卢吉锋,冯雪巍

(1.沧州水利勘测设计院,河北 沧州 061000;2.沧州市测绘院,河北 沧州 061001)

随着工业与民用建筑业的发展,大型的工程建筑物日益增多,为了保证建筑物的正常使用寿命和建筑物的安全,并为以后的勘察、设计、施工提供可靠的基础资料及相应的沉降参数,建筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。2008年至 2011年底,完成了华润沧州电厂、华润曹妃甸电厂厂区间构筑物沉降观测及沧州市体育场建筑物变形观测。在各项工作的开展的过程中,积累了利用光学水准仪、数字水准仪在不同的环境、条件中进行沉降观测的经验,掌握了处理沉降观测过程中遇到的各种问题的方法。

1 沉降观测仪器设备

沉降观测精度要求较高,仪器设备的选取对沉降观测工作的开展起着至关重要的作用。为能精确地反映出建构筑物在建设期间的沉降情况,《建筑变形测量规程》规定测量的误差应小于变形值的 1/10～1/20,因此要求沉降观测应使用精密水准仪或数字水准仪,水准尺选用受环境及温差变化影响小的高精度铟瓦合金水准尺或条码式铟瓦尺。

1.1 数字水准仪的特点

相对于传统的光学水准仪,数字水准仪具有以下特点：读数客观、测量精度高、速度快、效率高、操作简单、自动改正测量误差。[1]

1.2 光照条件对数字水准仪的影响

在实际工作中,经常会遇到一些不利的条件,如在沧州市体育场的沉降观测工作中,因控制点均布设在一层,在一层以上施工过程中,测量时光线不好,需要人工照明,这时,人工照明的光源特点对数字水准仪的读数可能会产生一定的影响。又如,在实际测量过程中,经常会遇到标尺被部分遮挡、调焦不准确等情况,这对读数也必然会产生一定的影响,从而影响高程测量的精度[2]。因此,分析不利观测条件下数字水准仪的测量精度,可以保证测绘质量,提高测量数据的可靠性。有关观测条件对数字水准仪读数的影响,文[1]中通过试验得出如下结论：

1)光照的强度对测量精度影响不大,只有当光照特别强或特别弱时,仪器会自动中止测量。

2)光照的均匀度对测量工作有一定的影响。当标尺的光照很不均匀时,仪器会中止测量。因此,在测量时若自然光足以让仪器进行读数,就没有必要对标尺施加额外照明。

3)调焦不准确对测量结果的影响较大。当调焦不足或调焦过度时,其测量精度会受到较大影响,因此在测量过程中,应该对调焦给予足够的重视,以保证测量的精度。

4)标尺偏离视场中心对测量结果影响不大。

1.3 数字水准仪的缺点

数字水准仪在工作时,必须远离震动源,否则无法正常工作。在沧州华润电力沉降观测项目中,机器运行时产生的震动致使数字水准无法工作,而电厂每天均在运行,沉降观测不会在停机的状态下进行,所以只能采用光学水准仪。通过该工程的 7次测量环线闭合差统计可知,每条水准闭合环线路站数为 40～60站,闭合差均在 2 mm以下,且在限差 1/3以下,测量精度良好。

2 沉降观测施测程序及步骤

2.1 技术设计书的编制

技术设计书是根据工程的实际情况和甲方的要求,对依据的主要技术规范、控制起算点、测量等级及相应的技术指标、解算软件、采用的仪器设备、参加人员、沉降标志物的埋设要求、沉降观测周期的确定、沉降观测线路的确定、沉降成果的表达形式等相关工作内容做出具体规定。技术设计书是沉降观测工作的基础,因此,设计书的内容必须详实,全面,具有可操作性。技术设计书在得到甲方批复后得以实行。

在技术设计书的编制中,参加人员的安排很重要,特别是司镜人员,应选择专业技能强,能够熟练操作水准仪,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的人员。同时,还要求司镜人员对实测过程中出现的问题能够分析原因并正确地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。

技术设计书中沉降观测精度的选择,可根据建筑物的重要性和建设、设计单位的要求及相应的规范,选择沉降观测精度的等级,在没有特殊精度要求情况下,一般性的高层建构筑物沉降观测,采用二级水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。在本单位开展的沉降观测项目中大都采用二级水准测量的观测方法,根据测量的结果可知,测量精度能够反映建筑物的沉降情况。

2.2 沉降观测点的布设要求

沉降观测点的布设应能全面反映建筑物及地基变形特征,并顾及地质情况及建筑结构特点。点位宜选在下列位置[3]：

(1)建筑物的四角、核心筒四角、大转角处及沿外墙每 10～20 m处或每隔 2～3根柱的柱基上;

(2)框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线上;

(3)对烟囱、水塔等高耸建筑物,应设在沿周边与基础轴线相交的对称位置上,点数不少于 4点。

埋设的沉降观测点还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,导致不能连续观测而失去观测意义。

2.3 高程控制基准网建立

变形测量的基准点需要根据建筑物的布局、现场的环境条件,结合规范要求在变形区域以外、位置稳定、易于长期保存的地方埋设。需在基准点的标石达到稳定后布设高程控制基准网。根据《建筑变形测量规范》,基准点的埋设和基准网的建立要求为[3]：(1)一般高层建筑物周围要布置高程基准点不少于 3个,基准点和工作基点应形成闭合环或附合路线构成结点网;(2)各水准点要设在建筑物开挖、地面沉降和震动区范围之外,避开交通干道主路、地下管线等易破坏的地方,水准点的埋深要符合相应水准测量的要求。

