摘要：本文筆者根據(jù)自身多年工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合沉降觀測工作的實(shí)際具體情況，簡要闡述了高層建筑物沉降觀測技術(shù)及方法。
關(guān)鍵詞：沉降觀測；變形觀測；精度；外業(yè)施測
1、沉降觀測的特點(diǎn)
1.1重復(fù)觀測
重復(fù)觀測的周期取決于變形量的大小、速度，以及觀測的目的。
1.2精度高
相比其他測量工作，變形觀測精度要求高，典型的精度是1mm或相對精度10ppm。
1.3需要綜合應(yīng)用多種測量方法
各種測量方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，要根據(jù)工程的特點(diǎn)和變形量的要求，合理選用觀測方法。
1.4 數(shù)據(jù)處理要求更加嚴(yán)密
一般情況下變形體的變形量比較小，重復(fù)觀測又形成大量的觀測數(shù)據(jù)，因此要有效地反應(yīng)出真實(shí)的變形信息，就應(yīng)采用嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理方法。
2、變形觀測前觀測精度及觀測周期的設(shè)計
建筑物變形觀測的精度與頻率的確定，應(yīng)根據(jù)觀測的目的和要求以及建筑物具體的情況來確定，在滿足精度的前提下，盡量做到高效、省時、省工、省力。
2.1變形觀測的精度
根據(jù)觀測的目的來確定觀測精度。為確保建筑物的安全及后期的使用，則其觀測的中誤差不應(yīng)超過其變形允許值的1/20（《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007，以下簡稱《建筑變形測量規(guī)范》）。以科研為目的的變形觀測，觀測精度要求更高。
高層建筑物整體傾斜度α的允許值為0.002～0.003。傾斜度：0.003。
傾斜度：
式中：SA，SB為傾斜方向上A，B兩點(diǎn)的沉降量（mm）。
允許差異沉降量：
式中：α為建筑物整體傾斜度；ΔS為基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降差即差異沉降量（m）；L為基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的水平距離（m）。
只要算出允許差異沉降量，根據(jù)實(shí)際觀測中誤差應(yīng)為允許值ΔS的1/20～1/10的原則，就可以估算出差異沉降量的觀測中誤差，確定出任一測定點(diǎn)的高程中誤差，從而確定出本工程的沉降觀測精度。例如：某大樓總高80m，基礎(chǔ)寬15m，取傾斜度α=0.002，則差異沉降量為ΔS=αL=30mm。取差異沉降量的觀測中誤差取1/20ΔS，即：mΔs=30/20=1.5mm。
2.2 沉降觀測的周期
根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》規(guī)定：待基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測點(diǎn)埋好穩(wěn)固后，即可進(jìn)行首次觀測；以后的施工期每增加1～5層觀測一次，施工中若暫停工，在停工時及重新開工時應(yīng)各觀測一次，停工期間可每隔2～3個月觀測一次；建筑物封頂后，第一年每隔3個月觀測一次，第二年每半年觀測一次，第三年后每年觀測一次，直到穩(wěn)定為止；若最后所測各點(diǎn)的沉降速率小于0.01mm/d，說明基礎(chǔ)沉降已趨穩(wěn)定，即可停止觀測。觀測中如突然發(fā)生大量沉降、嚴(yán)重不均沉降或較大裂縫等異常情況，應(yīng)增加觀測次數(shù)。
3、外業(yè)施測
3.1準(zhǔn)備工作
使用精密水準(zhǔn)儀配合銦鋼水準(zhǔn)尺進(jìn)行觀測。觀測人員由具專業(yè)職稱的工程師施測，為保證觀測精度，在觀測過程中應(yīng)使沉降觀測依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)點(diǎn)位要穩(wěn)定；所用儀器設(shè)備要穩(wěn)定；觀測人員要穩(wěn)定；觀測時的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要穩(wěn)定。
盡量減少觀測誤差的不穩(wěn)定性，確保觀測結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性，保證復(fù)測結(jié)果與首次觀測結(jié)果可比性更一致，使所觀測的沉降量更真實(shí)。
