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沉降观测教程
建筑物变形观测概述
2008年11月
11．1建筑物变形观测概述
高层建筑、重要厂房和大型设备基础在施工期间和使用初期，由于建筑物基础的地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化、建筑物本身的荷重、建筑物的结构及动荷载的作用，引起基础及其四周地形变形，而建筑物本身因基础变形及外部荷载与内部应力的作用，也要发生变形。
这种变形在一定限度内应视为正常的现象，但如果超过了规定的限度，则会导致建筑物结构变形或开裂，影响其正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。
为了建筑物的安全使用，研究变形的原因和规律，为建筑物的设计、施工、管理和科学研究提供可靠的资料，在建筑物的施工和使用初期，必须要对其进行变形观测。
建筑物的变形包括建筑物的沉降、倾斜、裂缝和平移。
建筑物变形观测的任务是周期性地对设置在建筑物上的观测点进行重复观测，求得观测点位置的变化量。
建筑物变形观测能否达到预定的目的要受很多因素的影响，其中最基本的因素是变形测量点的布设、变形观测的精度与频率。
变形测量点，宜分为基准点、工作基点和变形观测点。
其布设应符合下列要求：
1）、每个工程至少应有三个稳固可靠的点作为基准点；
2）、工作基点应选在比较稳定的位置。
对通视条件较好或观测项目较少的工程，可不设工作基点，在基准点上直接测定变形观测点；
3）、变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。
变形观测的精度要求，取决于某建筑物预计的允许变形值的大小和进行观测的目的，必须满足《工程测量规范》的要求。
若为建筑物的安全监测，其观测中误差应小于允许变形值的1/10～1/20；若是为了研究建筑物的变形过程和规律，则其中误差应比这个数值小得多，即精度要求要高得多。
通常以当时能达到的最高精度作为标准来进行观测。
但一般还是从工程实用出发，如对于钢筋混凝土结构、钢结构的大型连续生产的车间，通常要求观测工作能反映出1㎜的沉降量；对一般规模不大的厂房车间，要求能反映出2㎜的沉降量。
因此，对于观测点高程的测定误差，应在±1㎜以内。
而为了科研目的，则往往要求达到±0.1㎜的精度。
为了达到变形观测的目的，应在工程建筑物的设计阶段，在调查建筑物地基负载性能、预估某些因素可能对建筑物带来影响的同时，就着手拟定变形观测的设计方案并立项，由施工者和测量者根据需要与可能，确定施测方案，以便在施工时就将标志和设备埋置在变形观测的设计位置上，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止。
每次变形观测前，对所使用的仪器和设备，应进行检验校正并作出详细的记录；每次变形观测时，应采用相同的观测路线和观测方法，使用同一仪器和设备，固定观测人员，并在基本相同的环境和条件下开展工作
。
变形观测的频率，应根据建筑物、构筑物的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件等因素综合考虑。
观测过程中，可根据变形量的变化情况做适当的调整。
对于平面和高程监测网，应定期检测。
在建网初期，宜每半年检测一次；点位稳定后，检测周期可适当延长。
当对变形成果发生怀疑时，应随时进行检核。
变形观测的内容主要有沉降观测、倾斜观测、裂缝和位移观测等。
11．2沉降观测
建筑物的沉降是地基、基础和上层结构共同作用的结果。
沉降观测就是测量建筑物上所设观测点与水准点之间的高差变化量。
研究解决地基沉降问题和分析相对沉降是否有差异，以监视建筑物的安全。
