林愛軍陳智敏

（莆田市城鄉(xiāng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 福建莆田 351100）

建筑物沉降觀測(cè)存在的問題及誤差分析

林愛軍陳智敏

（莆田市城鄉(xiāng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 福建莆田 351100）

建筑物的沉降觀測(cè)是工程施工中非常重要的工作，也是不可或缺的工作。本文具體分析建筑物的沉降觀測(cè)存在的問題、誤差及其處理控制方法。

建筑物；沉降；觀測(cè)誤差

1 引言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)的建筑行業(yè)也處于蓬勃發(fā)展之中。同時(shí)，現(xiàn)代社會(huì)人們生活水平的不斷提高，對(duì)于住宅品質(zhì)要求不斷提高，各種大且高的住宅建筑物不斷增多。建筑物的安全性越來越受到重視，因而，對(duì)做為建筑施工中非常重要并且不可或缺的一部分的沉降觀測(cè)提出了越來越高的要求。因此在施工中，需要分析控制好沉降觀測(cè)誤差，進(jìn)而保證沉降觀測(cè)成果的準(zhǔn)確可靠，從而更好保證建筑物的安全性。

2 建筑施工中沉降觀測(cè)存在的問題

2.1 輕視建筑物沉降觀測(cè)

在建筑施工中，地面表層開挖之后，致使地面原有的狀態(tài)發(fā)生改變，因地面的松散而使其體積增加，即使在施工中回填壓實(shí)，也不能恢復(fù)到原來的密實(shí)度。隨著建筑物施工的進(jìn)行，地表荷載不斷的增加，此時(shí)的地基慢慢被壓縮，便引起了建筑物的沉降。在施工中受到地下施工振動(dòng)、地下水反彈等原因，同樣可能引起建筑物沉降。然而，目前我國(guó)的建筑行業(yè)在建筑施工過程中，對(duì)建筑物沉降觀測(cè)不夠重視，主要以下幾個(gè)方面的問題：

（1）在設(shè)計(jì)圖紙上，建筑設(shè)計(jì)單位沒有明確注明沉降觀測(cè)方面的要求或者明確的圖示標(biāo)注；

（2）布設(shè)變形觀測(cè)點(diǎn)并不符合有關(guān)規(guī)定；

（3）觀測(cè)的周期時(shí)間沒有嚴(yán)格按照規(guī)范規(guī)定的要求進(jìn)行執(zhí)行，觀測(cè)儀器未經(jīng)檢測(cè)或達(dá)不到精度要求；

（4）沒有進(jìn)行沉降觀測(cè)或者沒有按要求進(jìn)行沉降觀測(cè)，導(dǎo)致沉降觀測(cè)記錄弄虛作假或者憑空填報(bào)；

（5）建筑物完成之后，并沒有按照有關(guān)規(guī)定繼續(xù)進(jìn)行必要的建筑物沉降觀測(cè)。

2.2 觀測(cè)點(diǎn)破壞

以某一座大樓為實(shí)例，該樓的層數(shù)是33層，一層為地下室，地下室外墻尚未回填土。儀器設(shè)備主要有電子水準(zhǔn)儀以及配套的條碼水準(zhǔn)尺等。在該施工區(qū)域影響范圍以外且便于長(zhǎng)期保存的穩(wěn)定位置埋設(shè)三個(gè)永久性基準(zhǔn)點(diǎn)，組成場(chǎng)地獨(dú)立高程基準(zhǔn)網(wǎng)，采用二等水準(zhǔn)要求對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。在該大樓周圍（如圖1）埋設(shè)沉降點(diǎn)，采用了三等水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。在建筑施工過程中，建筑物的高度每增加1～2層觀測(cè)一次；在建筑物完成封頂以后，每三個(gè)月左右進(jìn)行觀測(cè)一次，觀測(cè)到每100d沉降量小于2mm時(shí)，就認(rèn)為建筑物整體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，可以停止觀測(cè)。