3.2基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)
基準(zhǔn)點(diǎn)是檢驗(yàn)和直接測定觀測點(diǎn)的依據(jù)，要求其點(diǎn)位在整個觀測過程中保持相對穩(wěn)定，且離開被測建筑物有一定的距離，具體位置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況確定。為了便于校核、驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性，基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)不少于3個。
如果基準(zhǔn)點(diǎn)離測建筑物較遠(yuǎn)使變形觀測不方便時，宜設(shè)置工作基點(diǎn)，工作基點(diǎn)可選擇淺埋式。所布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離可根據(jù)觀測路線長度進(jìn)行估算。按二等水準(zhǔn)觀測，水準(zhǔn)視線長≤30m，單位權(quán)中誤差μ取0.3mm，路線的權(quán)P=1/n，則路線的長度L=n●60，往返觀測最弱點(diǎn)的偶然中誤差允許mh=0.5mm。
由公式：
得：
n≈11
因水準(zhǔn)觀測為偶數(shù)站，所以應(yīng)取小于11的最大偶數(shù)n=10，即基準(zhǔn)點(diǎn)的間距不應(yīng)超過600m為宜。
沉降觀測點(diǎn)是固定在擬測建筑物上的測量標(biāo)志，其位置應(yīng)確保施工期及竣工后一定期內(nèi)能順利進(jìn)行觀測，并能正確反映建筑物的的沉降情況，一般布置在建筑的四角、大轉(zhuǎn)角處及延外墻柱基上。通常情況是建筑物圖紙上有專門的沉降觀測點(diǎn)布置圖。
某工程的基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)如圖1所示。圖中：SH為附近國家水準(zhǔn)點(diǎn)；A，B，C，D點(diǎn)為設(shè)置的基準(zhǔn)點(diǎn)。
圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)及沉降觀測點(diǎn)布設(shè)圖
3.3 沉降觀測的施測
3.3.1基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測
每次觀測前首先聯(lián)測基準(zhǔn)點(diǎn)，按環(huán)形閉合網(wǎng)施測計算閉合差，計算各點(diǎn)改正數(shù)，用以驗(yàn)證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性。在大型工程中為了確�；鶞�(zhǔn)點(diǎn)的更加穩(wěn)定性，要求基準(zhǔn)點(diǎn)必須與較近的國家水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，從而得到沉降觀測點(diǎn)在國家統(tǒng)一高程系統(tǒng)中的高程值。
3.3.2 沉降點(diǎn)的觀測
沉降點(diǎn)的觀測是以基準(zhǔn)點(diǎn)為起始點(diǎn)，按二等水準(zhǔn)觀測精度要求單向觀測，形成環(huán)形閉合網(wǎng)，觀測中盡量選用固定測站，逐點(diǎn)觀測，計算環(huán)線閉合差并根據(jù)測站數(shù)進(jìn)行評查，準(zhǔn)確計算出各點(diǎn)高程。相鄰兩次觀測的高程差，即為該點(diǎn)的沉降量。
4、沉降觀測數(shù)據(jù)的處理
沉降觀測數(shù)據(jù)處理的方法多種多樣，但大多數(shù)的高層建筑的沉降觀測數(shù)據(jù)處理還是應(yīng)用基本的處理方法達(dá)到工程監(jiān)測的目的。下面用一實(shí)例介紹數(shù)據(jù)處理過程。
4.1列表匯總
檢查沉降觀測記錄進(jìn)行平差計算，得出各次每個觀測點(diǎn)的高程值，確定出沉降量Δt。 Δt=hn（i）-hn（i-1）（4）
式中：i表示觀測周期數(shù)（i=1，2，3……），且h1=h0，累積沉降量Δt=ΣΔt（n），n表示觀測點(diǎn)號。
4.2時間―荷載―沉降關(guān)系分析
