，应根据水准点之间的高差来判断出最稳定的水准点，以此作为新水准基点，将原来下沉的水准基点废除。

另外，埋在裙楼上的沉降观测点，由于受主楼的影响，有可能会出现属于正常的渐渐回升现象。

（4）曲线的波浪起伏现象

曲线在后期呈现微小波浪起伏现象，其原因一般是测量误差所造成的。

曲线在前期波浪起伏所以不突出，是因下沉量大于测量误差之故；但到后期，由于建筑物下沉极微或已接近稳定，因此在曲线上就出现测量误差比较突出的现象。

此时，可将波浪曲线改成水平线。

后期测量宜提高测量精度等级，并适当地延长观测的间隔时间。

七、垂直偏差（大角垂直度）检测

1、产生倾斜的原因

建筑物产生倾斜的原因主要有：

地基承载力不均匀；建筑物体型复杂（有部分高重、部分轻低），形成不同荷载；施工未达到设计要求，承载力不够；受外力作用结果，例如风荷、地下水抽取、地震。

一般用水准仪、经纬仪或其它专用仪器来测量建筑物的倾斜度。

2、经纬仪投测法：

此法是在被观测的建筑物墙角上、下部各设立一观测标志。

若建筑物发生倾斜，则两标志点的连线必随之倾斜。

观测时，在距建筑物约为其高度1.5倍之处安置经纬仪，正倒镜分别照准上部标志点并向下投测，若投测点与下部标志点不重合，说明建筑物产生倾斜。

由投测点与标志点的水平距离及建筑物的高度即可得到建筑物的倾斜度。

3、《建筑地基基础施工质量验收规范》（GB50202-2002）规定多层和高层建筑的整体倾斜率允许偏差为？

答案：

1、Hg≤24米，倾斜率≤4‰；

2、24＜Hg≤60米，倾斜率≤3‰；

3、60＜Hg≤100米，倾斜率≤2.5‰；

4、Hg＞100米，倾斜率≤2‰。

附1：

某工程大角垂直度测试数据

大

角

垂直偏差实测值（mm）

垂直偏差（mm）

倾

斜

方

向

大

角

高

度

（mm）

倾

斜

率（‰）

备

注

南北方向（Ⅰ）

东西方向（Ⅱ）

Ⅰ2+Ⅱ2

南

北

东

西

①

-

3

-

6

6.7

北西

7500

0.9

②

-

6

-

5

7.8

北西

7500

1.0

③

-

5

-

5

7.1

北西

7500

0.9

④

-

2

-

7

7.3

北西

7500

1.0

以

下

空

白

简图:

北

5

2

锅炉房（大）

③

5

④

7

②

6

5

①

6

3