11．2．1水准点和观测点的设置
建筑物的沉降观测是根据埋设在建筑物附近的水准点进行的，所以水准点的布设要把水准点的稳定、观测方便和精度要求综合起来考虑，合理地埋设。
为了相互校核并防止由于个别水准点的高程变动造成差错，一般要布设三个水准点，它们应埋设在受压、受震范围以外，埋设深度在冻土线以下0.5m，才能保证水准点的稳定性，但又不能离开观测点太远（不应大于
100m），以便提高观测精度。
观测点的数目和位置应能全面反应建筑物沉降的情况，这与建筑物的大小、荷重、基础形式和地质条件有关。
建筑物、构筑物的沉降观测点，应按设计图纸埋设。
一般情况下，建筑物四角或沿外墙每隔10~15m处或每隔2～3根柱基上布置一个观测点；另外在最容易变形的地方，如设备基础、柱子基础、裂缝或伸缩缝两旁、基础形式改变处、地质条件改变处等也应设立观测点；对于烟囱、水塔和大型储藏罐等高耸构筑物的基础轴线的对称部位，每一构筑物不得少于4个观测点。
观测点的埋设要求稳固，通常采用角钢、圆钢或铆钉作为观测点的标志，并分别埋设在砖墙上、钢筋混凝土柱子上和设备基础上，如图11.1所示。
11．2．2观测时间、方法和精度要求
施工过程中，一般在增加较大荷重前后，如基础浇灌、回填土、安装柱子和屋架、砌筑砖墙、安装吊车、设备运转等都要进行沉降观测。
当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水及暴雨后，或周围大量挖方等均应观测，施工中如中途停工时间较长，应在停工时及复工前进行观测。
工程完工后，应连续进行观测，观测时间的间隔可按沉降量的大小及速度而定，开始时可每隔1～2月观测一次，以每次沉降量在5～10㎜为限，否则要增加观测次数。
以后随着沉降速度的减慢，再逐渐延长观测周期，直至沉降
稳定为止。
水准点的高程须以永久性水准点为依据来精确测定。
测定时应往返观测，并经常检查有无变动。
对于重要厂房和重要设备基础的观测，要求能反映出1～2㎜的沉降量。
因此，必须应用S1级以上精密水准仪和精密水准尺进行往返观测，其观测的闭合差不应超过±0.6㎜（n为测站数），观测应在成像清晰、稳定的时间内进行。
对于一般厂房建筑物，精度要求可放宽些，可以使用四等水准测量的水准仪进行往返观测，观测闭合差应不超过±1.4㎜。
11．2．3沉降观测的成果整理
沉降观测采用专用的外业手簿。
每次观测结束后，应检查观测手薄中的记录数据和计算是否正确，精度是否符合要求。
然后把历次各观测点的高程列入表11.1中，计算两次观测之间的沉降量和累计沉降量，并注明观测日期和沉降—荷重—时间关系曲线图。
如图11.2所示
表11.1沉降观测记录手簿:
日期
荷重/t
观测点
50
51
52
53
高程/m
沉降量/mm
累计沉降量/mm
高程/m
沉降量/mm
累计沉降量/mm
高程/m
沉降量/mm
累计沉降量/mm
高程/m
沉降量/mm
累计沉降量/mm
1986.9.10
44.624
44.528
44.652
44.666
1986.10.10
44.621
3
3
44.519
3
3
44.651
1
1
44.661
5
5
1986.11.10
400
44.613
8
11
44.511
6
9
44.646
5
6
44.651
10
15
1986.12.10
44.603
10
21
44.505
8
17
44.644
2
8
44.643
8
23
1987.1.10
800
44.595
8
29
44.501
6
23
44.641
3
11
44.639
4
27
1987.2.10
1200
44.589
6
35
44.497
4
27
44.635
6
17
44.638
1
28
1987.3.10
44.585
4
39
44.494
4
31
44.634
1
