建筑物沉降观测的方法与实践
1.引言
随着工业与民用建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建（构）筑物的正常使用寿命和建（构）筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。本文结合建筑施工过程中沉降观测的实践，阐述了沉降观测的方法和意义。
2.高层建筑物沉降的主要来源及原因
高层建筑物沉降的主要来源及特征，包括建筑物本身相联系的原因和自然条件引起的变化。即：
2.1内部因素引起的变形
合理变形：建筑物自身的构筑形态造成荷载分布不均衡使建筑物发生变形，这种变形一般小于允许变形值，随着时间的推移而趋于稳定。
施工误差变形：由于施工误差而造成荷载分布和预计分布不符，从而造成建筑物变形，这种变形对局部来讲一般很小，但考虑从下部到上部的累积变形间的相互影响时，它是建筑物达到危险变形的一个重要因素。
2.2外部因素引起的变形
基础形变：由于建筑物的重量，使基础上的土壤被压实，引起建筑物沉降。
其余因素引起的变形：由于基础的地质构造不均匀，季节性和周期性的温度和地下水的变化引起以及受风力引起的摆动等。这里不包括偶然性的地震因素。
建筑物产生沉降后一定要对其沉降量值进行分析，建筑物正常的沉降，是循着：从缓慢——活跃——缓慢——稳定的过程。我们通常最关心的是建筑物最大沉降量，有关要求是H（建筑物总高）×0.02％。但这是对一个建筑物完工后一定时期的概略标准，却不是建筑物从施工至使用后1——2年里的各个时期的最大沉降量的要求。而各时期的最大沉降量的要求是及时和非常重要的，而且因各地的地质构造情况不同和各个时期时间性不同，所以的设计系数也不同。
3.沉降观测的实施
3.1工作基点和观测点标志的布设
工作基点（以下简称基点）是沉降观测的基准点，应根据工程的沉降施测方案和布网原则的要求建立，而沉降施测方案应根据工程的布局特点、现场的环境条件制订。依据工作经验，一般高层建筑物周围要布设三个基点，且与建筑物相距50m至100m间的范围为宜。基点可利用已有的、稳定性好的埋石点和墙脚水准点，也可以在该区域内基础稳定、修建时间长的建筑物上设置墙脚水准点。若区域内不具备上述条件，则可按相应要求，选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设基点。所布设的基点，在未确定其稳定性前，严禁使用。因此，每次都要测定基点间的高差，以判定它们之间是否相对稳定，并且基点要定期与远离建筑物的高等级水准点联测，以检核其本身的稳定性。
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。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。它一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图，以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之间要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，保证各次观测均沿统一路线。
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。
沉降观测点布置如下：#p#分页标题#e#
3.2编制依据：
1、《工程测量规范》GB50026—93
2、《国家一、二等水准测量规范》
3.3沉降观测的基本要求
3.3.1仪器设备、人员素质的要求
根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10—1/20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪(DSZ2)，水准尺采用铟合金尺。
人员素质的要求，必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，熟悉测量理论能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序，对实施过程中出现的问题能够会分析原因并正确的运用误差理论进行平差计算，做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。
3.3.2观测时间的要求
首次观测必须按时进行，其他各阶段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，不得漏测或补测。相邻的两次时间间隔称为一个观测周期，一般高层建筑物的沉降观测按一定的时间段为一观测周期(如：次/30天)或按建筑物的加荷情况每升高一层(或数层)为一观测周期。
3.3.4沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则
所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本一致；观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。
3.3.5施测要求
仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3——6个月重新对所用仪器、设备进行检校。
在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。
3.3.6沉降观测精度的要求
根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。再未有特除要求情况下，一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。