圖1 觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖

半地下室回填后，觀測(cè)點(diǎn)破壞，重新再做觀測(cè)點(diǎn)，沉降量累計(jì)值只能從破壞重設(shè)后的第一次沉降值加上破壞以前的累計(jì)值。這樣的話，破壞前最后一次觀測(cè)至重置后第一次觀測(cè)，這段時(shí)間內(nèi)的建筑物的沉降量默認(rèn)為零，致使建筑物沉降累計(jì)值不能正確反應(yīng)建筑物實(shí)際沉降量，影響建筑物沉降過程的整體分析。

3 沉降觀測(cè)誤差的來源

3.1 儀器誤差

所謂的儀器誤差就是測(cè)量?jī)x器的本身以及其附件的引入的誤差。如圓水準(zhǔn)器軸應(yīng)不平行于儀器的垂直軸、水準(zhǔn)管軸不平行于望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸、儀器的零點(diǎn)漂移等引起的誤差。測(cè)量中所使用的工具和儀器不夠完善，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果存在誤差。如：使用普通的水準(zhǔn)尺進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量的時(shí)候，5mm是其的最小分劃，進(jìn)而就很難保證毫米數(shù)的正確性。

3.2 人為誤差

所謂的人為誤差就是指由于測(cè)量人員的視力疲勞、不良習(xí)慣、分辨力、缺乏責(zé)任心等，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)量人員操作不當(dāng)?shù)纫鹫`差。

3.2.1 管水準(zhǔn)氣泡居中誤差

根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量原理，觀測(cè)時(shí)要求視準(zhǔn)軸必須水平，而視準(zhǔn)軸水平是通過管水準(zhǔn)氣泡居中來實(shí)現(xiàn)的。如果整平儀器時(shí)，管水準(zhǔn)氣泡沒有精準(zhǔn)居中，則必然產(chǎn)生誤差。設(shè)定視線長(zhǎng)100m，水準(zhǔn)儀的管水準(zhǔn)器分劃值為20＂/2mm，若氣泡偏離中心位置0.5格，則由此引起的誤差為：

由此可見該誤差的大小不可忽視。

3.2.2 水準(zhǔn)尺傾斜誤差

立尺員在水準(zhǔn)測(cè)量這一工作中肩負(fù)重大的責(zé)任，水準(zhǔn)尺因傾斜產(chǎn)生的誤差影響隨尺本身傾斜角度和尺上讀數(shù)的增大而增大，讀數(shù)誤差公式為：

δ=H×（1-cosθ）

則如果傾斜角度θ為3°時(shí)，如果讀數(shù)為2m，則誤差為2.74mm。故此項(xiàng)誤差影響也是不容忽視的。

3.3 外界條件影響產(chǎn)生的誤差

在觀測(cè)的過程中，外界條件的不定性是影響觀測(cè)結(jié)果的罪魁禍?zhǔn)?，例如：水?zhǔn)尺會(huì)受溫度的變化而產(chǎn)生伸縮現(xiàn)象；儀器由于陽(yáng)光的照射會(huì)使其各個(gè)部分的受熱不均，進(jìn)而使軸線關(guān)系發(fā)生改變；儀器也會(huì)因?yàn)轱L(fēng)力過大而發(fā)生抖動(dòng)。這些都有可能會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

再者，由于土質(zhì)松軟導(dǎo)致儀器發(fā)生下沉，后視完前視的時(shí)候水平視線下降，導(dǎo)致前視讀數(shù)變小，單站高差變大，產(chǎn)生誤差，同時(shí)土質(zhì)松軟還會(huì)造成尺墊下沉，在搬站過程中，后視水準(zhǔn)尺下沉，使得下一站后視讀數(shù)增大，同樣會(huì)產(chǎn)生誤差。

4 存在問題處理及誤差控制辦法

4.1 正確認(rèn)識(shí)沉降觀測(cè)的意義

地面沉降作為地質(zhì)災(zāi)害的一種主要類型，日益威脅著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的安全，實(shí)施沉降觀測(cè)，對(duì)于建筑物和構(gòu)筑物來說都是一項(xiàng)非常重要的工作。在監(jiān)測(cè)過程中，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和真實(shí)性，這樣才能科學(xué)正確的預(yù)測(cè)建筑物未來的變形情況，同時(shí)也能科學(xué)合理的指導(dǎo)建筑物或構(gòu)筑物的施工，工程建設(shè)就會(huì)有相應(yīng)的依據(jù)可供參考，最終達(dá)到監(jiān)測(cè)建筑物變形的目的。最大限度的控制沉降事故的發(fā)生，關(guān)系到人民生活質(zhì)量的提高和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 如何做好建筑物的沉降觀測(cè)

