毕业论文设计建筑沉降观测.doc

昆明冶金高等专科学校毕 业 论 文建筑物主体沉降观测所属系别：专业班级： 姓 名：学 号：指导老师：完成日期：摘 要随着国家经济的发展，当代人对于住房的要求和住房品质也有了更高的要求，各种样式和风格的建筑也越来越多，随之而来的是人们对建筑物的技术要求和建筑物运营管理的安全问题。而建筑物沉降观测为其安全提供了最有价值的沉降数据和信息，同时为建筑物的设计和安全维护提供依据。因此在建筑物设计施工中，建筑物沉降观测的内容，方法，沉降分析以及沉降趋势的变化对于施工具有很强的指导意义。关键词：建筑物 沉降观测 沉降分析 Abstract With the development of national economy, the modern people to the requirement of housing and housing quality also have higher requirements, a variety of styles and style of architecture is also more and more, followed by the people of the safety of the technical requirements of the building and building operations management problem. The building settlement observation for the settlement of its safety provides the most valuable data and information, at the same time provide the basis for design of the building and security maintenance. So in building design and construction, the building settlement observation of the content, method, analysis and subsidence trend change has a strong guiding significance for the construction.Key words: building Settlement observation Settlement analysis 目 录摘要IAbstractI第1章 绪论11.1 沉降观测的目的和意义11.2 建筑物沉降测量研究现状及发展方向21.2.1 沉降测量现状21.2.2 沉降测量发展方向31.3 本论文研究的主要内容3第2章 沉降观测网的布设42.1 沉降观测的精度42.1.1 确定沉降观测精度的基本原则52.1.2 沉降观测的精度分析52.1.3 沉降观测的频率62.2 观测网的布设62.2.1 沉降监测控制网布设62.2.2 水准基点的标志与埋设82.2.3 沉降监测点的标志与埋设8 2.3 本章小结9第3章 沉降观测的技术方法93.1 基本方法93.2 建筑物的沉降观测103.3 水准测量原理与操作113.3.1 水准测量基本原理113.3.2 水准测量的实施与成果整理123.4 本章小结18第4章 沉降监测数据处理及沉降分析184.1 沉降观测的数据整理和分析184.1.1 沉降观测的数据整理184.1.2 沉降分析194.2 监测网沉降分析方法204.3 沉降物理解释的方法20 4.4 本章小结21第5章 官渡区方旺片区安置房沉降监测215.1 工程概况215.2 基准点和观测点的布设225.3 技术要求及观测方案的制定315.4 沉降观测成果及分析335.5 本章小结35结论36参考文献37致谢38第1章 绪 论1.1沉降观测的目的和意义 沉降观测是指定期地对沉降体的有关几何量进行测量，并从测量数据中整理、分析出沉降规律的过程。随着人类社会的进步和国民经济的发展，加快了工程建设的进程，并且对现代工程建筑物的规模、造型、难度提出了更高的要求。与此同时，沉降监测的意义更加重要。众所周知，工程建筑（构）物在施工和运营期间，由于受多种主观和客观因素的影响，会产生沉降，沉降如果超出了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全，给社会和人民生活带来巨大的损失。尽管工程建筑物在设计时采用了一定的安全系数，使其能安全承受所考虑的多种外荷载影响，但是由于在设计中不可能对工程的工作条件及承载能力做出安全准确的估计，施工质量也不可能完美无缺，工程在运行过程中还可能发声某些不利的变化因素，因此，国内外仍有一些工程出现事故。所以，保证工程建筑物安全是一个十分重要且很现实的问题。为此，沉降监测的首要目的是要掌握沉降的实际性状，为判断其安全提供必要的信息以及在防震救灾和避免工程破坏方面有着重大的意义。