建筑工程测量-第四章 建筑物沉降观测与竣工测量

第四章 建筑物沉降观测与竣工测量 学习目标: 采用水准仪，以一个具体的建筑物的沉降观测为工作任务，使学生掌握掌握建筑物沉降观测的方案确定、组织与实施、数据处理等的能力，使学生了解建筑物倾斜观测的内容。 小知识

随着工业与民用建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物日益增多，工 程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建（构）筑物的正常使用寿命和建（构）筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。 第一节沉降观测 为了检查工程设计、施工、安全是否符合预期要求以及对邻近建筑物的影响，对大型工业与民用建筑物、构筑物、建筑场地、地基基础等需要进行变形观测。变形观测的主要工作有沉降观测、倾斜观测和裂缝观测。其中沉降观测最为常见。 测定建筑物上固定观测点的高程随时间而变化的工作叫沉降观测。沉降观测时，在能表示沉降特征的部位设置沉降观测点，在沉降影响范围之外埋设水准基

意大利比莎斜塔：八层，高55m，1～6层为大理石砌，7～8为青砖石砌，内径7.65m，呈圆环形。1173年—1371年竣工，经过198年建到四层倾斜，停工94年。复建到第七层又停工83年，再建时第八层明显有转折。 经测量：塔北侧沉降为量为90cm，塔南侧沉降为量为270cm，向南倾5.5°塔顶离开竖向中心线为5m, 倾斜值为0.093。 原因：1.地基粉砂土，施工不慎，粉砂外挤，偏心荷载南侧压力大，造成倾斜。2.塔基地压力大，超过地基承受力，下沉。3.比萨平原深层抽水，使水位下降相当于大面积加载。 点，利用水准基点定期测量沉降观测点高程，从而在各个沉降观测点高程的变化中了解建筑物的上升或下降的情况。 一、 高层建筑物沉降的原因 高层建筑发生沉降的原因是非常复杂的，由基础沉降计算公式可知，高层建

筑地基沉降量与地基的压缩模量、地基压缩层厚度H以及附加应力有关，当它们相差太悬殊时，就会导致建筑地基产生不均匀沉降。总的来说，引起高层建筑物沉降的原因是多方面的，具体有以下几点。 （1）地基土本身的不均匀性； （2）地基处理方法选取不当； （3）施工中出现的原因； （4）建成使用后的意外原因； 二、沉降观测的基本要求 1.仪器设备的要求

根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作用下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10-1/20,而且应精确到毫米级。为此要求沉降观测应使用精密仪器。通常采用精密水准方法来测定沉降变化值，也可用电子水准仪、液体静力水准仪等来进行测量。一般沉降观测应使用精密水准仪（S1或S05级），水准尺也应使用受环境及温差变形影响小的高精度铟合金水准尺。在不具备铟合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一标尺。 2.对观测精度的要求 根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在没有特别要求的情况下，左一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下： （1）往返较差、附和或环线闭合差：△h＝∑a-∑b≤1.0，n表示测站数； （2）前后视距≤30m； （3）前后视距差≤1.0m； （4）前后视距累积差≤3.0m； （5）沉降观测点相对于后视点的高差容差：≤1.0mm。 3.观测时间的要求 （1）在施工阶段应从基础垫层完成后或底板浇筑前开始观测，具体根据地基及加荷情况来确定观测次数和时间间隔。从基础施工到结构工程封顶的过程中，应美施工一层观测一次；冲封顶到满荷载的过程中，可30~15天观测一次；从满荷载至沉降速度变化趋于稳定，可3~1个月观测一次；自沉降速度稳定至基本停止沉降，可半年或一年观测一次。 （2）在使用阶段中，应根据地基土类型和沉降速度大小来确定观测周期，一般可在第一年观测3-4次，第二年2-3次，第三年后每年1次，直至稳定为止。 （3）对于高层建筑不同的沉降速度，其观测周期是不同的，当其沉降速度大于0.3mm/天时，应每半个月观测一次；沉降速度在3.0~1.0mm/天时，应每月一次；沉降速度在1.0~05.0mm/天时，应每三个月一次；沉降速度在05.0~02.0mm/天时，应每半年一次；沉降速度在02.0~01.0mm/天时，应每年一次；当沉降速度在小于0.01mm/天时，可以停止观测。 （4）当在施工中途停工时间较长时，我们应在停工期每隔3~2个月观测1次。当基础周围大量积水及长时间连续降雨时，基础附近地面荷载突然增加或周围大量挖方又或有地下管道施工以及地下铁路施工等，都应适当增加观测次数。在沉降过程中发现沉降速度过快、沉降量大或严重裂缝等异常情况时，均应加强监控，缩短观测周期，增加观测次数，密切注视监测结果，及时报告。 三、沉降观测点的布设 1.依据《建筑变形测量规程》（JGJ/T 8-97）的要求，沉降观测点布设位置应符合下列要求： （1）布置在变形明显而又有代表性的部位； （2）稳固可靠、便于保存、不影响施工及建筑物的使用和美观； （3）避开暖气管、落水管、窗台、配电盘及临时构筑物； （4）承重墙可沿墙的长度每隔8m至12m左右设置一个观测点，在转角处、纵横墙连接处、沉降缝两侧也应设置观测点； 2.埋点方法 为了便于观测及长期保存，观测点采用暗藏式。埋设时用φ32的电锤在设计位置打孔，将直径28mm、长度12cm的预埋件放入孔内，周围用环氧树脂填充使牢固。观测时将活动标志旋紧，测毕取出，盖好保护盖。这样既不影响建筑物的外观又起到保护标志的作用。 3.点位的选设位置 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。点位宜选设在下列位置： （1）建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上。 （2）高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧。 （3）建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处。 （4）宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点。 （5）邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处。 （6）框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点。 （7）片筏基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置。 （8）重型设备基础和动力设置基础的四角、基础型式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧。 （9）电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。 四、沉降观测的方法 沉降观测的主要方法有：短视线精密水准测量法，液体静力水准测量法，三角高程测量法，GPS-RTK法，近景摄影测量法等。 1.液体静力水准测量法 近几年液体静力水准测量法得到了广泛的应用，这种方法的主要优点是能用简单和有效的方式实现测量自动化。 液体静力水准测量法的原理可用图4-1来加以解释。 a a 2

