沉降观测技术在高层建筑施工监控中的应用

罗光明

（广东省建筑材料研究院有限公司）

建筑物在荷载作用下产生的竖向变形就是沉降，主要是由于地基土的承载力不够，在上部荷载作用下其体积压缩变形继而引起建筑物的基础下沉。当基础下沉过大或相邻基础间存在不均匀沉降，则会导致上部结构构件出现明显的变形或开裂现象，严重的会危及主体结构的安全。

当今城市建设飞速发展，众多高层、超高层建筑拔地而起，在这些高层建筑物的整个施工过程中运用沉降观测加强过程监控，及时为施工单位提供详尽的沉降资料，指导合理地施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，避免因基础不均匀沉降造成主体结构的破坏，并为以后该地区的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数。这些因素使高层建筑沉降观测的必要性显得愈加重要。下面详细介绍如何做好沉降观测。

1 仪器设备名称及操作程序

1.1 自动安平水准仪、铟钢尺、尺垫

1.2 主要技术性能

⑴主要测量参数：垂直方向的变形或相对高程。

⑵测量精度：0.7mm/km。

1.3 观测点布设原则

⑴布设沉降观测点时，应结合建筑结构、形状和场地工程地质条件，并应顾及施工及建成后的使用方便，用冲击钻钻¢16mm 的孔，将沉降观测点按要求埋入孔中，并固定好，按图纸或观测路线做好编号。

⑵测点位应易于保存，标志应稳固美观。地面沉降观测点布设完成后，测点周边要用水泥砂砌好，围住测点；建筑物沉降观测点周边要加铁皮盒子，并固定好包着观测点。

图1 沉降观测点大样

1.4 使用前的检查要点

⑴检查仪器是否有检定合格（准用）标志，是否在检定周期的有效范围之内。

⑵观测前要对所用仪器的各项指标进行自检。

1.5 操作程序

⑴安置仪器：按照预定的测量路线，在预定测站上利用三角架的伸缩螺旋，调节脚架腿的伸缩长度，在测站上稳固的张开三脚架，使架头高度适中、大致水平，用中心连接螺旋将仪器固定在架头上，检查、调节脚螺旋的高度，高度适中，不要过高或过低，移动或踩实架腿，使圆水准器气泡不紧靠圆水准器的内壁。

⑵整平仪器：转动脚螺旋使圆水准气泡居中，调平仪器。

⑶调焦与照准：将望远镜转向明亮的背景，旋转目镜调焦螺旋，把十字丝像调到最清晰的位置，通过望远镜筒上方的照门、准星瞄准目标，旋转物镜调焦螺旋，把目标像也调到最清晰；旋转微动螺旋，将十字丝中心对准目标（前视），读取并记录十字丝的中丝对准的测尺基本分划数值，旋转微动螺旋，读取并记录十字丝的中丝对准的测尺辅助分划数值，计算基本分划、辅助分划与K 常数读数较差，如果超限，按照以上方法重新读数。

⑷后视另一个目标，按照⑶的步骤读取并另一个目标的测尺数值。

⑸将仪器移至下一个测站，按照1.5.1～1.5.3 的步骤进行测量，直至测完预定的测量路线。

1.6 数据处理

⑴每个观测点埋入后，应测出稳定的初始值，一般测2～3 次，取得稳定的初始值。以后每次测试值与初始值之差即为该点的沉降值△h。

根据△h=h测－h初。△h 值与时间t 值，可绘出沉降量随时间的变化曲线。

⑵在室内计算各测点对基准点的相对高程，进行测站精密平差及各种误差分析。

每次测量计算基本分划、辅助分划与K 常数读数较差，如果超限，按照以上方法重新读数，计算各测点对基准点的相对高程，进行测站精密平差及各种误差分析。每次观测后，在进行平差计算之前，对观测结果进行必要的验算，主要是验证测站高差中数中误差是否符合规定的限差（≤±0.5mm）要求。测站高差全中误差和高差偶然中误差计算采用以下方式：

式中，

W——附合或环线闭合差（mm）；

L——计算各W 时，相应的路线长度（km）；

N——水准环数。

式中，

n——测段数；

△——测段往返高差不符值；

n——测段数。

1.7 使用中的注意事项

⑴首次测量应重复观测2～3 次，用水准仪做二等水准测量时，前后视距的距离差≤1.0m，前后视距的距离较差累计≤3.0m，视线离地面高度≥0.5m，基、辅分划或红、黑面读数较差≤0.5mm，基、辅分划或红、黑面所测高差较差两次高差≤0.7mm，取中数作为测量的起始数据。

⑵消除视差，视差会导致观测误差；出现视差的现象：当眼睛在目镜端上下稍许移动时，发现十字丝与物象之间有相对移动；消除视差的方法：按照1.5 中⑶的调焦方法，仔细操作，直到消除视差。

⑶在测量过程中应检查补偿器是否有效工作。检查的方法：在圆水准器气泡居中后，瞄准后视尺，一边观测水准尺读数一边旋转某个脚螺旋，使圆水准器气泡沿与视准轴平行的方向有少量移动，但不能超出圆水准器气泡中央的黑圈圈，如果在气泡移动前后十字丝中丝读数不变，说明补偿器工作正常。

⑷测量过程中应减少仪器误差、观测误差、外界条件对测量数据的影响。

⑸应对基准点和测点进行定期检查，通常每次测量前进行。可视一段时间检查情况，再适度放宽检查周期。

⑹采用相同的图形、观测路线、测站数；测站与各测点之间的距离应保持基本相同，既不要太近(＜5m)，也不要太远(＞30m)，以尽可能减小读数误差。

⑺固定观测人员。

⑻应在基本相同的环境条件下测量。

⑼现场记录观测时的气象条件、施工进度和荷载变化。

⑽资料在现场应进行初步整理，发现异常，立即复测，并及时将资料总结上报。

⑾现场测量应本着认真负责的态度进行，测量数据应可靠有效。

⑿出现变形异常的情况（如：沉降量大、变形速率大或突然增大、不均匀下沉显著、建筑物倾斜或开裂等）时，应增加监测次数，并提出施工整改意见或提出警报。

2 测量依据

《工程测量规范》（GB50026-2007）、《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）及委托方提供的图纸等。

3 建筑物沉降稳定的判定

根据《建筑变形测量规范》（JGJ 8-2016）中7.1.5.4 规定：“建筑沉降达到稳定状态可由沉降量与时间关系曲线判定。当最后100d 的最大沉降速率小于0.01～0.04mm/d 时，可认为已达到稳定状态。”

4 沉降观测报告包含的成果资料

⑴工程概况、水准测量、观测情况、观测数据分析、观测结论。

根据观测数据分析，建筑物各观测点的沉降速率是否满足《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）中最后100 天的沉降速率小于0.01～0.04mm/d 的规定， 且沉降量与时间关系曲线是否趋于平稳，主体沉降是否趋于稳定。

⑵建筑物主体沉降观测结果表(如图2)。

图2 沉降观测成果表

⑶时间-荷载-沉降量曲线(如图3）。

图3

⑷沉降观测点布置示意图。

5 结束语

运用沉降观测对高层建筑施工进行监控，以预防出现不均匀沉降，有利于施工单位及时采取措施，避免建筑物主体结构遭受破坏。在沉降观测的观测周期里，施工单位应加强对布置在建筑物上的沉降观测点的保护，以保证各观测点数据的连续性及准确性。