18
44.636
2
30
1987.4.10
44.582
3
42
44.492
3
34
44.631
3
21
44.635
1
31
1987.5.10
44.580
2
44
44.490
2
36
44.629
2
23
44.632
3
34
1987.6.10
44.577
3
47
44.488
2
38
44.626
3
26
44.627
5
39
1987.7.10
44.574
3
50
44.487
2
40
44.623
3
29
44.625
2
41
1987.8.10
44.572
2
52
44.486
1
41
44.622
1
30
44.623
2
43
1987.9.10
44.571
1
53
44.485
1
42
44.621
1
31
44.622
1
44
1987.10.10
44.570
1
54
44.485
1
43
44.620
1
32
44.621
1
45
1987.12.10
1988.2.10
44.569
1
55
44.484
1
44
44.619
1
33
44.620
1
46
1988.4.10
1988.6.10
44.569
0
44.484
0
44
44.619
0
33
44.620
0
46
1988.8.10
1988.10.10
44.569
0
55
44.484
0
44
44.619
0
33
44.620
0
46
11．3倾斜观测
基础不均匀的沉降将使建筑物倾斜，对于高大建筑物影响更大，严重的不均匀沉降会使建筑物产生裂缝甚至倒塌。
因此，必须及时观测、处理以保证建筑物的安全。
根据建筑物高低和精度要求不同，倾斜观测可采用一般性投点法、倾斜仪观测法和激光铅垂仪法等。
11．3．1一般投点法
1．一般建筑物的倾斜观测
对需要进行倾斜观测的一般建筑物，要在几个侧面观测。
如图11.3，在距离墙面大于墙高的地方选一点A安置经纬仪瞄准墙顶一点M，向下投影得一点M1，并作标志。
过一段时间，再用经纬仪瞄准同一点M,向下投影得M2点。
若建筑物沿侧面方向发生倾斜，M点已移位，则M1点与M2点不重合，于是量得水平偏移量a。
同时，在另一侧面也可测得偏移量b，以H代表建筑物的高度，则建筑物的倾斜度为：
i=[√（a2+b2）]/H（11.1）
2．锥形建筑物的倾斜观测
当测定圆形建筑物，如烟囱、水塔等的倾斜度时，首先要求得顶部中心O′点对底部中心O点的偏心距，如图11.4中的OO′。
其做法如下。
如图11.4所示，在烟囱底部边沿平放一根标尺，在标尺的垂直平分线方向上安置经纬仪，使经纬仪距烟囱的距离不小于烟囱高度的1.5倍。
用望远镜瞄准底部边缘两点A、A′及顶部边缘两点B、B′，并分别投点到标尺上，设读数为y1、y1′和y2、y2′，则烟囱顶部中心O′点对底部中心O点在y方向的偏心距：
δy=（y2+y'2）/2-（y1+y'1）/2（11.2）
同法再安置经纬仪及标尺于烟囱的另一垂直方向（方向），测得底部边缘和顶部边缘在标尺上投点读数为x1、x1′和x2、x2′，则在x方向上的偏心距为：
δx=（x2+x'2）/2-（x1+x'1）/2（11.3）
烟囱的总偏心距为：
δ=√（δ2x+δ2y）（11.4）
烟囱的倾斜方向为：
αoo'=arctan-1（δy/δx）（11.5）
式中：
α为以轴作为标准方向线所表示的方向角。
以上观测,要求仪器的水平轴应严格水平。
因此，观测前仪器应进行检验与校正，使观测误差在允许误差范围以内，观测时应用正倒镜观测两次取其平均数。
11．3．2倾斜仪观测法
常见的倾斜仪有水准管式倾斜仪、气泡式倾斜仪和电子倾斜仪等。
倾斜仪一般具有能连续读数、自动记录和数字传输等特点，有较高的观测精度，因而在倾斜观测中得到广泛应用。
下面就气泡式倾斜仪作简单介绍。