（1）建筑設(shè)計(jì)單位應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格要求，在設(shè)計(jì)圖紙上注明沉降點(diǎn)位位置、埋設(shè)要求、觀測(cè)頻率、周期及預(yù)警值。

（2）正確合理的設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)

①磚墻承重的建筑物：沉降觀測(cè)點(diǎn)一般應(yīng)沿墻設(shè)置，長(zhǎng)度為8～10m，一般設(shè)置在建筑物轉(zhuǎn)角處或者交接處，比如縱墻與橫墻的交接處、建筑物的外墻轉(zhuǎn)角處、建筑物的沉降縫兩側(cè)、縱墻與橫墻的中央等。另外，當(dāng)建筑物寬度不小于1m時(shí)，在內(nèi)墻也應(yīng)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)。

②框架結(jié)構(gòu)的建筑物：每個(gè)樁基或部分柱基上部都應(yīng)該設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。

③箱形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)的高層建筑，基礎(chǔ)周邊位置或者沿縱、橫軸應(yīng)設(shè)置沉降觀測(cè)點(diǎn)。

④沉降觀測(cè)點(diǎn)還應(yīng)設(shè)置在原有建筑物與新建筑物連接處的兩邊。

⑤埋入墻體的觀測(cè)點(diǎn)，一般采用直徑大于12mm的不銹鋼或者其他不容易銹蝕的材料，埋人深度一般大于12cm，外端通過90°的彎鉤彎上然后稍離墻體，方便置尺測(cè)量。

（3）觀測(cè)周期時(shí)間要求

建筑物的沉降觀測(cè)，對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的要求和限制條件，尤其是進(jìn)行第一次觀測(cè)，必須準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行，避免不能得到初始數(shù)據(jù)，導(dǎo)致我們不能得到準(zhǔn)確的建筑物累計(jì)沉降值。對(duì)于其他各階段的復(fù)測(cè)，必須根據(jù)工程進(jìn)展情況定時(shí)進(jìn)行，不得有漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)現(xiàn)象。這樣，得到的沉降情況或規(guī)律才會(huì)科學(xué)準(zhǔn)確。一個(gè)觀測(cè)周期就是指相鄰的兩次時(shí)間間隔，對(duì)于高層建筑物的沉降觀測(cè)，都有指定的時(shí)間間隔，有的觀測(cè)周期為一定的時(shí)間段（如：次/30d），則有的根據(jù)建筑物的加荷情況，每升高一層或多層為一觀測(cè)周期，無(wú)論建筑物采取哪種方式，都必須按施測(cè)方案中規(guī)定的觀測(cè)周期準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行。

對(duì)于4層及以上的磚混結(jié)構(gòu)、工業(yè)廠房或者公共建筑和住宅建筑，進(jìn)行第一次觀測(cè)要保證觀測(cè)點(diǎn)的穩(wěn)固，在第三層時(shí)觀測(cè)一次，三層以上時(shí)，每層都要觀測(cè)一次，竣工后再觀測(cè)一次。框架結(jié)構(gòu)則不同，每?jī)蓪佑^測(cè)一次然后竣工后再觀測(cè)一次。對(duì)于高層建筑的沉降觀測(cè)尤為重要，保證工程竣工和投入使用后仍然按照規(guī)定和規(guī)范的要求進(jìn)行觀測(cè)。

4.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞后累計(jì)值處理方法

監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞重置導(dǎo)致累計(jì)沉降量無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，對(duì)于這種情況，我們采用內(nèi)插的方法對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞后沉降量進(jìn)行估算。假設(shè)首先監(jiān)測(cè)點(diǎn)破壞重置期間沉降估算值為HX、相隔時(shí)間為TX，破壞前最后一次沉降速率為V破壞前及重置后第一次沉降速率為V重置后（沉降速率=沉降量/相隔天數(shù)），則：