各项观测指标要求如下：
(1)往返较差 、附和或环线闭合差： △h＝∑a-∑b≤l
n—表示测站数。(或△h＝∑a-∑b≤1.0 ， L表示观测路线距离)
(2)前后视距 ： ≤30m
(3)前后视距差 ： ≤1.0m
(4)前后视距累积差：≤3.0m
(5)沉降观测点相对于后视点的高差容差 ：≤1.0mm
(6)水准仪的精度不低于N2级别
3.3.7沉降观测成果整理及计算要求
原始数据要真实可靠，记录计算要符合施工测量规范的要求，依据正确，严谨有序，步步校核，结果有效的原则进行成果整理及计算。
执行的测量规范：
(1)《工程测量规范》（GB 50026-93）
(2)《建筑变形测量规程》（JGJ/T 8-97）
(3)《国家一、二等水准测量规范》（GB90204-92）
沉降监测网的主要技术要求如表1
|
相邻基准点高差中误差(mm) |
每站高差中误差(mm) |
往返较差、环线闭合差 (mm) |
检测已测高差较差(mm) |
使用仪器、观测方法及要求 |
|
1.0 |
0.30 |
0.60 |
0.80 |
DS2型仪器加光学测微器，按二等水准测量的技术要求施测 （见表2） |
表2
|
等级 |
每千米高差全中误差（mm） |
路 线长 度（km） |
水准仪的型号 |
水准尺 |
观测次数 |
往返较差、环线
闭合差 |
|
与已知点联测 |
闭合环线 |
（mm） |
|
二等 |
2 |
— |
DS2#p#分页标题#e#加光学测微器 |
铟瓦 |
往返各
一次 |
往返各
一次 |
4 |
为保证测量的准确性，观测之前对所使用仪器按规范要求进行检验校正，观测按照采用相同的观测路线、使用同一仪器和水准尺、固定观测人员、在基本相同的环境和条件下进行观测，精度严格遵行规范要求：
表3
|
等级 |
水准仪的型号 |
视线长度(m) |
前后视较 差(m) |
前后视累积差(m) |
视线离地面最低高度(m) |
基本分划、辅助分划读数 较差(mm) |
基本分划、辅助分划所测高差较差(mm) |
|
二等 |
DS2 加光学测微器 |
50 |
1 |
3 |
0.5 |
0.5 |
0.7 |
3.4沉降观测的周期及施测过程
沉降观测的周期应能反映出建筑物的沉降变形规律，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，否则沉降观测得不到原始数据，从而使整个观测得不到完整的观测结果。其他各阶段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，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。一般认为建筑在砂类土层上的建筑物，其沉降在施工期间已大部分完成，而建筑在粘土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间只是整个沉降量的一部分，因而，沉降周期是变化的。根据工作经验，在施工阶段，观测的频率要大些，一般按3天、7天、15天确定观测周期，或按层数、荷载的增加确定观测周期，观测周期具体应视施工过程中地基与加荷而定。如暂时停工时，在停工时和重新开工时均应各观测一次，以便检验停工期间建筑物沉降变化情况，为重新开工后沉降观测的方式、次数是否应调整作判断依据。在竣工后，观测的频率可以少些，视地基土类型和沉降速度的大小而定，一般有一个月、两个月、三个月、半年与一年等不同周期。沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。对重点观测和科研项目工程，若最后三个周期观测中每周期的沉降量不大于2倍的测量中误差，可认为已进入稳定阶段。一般工程的沉降观测，若沉降速度小于0.01～0.04mm/d，可认为进入稳定阶段，具体取值应根据各地区地基土的压缩性确定。
根据编制的沉降施测方案及确定的观测周期，首次观测应在观测点稳固后及时进行。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应自基础开始，在基础的纵横轴线上(基础局边)按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的)，待临时观测点稳固好，方可进行首次观测。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2级精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次，比较观测结果，若同一观测点间的高差不超过±0.5mm时，我们即可认为首次观测的数据是可靠的。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测，直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500mm)，然后每施工一层就复测一次，直至竣工。
在施工打桩、基坑开挖以及基础完工后，上部不断加层的阶段进行沉降观测时，必须记载每次观测的施工进度、增加荷载量、仓库进（出）货吨位、建筑物倾斜裂缝等各种影响沉降变化和异常的情况。每周观测后，应及时对观测资料进行整理，计算出观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量和沉降速度。若出现变化量异常时，应立即通知委托方，为其采取防患措施提供依据，同时适当增加观测次数。
3.5观测中的注意事项
（1）严格按测量规范的要求施测。#p#分页标题#e#
（2）前后视观测最好用同一水平尺。
（3）各次观测必须按照固定的观测路线进行。
（4）观测时要避免阳光直射，且各观测环境基本一致。
（5）成像清晰、稳定时再读数。
（6）随时观测，随时检核计算，观测时要—气阿成。