Ha

a b bb

H1 2

b

图 1 液体静力水准测量的原理 图 4-1 液体静力水准测量的原理 图4-1中相连接的两个容器a和b分别安置在需测的平面A和B上，当相连接的两个容器中是均匀液体（同一种液体）时，则液体的自由表面处于同一水平面上，则平面A，B间的高差：

baHHh (4-1)

或)()(2211babah (4-2) 公式（4-2）中，1a，1b——读数为零时相对工作面的位置；22,ba——读数为零时容器顶到液面的距离。 对液体静力水准法误差来源分析表明，液体静力仪器的主要误差来自外界温度的变化，特别是观测处附近的温度变化。为了消除温度影响所产生的误差，可以采用测定观测头的温度并对测量结果施加相应的改正数的方法。若在mm50~40的最小液柱高的情况下，欲使液体水平面的测量误差不超过mm1.0，则温度的读数精度要求不低于0.5Co，目前的高精度静力水准仪都采用了恒温系统。 2.三角高程测量法 建筑物的沉降监测也可以采用三角高程测量的方法来测定，三角高程单向观测的高差计算公式： iRDk2)1(tanDh2 （4-3） 如图4-2所示，在两墙上分别固定标志A与B，在建筑物附近与A，B点通视处安置精密经纬仪，测定倾角a与b，当a与b在很小的情况下，可按（4-4）式计算：

bLHaLHbbaa （4-4） 公式（4-4）中，aH，bH为A，B两点的高层；baLL,为仪器标志的斜距；=206 265。 将公式（4-4）微分并化成中误差得：

2222H2222H)()(m)()(mbabbaamLbmLa （4-5） 由公式（4-5）可以看出，当建筑物的高差中误差一定时，倾斜角越大，斜距越长时，对测角、量距地精度要求越高。使用J1型经纬仪测角时，当L=m15~2，o5~0ao，1测回测角中误差为1时，测距中误差为mm5，一般可以满足建筑物沉降监测中误差为m05.0的要求。这种方法的精度相对较低，一般不采用。

AB Ha

a b

Hab

La

L b

图 2 三角高程法进行高层建筑物沉降监测H

b

图 4-2 三角高程法进行高层建筑物沉降观测 五、施测步骤和误差分析 1. 施测步骤 下面主要来探讨我们常用的用精密水准测量的方法来观察高层建筑物的沉降的具体步骤，以及沉降监测的误差分析。 （1）建立水准控制网。根据建设单位提供的水准控制点（或城市精密水准点或导线点）结合工程特点布局、现场的环境条件制定测量方案和布局网原则来建立水准控制网。在实际测量中，有以下要求： 1)在一般高层建筑物周围要布置间距不大于100m的3个以上的水准点，各水准点构成闭合图形，以便闭合检校。 2)在场区内任何地方架设观测仪器时，应能至少后视到2个水准点。 3)各水准点要埋设在建筑物地面沉降区、震动区和开挖区的范围以外，水准点的埋设深度要符合二等水准测量的要求，或其标石埋深应大于邻近建筑物基础