气泡式倾斜仪由一个高灵敏度的气泡水准管e和一套精密的测微器组成，如图11.5所示。
气泡水准管固定在架a上，可绕c转动，a下装一弹簧片d，在底板b下为置放装置m，测微器中包括测微杆g、读数盘h和指标k。
将倾斜仪安置在需要的位置上，转动读数盘，使测微杆向上（向下）移动，直至水准管气泡居中为止。
此时在读数盘上读数，即可得出该处的倾斜度。
我国制造的气泡式倾斜仪灵敏度为2″，总的观测范围为1°。
气泡式倾斜仪适用于观测较大的倾斜角或量测局部地区的变形，例如：
测定设备基础和平台的倾斜等。
11．3．3激光铅垂仪法
激光铅垂仪法是在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅垂仪或激光经纬仪，按一定的周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。
作业中仪器应严格置平、对中。
当建筑物立面上观测点数量较多或倾斜变形比较明显时，也可采用近景摄影测量的方法进行建筑物的倾斜观测。
建筑物倾斜观测的周期，可视倾斜速度的大小，每隔1～3个月观测一次。
如遇基础附近因大量堆载或卸载，场地降雨长期大量积水而导致倾斜速度加快时，应及时增加观测次数。
施工期间的观测周期与沉降观测周期取得一致。
倾斜观测应避开强日照和风荷载影响大的时间段。
11．4裂缝与位移观测
11．4．1裂缝观测
当建筑物发生裂缝时，应进行裂缝变化的观测，并画出裂缝的分部图，根据观测裂缝的发展情况，在裂缝两侧设置观测标志；对于较大的裂缝，至少应在其最宽处及裂缝末端各布设一对观测标志。
裂缝可直接量取或间接测定，分别测定其位置、走向、长度、宽度和深度的变化。
如图11.6所示，观测标志可用两块白铁皮制成，一片为150㎜×150㎜，固定在裂缝的一侧，并使其一边和裂缝边边缘对齐；另一片为50㎜×200㎜，固定在裂缝的另一侧，并使其一部分紧贴在150㎜×150㎜的白铁皮上，两块白铁皮的边缘应彼此平行。
标志固定好后，在两块白铁皮露在外面的表面涂上红色油漆，并写上编号和日期。
标志设置好后如果裂缝继续发展，白铁皮将逐渐拉开，露出正方形白铁皮上没有涂油漆部分，它的宽度就是裂缝加大的宽度，可以用尺子直接量出。
和裂缝边边缘对齐；另一片为50㎜×200㎜，固定在裂缝的另一侧，并使其一部分紧贴在150㎜×150㎜的白铁皮上，两块白铁皮的边缘应彼此平行。
标志固定好后，在两块白铁皮露在外面的表面涂上红色油漆，并写上编号和日期。
标志设置好后如果裂缝继续发展，白铁皮将逐渐拉开，露出正方形白铁皮上没有涂油漆部分，它的宽度就是裂缝加大的宽度，可以用尺子直接量出。
11．4．2位移观测
位移观测是根据平面控制点测定建筑物在平面上随时间而移动的大小及方向。
首先，在建筑物纵横方向上设置观测点及控制点。
控制点至少3个，且位于同一直线上，点间距离宜大于30m，埋设稳定标志，形成固定基准线，以保证测量精度。
如图11-7所示，A、B、C为控制点，M为建筑物上牢固、明显的观测点。
水平位移观测可采用正倒镜投点的方法求出位移值，亦可用测水平角的方法。
设在A点第一次所测角度为β1，第二次测得角度为β2，两次观测角度的差为：
△β=β2-β1（11.6）则有建筑物的水平位移值为：
±3mm
观测精度视需要而定，通常观测误差的容许值为：
±3mm。
在测定大型工程建筑物的水平位移时，也可利用变形影响范围以外的控制点，用前方交会或后方交会法进行测定。
11．5竣工总平面图的编绘
竣工总平面图是设计总平面图在施工后实际情况的全面反映。
由于在施工过程中可能会因设计时没有考虑到的问题而使设计有所变更，所以设计总平面图不能完全代替竣工总平面图。
编绘竣工总平面图的目的：
