对沉降观测的技术要点分析

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　　摘要：本文工作经验和工作实践，讲述了沉降观测的步骤，提出了利用生成建筑物沉降曲线图的方法，该方法更快捷。内容更确切。外形更美观，从而为决策施工人员提供更准确可靠的信息，总结了沉降观测过程中应该注意的问题。
　　关键词：高层建筑；沉降观测；数据分析
　　1引 言
　　时代的进程的不断加快，城市各类高层建筑日益增多。由于建筑物的增高，荷载的增加，在地基基础和上部结构的共同作用下，建筑物可能发生不均匀沉降，轻者将使建筑物产生倾斜或裂缝，影响正常使用，重者将危及建筑物的安全，因此，必须对其进行沉降观测，通过定期观测建筑物的沉降值，分析和研究其沉降变形规律，根据沉降速率及时采取相应的预防措施，确保建筑物的安全。
　　2006年9月我院接受了某大厦的沉降观测任务。该大厦高16层，设计每增高两层跟踪观测一次，封顶后每月观测一次，直至稳定时止。本文结合该项目探讨建筑物沉降观测及其数据分析问题。
　　2沉降观测方法及步骤
　　2．1水准控制网及沉降观测点的布设
　　水准基点应该埋设在变形影响区域之外地基稳固的区域，并确保在整个沉降观测过程中不被破坏。该项目设3个水准基点，编号为BMl、BM2和BM3，布设一条闭合水准路线(图1)。其中BM3作为该项目的起算点，BMl、BM2用作检核。为了保证沉降观测工作的长期连续性，把水准基点与附近国家水准点联测(严格按一级水准测量规范执行)，从而得到沉降观测点在国家统一高程系统中的高程值，这样，即使水准基点遭到破坏，也可用国家高程系统中的水准点恢复联测。
　　为了反映出建筑物的准确沉降情况，沉降观测点设置在最能反应沉降特征且便于观测的位置，在建筑物上纵横向对称，且相邻点之间间距以15～30 m为宜，均匀分布在建筑物的周围(图1)。沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑装饰阶段因施工破坏或掩盖沉降观测点，不能连续观测而失去观测意义。另外在沉降观测点上方设置保护设施，避免重物砸到发生变形而得不到准确的沉降量。
　　
　　2．2仪器选择和监测工作
　　沉降观测精度要求高，为了准确反映建筑物在不断加载作用下的沉降情况，沉降观测应使用精密水准仪，水准尺应使用高精度因瓦水准尺。本项目使用徕卡NA3003电子自动安平水准仪和GPCL3因瓦条码水准标尺观测。在首次观测前对所用仪器的各项指标进行检测校正，连续使用6个月重新对所用仪器、设备进行检校。
　　水准基点之间采用一级水准观测，水准基点和沉降观测点之间采用二级水准观测。沉降观测过程中坚持“五定”原则，即水准基点和沉降观测点点位稳定；以上措施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可比性更一致，使所观测的沉降量更真实准确。
　　建筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则得不到准确的原始数据。自2006年12月一2008年2月该项目进行了12次观测，顺利完成了该大厦的沉降观测任务，为该大厦的施工提供了科学准确的沉降数据。
　　3沉降观测成果分析
　　3．1沉降变形分析
　　通过对沉降监测数据分析得出，该大厦的最大沉降量为19．6mm，对应沉降观测点为C5为16．4mm，对应沉降观测点为C10。累积平量为17．7mm，平均沉降速率为0．042mm／d，其中主体施工过程中(共计10个月)其日平均沉降量为0．054mm，主体施工完成后其日平均沉降量明显减少，为0．0167mm，由此可见该大厦已趋于稳定状。
　　根据沉降观测结果汇总情况，以观测时间为横坐标，以平均累计沉降值为纵坐标，选择北侧2个点(C3、c4)，中间4个点(C1、C2、C5、C6)(C7、C8、C9、C10)绘制出平均沉降量变化曲线图（图2)。从图2中可以看出该大厦沉降一直比较均匀，在主体施工期间沉降速率较快，当主体封顶后沉降速率明显减慢，反映出了沉降的趋势、规律和幅度，符合实际情况。在主体施工初期，由于大厦基础桩基处于一种不
　　稳定状态，当荷载增加时，其沉降速率较大。随着荷载的不断增加，大厦桩基下沉，逐渐趋于稳定状态，这时，虽然荷载不断增加，但沉降速率减慢。当大厦封顶后，荷载增加速率减慢，因此大厦沉降速率也变慢。到使用阶段，由于不再增加荷载，故基础沉降也将趋于平稳。
　　
　　3．2建筑物沉降曲线图的生成沉降
　　建筑物的沉降结果是通过建筑物等沉降曲线图来描述的，传统等沉降曲线图一般手工绘制，费时费力，主观因素大，借助ArcView的三维分析模块可快速准确的生成等沉降曲线图。利用ArcView生成建筑物沉降曲线图步骤如下：
　　(1)【View】→【New Theme】→【Polygone】，产行一个多边形主题，绘制该大厦的平面格网图。
　　点
　　(2)【View】→【New Theme】→【Point】，产行一个点主体，在大厦平面图上标绘出参与分析的沉降观测点，并均匀内插多个高程点。
　　(3)【Surface】→【Interpolate Grid】，利用沉降观测点和内差点生成DEM。
　　(4)在生成DEM的基础上，提取等值线并自动赋以高程值，具体步骤【Surface】→【Create Contours】，【Theme】→【Auto―Label】。
　　图3为该项目的等沉降曲线图，它与传统手工绘制法相比速度更快捷，内容更确切，外形更美观，为决策施工人员提供更准确可靠的信息。
　　
　　4沉降观测中应该注意的几个问题
　　4．1i角的问题
　　i角误差是影响外业观测精度的主要误差，虽然经过i角的检验校正，但不可能完全消除，要保证使两轴完全保持平行是困难的。所以，必须将前、后视距误差及前、后视距累计误差控制在误差允许范围内才能减弱i角误差对外业测量的影响。
　　4．2水准尺竖立不直问题
　　水准尺经检验校正合格后，便可实际作业。但在外业观测中，会出现水准尺竖立不直的现象，影响水准测量的读数精度。这就需要在水准尺侧面同样安置一个经检验校正过的圆水准器。另外，在外业观测时，为保持尺的竖直，一定要采用尺撑，避免仅用手扶尺的做法。
　　4．3其他问题
　　例如避开工地搅拌机等干扰，各次观测环境基本一致；成像清晰、稳定时再读数；观测与检核同时进行；将各次所观测沉降情况及时反馈给有关部门，当建筑物每天连续沉降量超过1 mm时应停止施工，会同有关部
　　门采取应急措施。
　　5结论
　　参考有关标准结合本工程特点，经研究分析，可得出以下结论：
　　(1)高程控制网的布设应符合下列要求：对于比较简单的测区，宜将控制点连同观测点按单一层次布设；对于建筑物较多且分散的大测区，宜按两个层次布网，即由控制点组成控制网、观测点与所联测的控制点组成扩展网。
　　(2)在沉降观测中水准基点应该埋设3个以上，分布在变形影响区域之外的地基稳固区域，并与附近国家水准点联测，从而得到国家统一高程系统中的高程值。
　　(3)布设沉降观测点及沉降观测中应该结合实际，使沉降数据能够真实准确的反应沉降情况。
　　(4)利用ArcView生成等沉降曲线图，客观快捷观，给施工提供了准确翔实的沉降数据，为以后类似项目提供了借鉴作用。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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