2.4 固定观测路线的建立

根据设计书中的观测路线开展测量作业,并根据现场情况合理修改观测路线,首次测量结束后,完善设计书中的观测路线图,作为后期测量作业路线的依据。

2.5 沉降观测

根据设计书中编制的沉降测量方案及确定的观测周期开展测量工作。首次观测应在观测点稳固后进行。首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测数据用以比较的基础,其精度要求较高,必须进行往返观测[2],计算时需对其各测段的往返测高差较差、每千米高差中数偶然中误差和每千米高差中数全中误差等指标进行检测。

2.5.1 观测时间的要求

建构筑物的沉降观测对时间要求很严格,特别是首次观测。首次沉降观测得到的是沉降观测工作的基础数据,是整个测量工作的基础,必须按时进行。其他各时段的复测,根据已批准的沉降观测设计书按时进行,不得漏测或补测,这样才能得到监测建筑物的准确沉降情况和总结沉降规律。两次相邻观测的间隔时间称为一个观测周期,民用高层建筑可每加高 1～5层观测 1次,工业建筑可按回填、安装柱子和房架、砌筑墙体等不同施工阶段分别进行观测。

2.5.2 沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则

“五定”是指通常所说的沉降观测所依据的基准点、工作基点和沉降观测点点位稳定,所用仪器固定,观测人员固定,观测时的环境条件基本一致,观测路线、程序和方法固定。以上措施能够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具有可比性,测量的沉降量能够真实反映建筑物的沉降情况。

2.6 内业计算

将各次观测记录整理并检查无误后,每期采用相同的平差软件、平差设置进行平差计算,求得每个观测点的本期高程值,从而确定各个点相邻两期的沉降量。

2.7 成果整理及变形分析

根据各观测周期平差计算的沉降量,列表统计,对数据进行分析。

2.7.1 绘制沉降量曲线图

以时间为横坐标,纵坐标上半部为荷载值,下半部为各沉降观测周期的沉降量,将统计表中各观测点对应的观测周期所测得沉降量及相应的荷载值表示在坐标系中,得到各个沉降观测点对应于荷载值的沉降曲线,即时间～荷载～沉降量曲线图。

2.7.2 沉降量分析

根据沉降量统计表和沉降曲线图,可以预测建筑物的沉降趋势,将建筑物的沉降情况及时的反馈给委托方,以正确地指导施工。利用沉降曲线还可计算出因地基不均匀沉降引起的建筑物地基变形值。对沧州地区(中、低性压缩性土 )而言,其允许值为 0.002L(L为相邻柱基的中心距离,mm)。

通过对沉降观测的成果分析,可以总结同一地质条件、类似结构形式建筑物在建设过程中的沉降变形特点,对指导施工单位编制施工组织设计、正确指导施工大有裨益,同样也为勘察、设计单位提供宝贵的第一手资料,为设计出更完善的施工图纸提供技术依据。

3 沉降观测过程中遇到的问题及处理措施

3.1 沉降观测精度的确定

对沉降观测精度选择既不能太高也不能太低,要合理适宜,适合工程特性的需要。既不造成无谓的浪费也要保证观测结果的准确性。一般高层及重要的建(构)筑物按二级以上水准测量方法,可以测出较理想的结果。

3.2 沉降量曲线的分析

在沉降观测过程中,沉降量与时间关系曲线不是单边下行光滑曲线,而是起伏变化的,曲线的不同起伏变化形状,有其相应的形成原因,其中有些情况可能需要对观测结果进行必要的修正。

①第二次观测出现回升,而以后各次观测又逐渐下降,此时,可能是首次观测精过低。若回升超过 5 mm时,第一次观测成果应作废;若回升在 5 mm以内,第二次与第一次调整标高一致。

②曲线在某点突然回升或下降量较大。出现该类情况,主要是观测点在施工过程中可能被碰动所致。针对此情况,在测量过程中应随时观察各个沉降观测点是否受到碰动,记录受施工碰动的观测点,为后期的数据分析提供有力证据。此时数据处理采取的措施应为取相邻另一观测点的相同期间的沉降量作为被碰观测点的沉降量,而不是采用观测的沉降量。

③曲线自某点起渐渐回升,出现这种现象的主要原因是水准基点下沉所致。此时采取的措施是与高级水准点符合测量,确定水准基点的下沉值,对沉降观测结果进行修正。

[1]岳建平,秦茂芬.观测条件对数字水准仪计数的影响试验[J].测绘通报,2006(9)：69-71.

[2]王永尚,等.数字水准仪的试验结果及其分析 [J].测绘通报,2002(4).

[3]GB/T 50026-2007,工程测量规范 [S].

[4]JGJ/T 8-2007,建筑变形测量规范 [S].