根據(jù)各次觀測的平均沉降量和相應(yīng)的荷載量繪制出時間―荷載―沉降關(guān)系曲線圖（如圖2所示），橫坐標(biāo)為時間坐標(biāo)，縱坐標(biāo)上半部為荷載值，下半部為各沉降觀測周期的沉降量。
本工程沉降觀測時已建至地上2層，前期數(shù)據(jù)缺乏。由沉降觀測成果表可以獲得各次觀測的每點(diǎn)平均沉降量與沉降趨勢、總沉降趨勢每點(diǎn)平均沉降速度和發(fā)展趨勢，并制作相應(yīng)沉降趨勢表（見表1）。如表1所示，表中的箭頭表示相應(yīng)的沉降趨勢或發(fā)展趨勢“↓”代表下降，“→”表示平緩，“↑”表示上升。
由時間―荷載―沉降關(guān)系曲線圖和部分次數(shù)沉降趨勢表看出，該建筑物平均沉降量隨著時間的推移和荷載的增加基本呈現(xiàn)正比例關(guān)系。沉降曲線在2010年8月間有一個小的起伏，從成果表觀測數(shù)據(jù)中也可看出在此時間段內(nèi)該建筑物有反彈現(xiàn)象。原因是在此期間該工程大部分項(xiàng)目暫時停工，導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生小幅反彈。
隨著荷載的不斷增加，沉降量也在不斷增加；在主體結(jié)構(gòu)完工后出現(xiàn)小幅反彈，反應(yīng)回彈量上的數(shù)值也較小，這種現(xiàn)象應(yīng)屬正常。從整體上看曲線光滑平緩，說明沉降量比例均勻，同時在觀測過程中，沒有出現(xiàn)大的起伏，時間―荷載―沉降關(guān)系曲線圖適時地反映了該建筑物的沉降過程，說明觀測成果可靠�？v觀整個建筑物的沉降觀測值，建筑物的沉降趨于平穩(wěn)，是安全可靠的。
4.3變形分析
其主要功能是對修正后的觀測值尋找變形規(guī)律，進(jìn)而利用這一規(guī)律對建筑物的變形原因做出解釋并發(fā)出變形預(yù)報，初步判斷并對建筑物變形異常值發(fā)出警報，即對建筑物的安全做出判斷。
變形分析就是從變形成果中分析相鄰兩個或多個觀測周期、相同觀測點(diǎn)有無明顯變化。要求對觀測數(shù)據(jù)要合理處理，觀測值中不應(yīng)含有超限誤差，系統(tǒng)誤差要減弱到最小；合理處理隨機(jī)誤差，正確區(qū)分測量誤差與變形信息；觀測成果的處理應(yīng)建立在統(tǒng)一的基準(zhǔn)上；合理估計觀測成果精度，正確評定成果質(zhì)量。
根據(jù)上述事例也可從基礎(chǔ)相對傾斜值上分析建筑物的安全性，利用全部沉降點(diǎn)累積沉降量繪制出各點(diǎn)累積沉降量柱狀圖（如圖3所示）。
圖3 各點(diǎn)累積沉降量柱狀圖
由柱狀圖可以看出建筑物最大沉降在6號點(diǎn)，其沉降量為16.11mm，最小沉降在4號點(diǎn)，其沉降量為13.08，最大點(diǎn)和最小點(diǎn)間的差異沉降量為3.03mm。根據(jù)建筑工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測量規(guī)范》，基礎(chǔ)相對傾斜值α即兩點(diǎn)間差異沉降量與兩點(diǎn)水平距離的比值，即：
式中：α為相對傾斜值；SA，SB為傾斜段兩端點(diǎn)沉降觀測點(diǎn)A，B的沉降量（mm）；L為A，B兩點(diǎn)間的水平距離（mm）。根據(jù)高層建筑物整體傾斜α的允許值為0.002～0.003，多層傾斜α的允許值為0.003的規(guī)定：建筑物傾斜值α≤0.002時，建筑物運(yùn)營正常；當(dāng)α=0.003時為發(fā)出警報的臨界點(diǎn)；傾斜達(dá)到明顯可見的程度時傾斜值大約為0.004；當(dāng)α≥0.008時建筑物開始遭到破壞。上述實(shí)例根據(jù)觀測成果計算得出：
由計算結(jié)果看出，數(shù)值較小，對建筑物不會造成影響。
5、結(jié)語
沉降觀測在建筑物施工、竣工驗(yàn)收以及竣工后的監(jiān)測等過程中，具有安全預(yù)報、科學(xué)評價及檢驗(yàn)施工質(zhì)量等的職能。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋信息，可以對施工過程等問題起到預(yù)報作用，及時做出較合理的技術(shù)決策和現(xiàn)場的應(yīng)變決定。
參考文獻(xiàn)：
[1]建筑綜合勘察研究設(shè)計院（主編）.JGJ8-2007建筑變形測量規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.