首先是把变更设计的情况通过测量全面反映到竣工总平面图上；其次是将竣工总平面图应用于对各种设施的管理、维修、扩建、事故处理等工作，特别是对地下管道等隐蔽工程的检查和维修；同时还为企业的扩建提供了原有各
项建筑物、构筑物、地上和地下各种管线及交通线路的坐标、高程资料。
通常采用边竣工边编绘的方法来编绘竣工总平面图。
竣工总平面图的编绘，包括室外实测和室内资料编绘两方面的内容。
11．5．1竣工测量的内容
在每一个单项工程完成后，必须由施工单位进行竣工测量。
提出工程的竣工测量成果，作为编绘竣工总平面图的依据。
其内容包括以下各方面：
1．工业厂房及一般建筑物
包括房角坐标、各种管线进出口的位置和高程，并附房屋编号、结构层数、面积和竣工时间等资料。
2．铁路与公路
包括起终点、转折点、交叉点的坐标，曲线元素，桥涵、路面、人行道等构筑物的位置和高程。
3．地下管网
3．地下管网
窨井、转折点的坐标，井盖、井底、沟槽和管顶等的高程，并附注管道及窨井的编号、名称、管径、管材、间距、坡度和流向。
4．架空管网
包括转折点、结点、交叉点的坐标，支架间距，基础面高程等。
5．特种构筑物
包括沉淀池、烟囱、煤气罐等及其附属建筑物的外形和四角坐标，圆形构筑物的中心坐标，基础面标高，烟囱高度和沉淀池深度等。
竣工测量完成后，应提交完整的资料，包括工程的名称、施工依据和施工成果，作为编绘竣工总平面图的依据。
11．5．2竣工总平面图的编绘
竣工总平面图上应包括建筑方格网点、水准点、建（构）筑物辅助设施、生活福利设施、架空及地下管线、铁路等建筑物或构筑物的坐标和高程，以及相关区域内空地等的地形。
有关建筑物、构筑物的符号应与设计图例相同，有关地形图的图例应使用国家地形图图式符号。
建筑区地上和地下所有建筑物、构筑物绘在一张竣工总平面图上时，往往因线条过于密集而不醒目，为此可采用分类编图。
如综合竣工总平面图、交通运输总平面图和管线竣工总平面图等等。
比例尺一般采用1：
1000。
如不能清楚地表示某些特别密集的地区，也可在局部采用1:
500的比例尺。
当施工的单位较多，工程多次转手，造成竣工测量资料不全，图面不完整或与现场情况不符时，需要实地进行施测，这样绘出的平面图，称为实测竣工总平面图。
小结
1．建筑物变形主要是指建筑物的沉降、倾斜、裂缝和平移。
2．变形观测的目的是通过对建筑物变形观测的数据来研究变形的原因和规律，为建筑物的设计、施工、管理和科学研究提供可靠的资料。
3．变形观测的任务是周期性地对设置在建筑物上的观测点进行重复观测，求得观测点位置的变化量。
4．变形观测的精度是根据观测的目的和要求进行，取决于该建筑物预计的允许变形值的大小。
5．变形观测的内容主要有沉降观测、倾斜观测、裂缝和位移观测等。
6．沉降观测是根据建筑物附近的水准点并通过精密水准测量测设出建筑物上观测点的高程。
精度要求应依据观测目的和要求，做到水准点稳固且不少于3个，距观测点距离近，观测精度严格按《工程测量规范》要求进行；观测点的位置和数量应牢固、适量与实用；观测实施时，应注意观测的时间和次数，观测人员的组织，仪器的使用和要求及观测路线选定等。
7．倾斜观测应根据建筑物的高低和精度要求不同，采用一般性投点法、倾斜仪观测法和激光铅垂仪法等实施。
8．裂缝观测应根据裂缝的发展情况，在裂缝处设置观测标志，系统地进行裂缝变化的观测，并画出裂缝的分部图，量出每一裂缝的长度、宽度和深度。
9．位移观测是根据平面控制点测定建筑物在平面上随时间而移动的大小及方向。
其测定方法可按需要的精度要求，采用投点法、水平角测定法、前方交会法及后方交会法等。
10。
竣工测量是指建筑工程在竣工验收时所进行的测量工作。
竣工总平面图是设计总平面图在施工后实际情况的全面反映。
竣工总平面图的编绘是通过竣工测量及室内资料的编绘完成的。
温馨提示：
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