谈建筑物沉降观测的方法和注意事项

苏登信

(南充职业技术学院土木系，四川 南充 637100)

0 引言

施工测量贯穿于施工的始终，随着施工的进展，还应对一些大型、高层或特殊建(构)筑物进行变形监测，作为鉴定工程质量和验证工程设计、施工是否合理的依据。变形监测作为建筑施工中一项十分重要的测量任务，直接影响施工项目质量及安全。

变形监测分为:位移、沉降、倾斜、挠度、裂缝监测。建筑物施工阶段的变形观测主要指沉降观测(这里包含了不均匀沉降和倾斜)。按GB 50026-93工程测量规范规定在建筑物沉降影响范围外埋设至少3个坚固的水准基点。基准点应埋在与邻近建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的1.5倍～2.0倍，最好控制在离建筑物50 m～100 m范围内。在实际中既要考虑反映监测对象的变形特征，又便于应用仪器进行观测，还要有利于测点的保护。

1 点位的布设

根据水准基点与沉降观测点的布点原则以及现场踏勘的情况:1)水准基点应埋设在建筑物沉降影响范围之外，距沉降观测点20 m～100 m，且不受施工影响的地方，分析受到施工影响的大小与方式，可以考虑埋设在稳定建筑物的基岩上。为了互相检核，水准基点最少应布设三个。对于拟测工程规模较大者，基点要统一布设在建筑物周围，便于缩短水准路线，提高观测精度。2)沉降观测点应布设在最能反映建筑沉降的位置，比如民用建筑的四角点、中点、转角处;建筑物周边每隔10 m～20 m布置一个;沉降缝两侧等等。对于水准基点网的构建应根据《国家一、二等水准测量规范》和工程实际特点建立，且根据项目需要增设，以建立基点间的相互校核关系，提高校核基点的可靠性，呈等边三角形位置的校核基点，或者设置固定转点和固定测站，提高水准基点网监测的测量精度和测量数据的可靠性。

为了保证测量成果能保障施工的质量与安全，我们应该不断提高观测精度，减少观测误差。因为水准基点网监测的主要目的是监测观测点的高程从而得到可靠的沉降数据，为了达到这个目的，监测精度仅仅满足适合于本工程的一或二等水准规范的要求是远远不够的;要成功有效地检验观测误差，应设法使水准网形成高一级的闭合环结构，并能分析这样的观测误差是由于测量引起或是由水准基点的稳定性引起。在检验水准网精度时，不能简单地依据一次检验的成果来对观测点的高程进行修正。必须结合多次检验成果，尽量运用统计学知识进行综合分析，对观测精度、成果的可靠性进行判别，根据分析报告做出高程修正的方案。也可以通过一定的数学方法对水准基点的稳定性进行检验，比如常用的平均间隙法。

2 沉降观测方法

采用几何水准测量方法，应尽量做到前后视线等距离，视线长度根据所选仪器精度而定，一般不得大于65 m，在同一观测站，不得两次调焦，镜位和转点均要稳定，水准仪要严格平整，不得使用塔尺，每次观测应符合“三同一固定”原则，即为:

1)采用相同的观测路线和观测方法。2)使用同一仪器和设备。3)相同的观测人员。4)在固定的环境和条件下工作。

在具体的实施过程中可根据实际情况采用两种测量方法，即:相邻临时水准点闭合法和直接测量法。测量时的精度要求满足本工程的沉降观测技术要求，一般采用Ⅱ级变形观测精度要求，各项指标见表1。

表1 沉降观测技术要求

3 观测数据的成果整理

3.1 整理原始记录

每次观测结束后，应及时检查记录的数据和计算是否正确，精度是否合格，然后分配闭合差到高差改正数里，根据新的高差改正数推算各沉降观测点的高程。

3.2 计算沉降量

1)沉降观测量值的原有计算方法——视线高法。水准测量的原理与计算方法:利用观测时水准仪所提供的水平视线，在后视与前视两测点位置竖立的水准标尺上获取读数，求得其高差，来确定前视测点的高程。因此水准测量量值的计算方法一般采用高差法:HB=HA+hAB(hAB=a-b)。当利用水平视线读数，可以在一测站能测出若干个前视点的读数时，比如线路测量跟施工放样时，水准测量量值的计算方法也可以采用视线高法:HB=Hib(Hi=HA+a)。建筑物的沉降观测就是在一测站能测出若干个前视点的读数，所以沉降观测量值的原有计算方法就是采用的视线高法。