工程建筑（构）物的沉降和变形相似，按其类型来区分,可以分为静态沉降和动态沉降。静态沉降通常是指沉降观测的结果只表示某一期间内的沉降值,也就是说,它是时间的函数。动态沉降是指在外力的影响下而产生的沉降,故它是外力为函数来表示动态系统对于时间的变化,其观测结果是表示建筑（构）物在某个时间的瞬时沉降。沉降观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测,求得其在两个观测周期的变化量,而为了求得瞬时变化,则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。沉降观测的内容,应根据建筑物的性质与地基情况来定。要求有明确的针对性,既要有重点,又要作全面考虑。以便能正确反映出建筑物的变化情况,达到监视建筑物的安全运营,了解其沉降规律之目的。沉降观测的方法要根据建筑的性质、使用情况、观测精度、周围环境以及对观测的要求来选定。一般垂直位移多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法进行观测。通过沉降观测取得第一手资料,监视建筑物的状态变化和工作情况,在发生不正常现象时,及时分析原因,采取措施,防止事故发生,并改善运营方式,以保证安全。建筑物沉降是有原因的，沉降观测和沉降分析的目的是为了了解沉降体沉降趋势和沉降原因，以便及时采取措施保护建筑物的安全。一般来讲，建筑物沉降的原因主要包括客观原因和主观原因两个方面。客观原因主要包括：主观原因主要包括:（1）自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度、土壤的物理性质等；（2）与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式及动载荷（如风力、震动等）的作用。（3）、设计错误。（4）、施工质量差。（5）、施工方法不当。通过以上建筑（构）物沉降原因分析，我们可以得出以下的结论：对建筑（构）物坚持长期周密的沉降观测，可以检查出各种建筑物和地质构造的稳定性，及时发现问题防患于未然。在科学理论上，还可以更好地了解沉降体沉降的机理，检验有关工程设计的理论以及建立正确的预报沉降的理论和方法。沉降观测的任务是通过对建筑物上的沉降观测点进行定期的重复观测，得到若干次观测数据，经过数据处理后，获得其沉降值，然后根据沉降值分析引起沉降原因和预测建筑物的沉降趋势。因此沉降监测可以监视建筑物在施工或运营过程中所处的状态，一旦在发生不正常现象时，便能及时地采取措施，防止事故发生而造成财产损失和人员伤亡。因此，建筑物沉降观测的意义可以归纳为以下三个方面:第一、由于各种因素的影响，在建筑物施工和运营期间必须对其进行沉降观测，以确定沉降大小和预测沉降的趋势及其对建筑物安全的影响。如:建筑物地基沉降观测。这种观测的目的是为了保证建筑物的安全，即安全监测。 第二、由于土(地)基组成成分复杂、土力学对实验数据的依赖性很大，有必要在各地对大量不同基础形式的建筑物进行观测，以便为今后的设计积累资料，作为验证设计方法和修改、制定设计方案的依据。第三、为了对某中新结构、新材料的性能作出科学的或客观的评价，需要在一个较短的时间内，借助于外力让建筑物产生沉降，以取得科学数据。此时，测量工作者要在短时间内以较高的精度测量出一系列的沉降值。以上三个方面说明了对建筑物进行沉降观测的必要性和现实意义。历史的经验与教训己经很明确地告诉我们，加强建筑物沉降观测的理论研究和实际工作是十分重要的，也非常必要。1.2建筑物沉降测量研究现状及发展方向1.2.1沉降测量现状 沉降观测方法与测量仪器的发展密切相关。根据建筑（构）物的不同性质，在沿用传统的测量方法的基础上，沉降观测方法变得更加灵活和简单。在仪器使用方面，全站仪、GPS等测量仪器取代了传统的光学仪器并朝着自动化方向发展。沉降分析方法，在20世纪50年代以前，主要是沉降观测资料的整理、计算、分析。使沉降分析得以迅速发展的是下面这些突破性的工作。1971年德国测量学家Hpelzer开始采用统计检验的理论来分析沉降网点的稳定性，随后其他学者也提出了各种不同的方法。当代的沉降分析从各种不同的方向来分析解释建筑物的沉降，例如曲线形态判断法、数据线性回归分析法、非线性曲线预测模型、时间序列预测模型、非平稳监测数据时间序列分析法等，有了众多的分析方法使得更好的分析建筑物的沉降，从而为建筑事业做出与众不同的贡献。1.2.2沉降测量发展方向 作为工程测量中极为重要的一个分支，沉降观测伴随着变形观测在近几十年来得到了迅速的发展。这主要体现在如下几个方面：1、在观测手段方面：首先摄影测量技术、激光技术及自动化技术在沉降观测中正在得到越来越广泛的应用。目前，国内对上述技术的应用都进行了成功的试验并已投入了实用，未来的工作是如何进一步地推广并加以完善。