從而得到沉降量累計(jì)值=破壞重設(shè)后的第一次沉降值+破壞以前的累計(jì)值+破壞重置期間沉降估算值HX。

4.4 控制觀測(cè)誤差的方法

（1）儀器誤差中最主要的就是i角誤差，即水準(zhǔn)管軸不完全平行于視準(zhǔn)軸的誤差。作業(yè)中應(yīng)經(jīng)常對(duì)儀器進(jìn)行i角的檢驗(yàn)校正，并作出詳細(xì)的記錄，沉降觀測(cè)儀器的i角不得大于15＂；為了減弱或消除i角誤差對(duì)高差測(cè)量的影響，在觀測(cè)時(shí)盡量保持前后視距大致相等。對(duì)于一條水準(zhǔn)路線而言，也應(yīng)保持前視視距總和和與后視視距總和大致相等，同樣可消除i角殘余誤差對(duì)路線高差的綜合影響。同時(shí)為了精確的反應(yīng)建筑物不斷加荷下的沉降的情況，保證測(cè)量誤差小于變形值的1/10～1/20，故在進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，應(yīng)該選擇使用DS1或DS05級(jí)精密水準(zhǔn)儀，高精度的銦合金水準(zhǔn)尺進(jìn)行測(cè)量，這種水準(zhǔn)尺不易受溫度變化以及環(huán)境的影響。

（2）沉降觀測(cè)的人員要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，能夠按規(guī)范、規(guī)程要求進(jìn)行測(cè)量，熟練使用測(cè)量?jī)x器、熟悉測(cè)量理論，能夠在觀測(cè)中做到：

①每次讀數(shù)前將精確整平，使管水準(zhǔn)氣泡嚴(yán)格居中，消除或減弱管水準(zhǔn)氣泡居中誤差。

②嚴(yán)格立尺，使水準(zhǔn)尺上的圓水準(zhǔn)器泡居中，消除或減弱水準(zhǔn)尺傾斜誤差。

③盡量將儀器尺墊安置在堅(jiān)硬地面處，用腳踩實(shí)，加快擺站及讀數(shù)速度，消除或減弱儀器及尺墊下沉誤差。

（3）針對(duì)外界條件影響造成的誤差，在進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，為了避免大氣折光的影響，需盡量保持視線具有一定的高度，一般情況下，視線高度不得低于0.6m。對(duì)于日照及風(fēng)力影響引起誤差，應(yīng)在成像清晰、穩(wěn)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，觀測(cè)避免在陽(yáng)光直射時(shí)觀測(cè)，不得在日出前后半小時(shí)、太陽(yáng)中天前后、風(fēng)力很大氣候惡劣時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，適當(dāng)?shù)慕o儀器打傘遮光，這些都能有效地減少誤差。

（4）為提高觀測(cè)成果的精度，在通常情況下，需遵循五個(gè)“定”：

①固定的儀器設(shè)備；

②固定的觀測(cè)人員；

③固定的觀測(cè)時(shí)間；

④固定的觀測(cè)、路線、觀測(cè)位置；

⑤沉降觀測(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和建筑物上的沉降觀測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位要穩(wěn)定。

以上措施在客觀上盡量減少觀測(cè)誤差的不定性，使所測(cè)的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證各次復(fù)測(cè)結(jié)果與首次觀測(cè)的結(jié)果可比性更一致，使所觀測(cè)的沉降量更真實(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

沉降觀測(cè)的工作復(fù)雜且長(zhǎng)期與系統(tǒng)。綜上所述，為了使建筑物沉降觀測(cè)的精度能夠進(jìn)一步提高，一般情況下，需要綜合考慮影響測(cè)量誤差和沉降量的各種因素，不斷加強(qiáng)技術(shù)層面的改進(jìn)，相對(duì)的提高技術(shù)人員的綜合素質(zhì)，嚴(yán)格的落實(shí)相關(guān)的規(guī)定和規(guī)范，這些工作會(huì)顯著地提高觀測(cè)精度，具有非常重要的影響。

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2015-7-29