2)沉降观测量值简化计算新法——时点差法。建筑物沉降观测采用的是大地水准测量原理。沉降观测工作中的水准点，是假定在一定长的时间内不产生垂直位移变形，用于观测工作中参照的基准点。设置在建筑物上的沉降点就是参照基准点观测其产生的垂直变化，获得在此时段两点间的垂直间差。因此每一次沉降观测工作记录表上直接记录的数据与计算结果是在某一测量时段的某一观测站点，观测水准点上后视标尺的读数(a)与建筑物沉降点上前视标尺的读数(b)，通过计算求得此时此站该沉降点与其水准点两点间读数的垂直间差(G=a-b)，以下简称该沉降点之时点差。从该沉降点前一次观测的时点差和本次观测的时点差比较，即可求知本次观测的沉降量。采用时点差式的计算方法，本文称之为时点差法。时点差法中的上次时点差减去本次时点差即等于本次沉降观测的沉降量。时点差法减少了计算后视线高程的计算步骤。

在沉降观测工作中做好各观测点位的布置、测绘好点位分布图，是做好沉降观测工作的基础。因在沉降观测点位分布图上详细绘有观测站点、水准点、转测点、沉降观测点等的位置及编号、建筑物的方位图示、新建工程相邻建筑物况等应表达的信息量。这些信息量的录入，对时点差法的计算和后续沉降观测作业起到延续引导作用。沉降观测点位分布图同样是指导每次沉降观测逐站、逐点循序渐进，保证沉降观测读数、记数取值的精准度，减少沉降观测操作时产生作业粗差的控制图。

3.3 沉降曲线绘制及分析

由观测周期和沉降观测值得到沉降变形曲线，这是较为简单可行的常用数据分析方法，一般通过Excel表格建立沉降变形曲线。根据建筑物在土层和加固后地基上在荷载作用下和时间列序所组成的曲线，用数学方程进行拟合，逼近所建立起来的非线性沉降曲线是具有形象鲜明，概念清楚的工程语言。

建筑物的沉降过程是在多种因素综合影响下的复杂沉陷变化过程，难以进行具体的模型化描述。线性回归函数分析方法是一种实时性较好的数据处理方法。它是通过分析所观测的变形和外因之间的相关性，来建立荷载—变形之间关系的数据模型。此模型应用正确预报精度较高。

沉降模型一般为线性、圆(椭圆)、双曲、指数和对数五种，通过沉降曲线图形识读，确定五种模型当中的一种，然后试拟合，得到沉降曲线方程，最后确定为哪一种模型，这里我们以指数模型为例分析线性回归模型的应用原理。

假设试拟合后的沉降曲线方程为:U=β0e-β1/T。

其中，U为累计沉降值;T为时间;β0，β1均为系数。由U=β0e-β1/T两侧同取对数可得:lnu=lnβ0- β1/T，令，lnu=y，-1/T=x，lnβ0=c。

则此函数变形为:y=β1x+c。求沉降线性回归方程，最终得到数学模型，经过计算得到该回归模型函数的相关系数为Put，假设显著性水平为d，这里假设以自由度n-2=18，查出相关系数临界值表得Pd的值，如果Put＞Pd，则证明回归模型相关性很强，反之则然。在后期沉降趋于稳定后，我们一般用预测结果与实测结果的差异平方和计算回归拟合度值:σ2=∑r2i∕n-2，拟合度值很小且接近1，证明模型有效且显著。

实际当中我们经常通过对某一号点的对比确定适用于本工程的预测模型，除了线性回归模型，常常作为对比对象的有时间序列分析与灰色系统预测模型。通过对比的方法可以取得有效的预测模型。

灰色系统预测模型又经常作为一个很有效的模型出现在我们的沉降预测当中，很多次的结论我们发现虽然灰色系统预测模型比较复杂，但是它的精度又常常是最高的。

如果在观测过程中得到异常的沉降曲线，比如从曲线上看出沉降观测点在沉降中期突然高程上升，我们就要分析其产生的原因并采取相应的措施，保障施工的安全。除了关于时间—沉降量关系曲线，最基本的还有时间—荷载的沉降关系曲线，都反映了沉降过程是否渐趋稳定或已经稳定。最后根据数据编制报告。

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