（7）在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。
（8）将各次所观测沉降情况及时反馈有关部门，当建筑物每天(24h)连续沉降量超过1mm时应停止施工，会同有关部门采取应急措施。
4.工程实例
该工程地上9层，地下1层，剪力墙结构，基础为筏板基础。为了保证建构筑物的正常使用寿命和建（构）筑物的安全性，在高层建筑物施工过程中应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失，需对建筑物进行沉降变形观测。
4.1监测资料和报告
4.1.1观测结果采用EXCEL对当日的观测数据进行数据处理，并及时将成果报交给甲方、监理和施工单位。
若发现观测结果出现异常时，及时通知甲方、监理和施工单位。如出现建筑物差异沉降超过L/1000（L为相邻两沉降点之间距）时，必须立即报警；
4.2.1观测工作结束后，应提交下列成果：
（1）建筑物竣工后一周内向业主提交恒达嘉园竣工沉降监测报告，内容包括：沉降观测成果表；沉降观测点位分布图及各周期沉降展开图；v-t-s。（见表4）
表四 沉降观测记录表
观测
次数 |
观测
时间 |
各观测点的沉降情况 |
施工进展情况 |
荷载t／m2 |
|
1 |
2 |
3 |
|
高程／m |
本次下沉／mm |
累计下沉
s／mm |
高程／m |
本次下沉／mm |
累计下沉
s／mm |
高程／m |
本次下沉／mm |
累计下沉
s／mm |
|
1 |
07.01.10 |
50.454 |
0 |
0 |
50.473 |
0 |
0 |
50.435 |
0 |
0 |
一层平口 |
|
|
2 |
07.02.23 |
50.448 |
-6 |
-6 |
50.467 |
-6 |
-6 |
50.427 |
-8 |
-8 |
三层平口 |
40 |
|
3 |
07.03.16 |
50.443 |
-5 |
-11 |
50.462 |
-5 |
-11 |
50.424 |
-3 |
-11 |
五层平口 |
60 |
|
4 |
07.04.14 |
50.440 |
-3 |
-14 |
50.459 |
-3 |
-14 |
50.423 |
-1 |
-12 |
七层平口 |
70 |
|
5 |
07.05.14 |
50.438 |
-2 |
-16 |
50.456 |
-3 |
-17 |
50.418 |
-5 |
-17 |
九层平口 |
80 |
|
6 |
07.06.04 |
50.434 |
-4 |
-20 |
50.452 |
-4 |
-21 |
50.415 |
-3 |
-20 |
主体完 |
100 |
|
7 |
07.08.30 |
50.429 |
-5 |
-25 |
50.447 |
-5 |
-26 |
50.413 |
-2 |
-22 |
竣工 |
|
|
8 |
07.11.06 |
50.425 |
-4 |
-29 |
50.445 |
-2 |
-28 |
50.410 |
-3 |
-25 |
使用 |
|
|
9 |
08.02.28 |
50.423 |
-2 |
-31 |
50.444 |
-1 |
-29 |
50.405 |
-5 |
-30 |
|
|
|
10 |
08.05.06 |
50.422 |
-1 |
-32 |
50.443 |
-1 |
-30 |
50.404 |
-1 |
-31 |
|
|
|
11 |
08.08.05 |
50.421 |
-1 |
-33 |
50.443 |
0 |
-30 |
50.399 |
-5 |
-36 |
|
|
|
12 |
08.12.25 |
50.421 |
0 |
-33 |
50.443 |
0 |
-30 |
50.397 |
-2 |
-38 |
|
|
#p#分页标题#e#
（2）沉降观测工作全部结束后一周内向业主吴起采油厂提交沉降监测报告，内容包括：沉降观测成果表；沉降观测点位分布图及各周期沉降展开图；v-t-s。
4.2.沉降观测在实施过程中遇到的问题及处理方法
在本次沉降测量第二次观测后，与第一次观测结果比较发现，第1、2、3号观测点出现回升现象，而且回升量较大，分别为-6.00mm和-6.00mm,大于-8.00mm，且在以后的观测中均为下降趋势。经查阅资料，分析认为，可能由于第一次观测时，1、2号和3号观测点的精度较低引起。处理方法，舍去第一次观测的成果，以第二次观测成果作为第一次观测的数据基准。在后续的观测中，未发现异常现象。
5.探讨的几个问题
5.1确定高层建筑物沉降观测成果精度的合理性
沉降测量的观测精度直接关系到沉降观测的成败。所以，根据工程特性的需要，选择合理的沉降观测精度，既不会造成无谓的浪费，也能保证观测结果的准确性和可靠性。所以本人认为，一般的高层建筑在观测过程中使用高精度的仪器设备（S05、 S1高精度水准仪、铟佤尺）在建筑物±0以上进行二等精密水准测量的方法，采用S2配合光学测微器进行观测也能够达到较为理想的观测结果。
5.2在沉降观测过程中若沉降量与时间的关系曲线不是单边下降的光滑曲线，而是出现了起伏现象，这就需要分析原因，对观测进行修正。
当建筑物在第二次出现回升，且在以后的观测中又出现逐渐下降。原因：首次观测的精度较低。若回升超过5mm时，则首次观测作废；若回升小于5mm时，则第一次观测与第二次观测标高调整为一致。
当建筑物在某次观测后出现逐渐回升，原因：应为水准点下沉所致。处理方法为与高级水准点符合测量，以确定水准点的下沉重。
当建筑物在某点观测突然回升，原因为水准点或观测点碰动所致，则可取相邻观测点的同期沉降量为此观测点的被碰动点的沉降量。
参考文献
1李仲.建筑工程测量.高等教育出版社.2007年.
2 冯仲科.测量学原理.中国林业出版社.2002年.
3 岳建平，陈伟清.武汉理工大学出版社.2006年.