GPS定位技术已在区域性沉降观测及大型工程沉降监测中得到应用(如清华大学运用GPS技术成功地对虎门大桥沉降观测)；其它如甚长基线干涉(VLBI)及卫星激光测距(SLR)等空间技术在国外已进行了一系列的试验。结果表明:这些方法对于监视地壳的板块运动等都是很有发展前途的。2、在数据处理和沉降分析方面：理论上更严密、实用上更合理的数据处理方法(如:自由网平差、验后方差估计、抗差估计等)得到了越来越广泛的应用，而且这种趋势仍将长期保持下去。在这方面，除了传统的假设检验、回归分析等建立在统计理论基础之上的方法和建立在力学、物理学基础之上的确定函数模型法以外，其他新的方法也得到了试验和初步的应用。例如运用模糊类分析的方法、灰色理论、人工神经网络进行沉降分析，这些方法将为沉降数据处理和分析带来新的生机。3、在计算机应用方面：自从二十世纪四十年代美国制造出第一台计算机以来，计算机在各行业的应用一直以迅猛的速度发展，目前己渗透到社会生活的各个方面。在沉降观测的各个环节，也都发挥着其积极的优势。更为可喜的是，在某些方面，国内己经取得了初步的、以及具有一定水平的成果:(1)观测现场的自动控制；(2)外业观测数据的自动采集；(3)沉降观测数据的处理和分析；(4)沉降观测原始数据和处理成果的保存；(5)各类沉降图件的绘制；综上所述，我们可以认为：一种能综合各种经验、知识、情况和观测资料采集与沉降分析的专家系统的开发将是未来计算机在沉降观测应用中的发展方向。1.3本论文研究的主要内容 在前人研究的基础上，本文主要对建筑物沉降观测的以下方面做了研究：1、 建筑物沉降观测基本内容及方法。主要分为控制网的布设、水准基点和沉降观测点的标志与埋设、沉降观测的方法等。 2、沉降观测系统点的布设及其精度的确定。本文对建筑（构）物沉降观测点的布设基本原则及其精度进行了分析说明。第2章 沉降观测网的布设 沉降观测的基本原理是：在沉降体上选择一定数量的有代表性的点，通过对这些点重复观测来求出这些几何量的变化值。沉降观测中的测量点通常分为：基准点、工作点和观测点。基准点由于观测点的位置是变化的，为了反映观测点的变化，从理论上讲还必须有一定数量位置固定或变化甚小的点，我们称之为“基准点”或简称为“基点”。基准点通常埋设在比较稳固的基岩上或在沉降区之外，应尽可能长期保存和稳固。工作点又称工作基点。由于实际工作的原因，如基点距观测点很远，为了避免观测过程中的误差积累等因素我们还要埋设一些介于观测点和基点之间的过渡点，即所谓的“工作基点”。它一般埋设在被观测对象附近，要求在观测期间内保持相对稳定。观测点它是位于沉降体上的具有代表性的点，我们称之为“观测点” 或简称为“测点”。一般地，我们把由基点、工作基点、测点构成的观测系统叫做“沉降观测系统”。建筑物沉降观测工作的成败，要受到诸多因素的影响，其中最基本的影响因素是沉降观测方案的设计与布设。它们包括：沉降观测的内容、观测精度的确定、观测周期（频率）的确定、测点、工作基点及基点的布设等，下面分别予以讨论。2.1 沉降观测的精度 沉降观测的必要精度取决于具体工程允许沉降值的大小和观测目的。观测目的通常分为检查施工、监视建筑物安全和研究沉降过程三种情况。一般说来，检查施工对沉降观测精度的要求较低，监视安全稍高，研究沉降过程要求精度最高。在实际测量中，合理的精度是重要的，因为过高的精度要求使测量工作复杂，费用和时间增加。而精度定得太低又会增加沉降分析的困难，使所估计的沉降参数误差太大，甚至会得出不正确的结论。讨论沉降观测必要精度的基本思路是：先根据有关因素求出形变观测值(一般是指同一点在不同时期的坐标差（X，Y，H）的必要精度，然后再套用现有的有关规范或采用相应的算法(如优化设计)来确定距离、方向、角度、高差等观测值的精度。第一步则具有沉降观测本身的特点。因此，我们讨论的主要问题是如何确定沉降观测值X， Y，H必要精度。2.1.1 确定沉降观测精度的基本原则 一般认为，沉降观测值的必要精度主要应根据沉降观测的目的、允许沉降值的大小、沉降的速度以及工程的性质来确定。1971年，在FIG第十三届会议上工程测量委员会中的沉降观测及其自动化小组对沉降观测精度方面提交的报告认为：“如果观测的目的是为了使沉降值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测中误差应小于允许沉降值的1/101/20，如果观测的目的是为了研究其沉降的过程，则其中误差应比这个数值小得多。这就概括地说明了沉降观测的必要精度与观测目的、允许沉降值大小之间的关系，也是确定必要精度的一个基本原则。在现阶段，我国在多数沉降观测工作中都是根据这一原则来确定其必要精度的。2.1.2 沉降观测的精度分析 1、按允许沉降值来确定观测精度建筑物的允许沉降值大多由设计单位提供或依据有关规程中的规定，一般可以直接套用。设允许沉降值为，则按上述原则有：观测的必要精度(中误差) 。2、按沉降观测实测数据的统计分析确定观测精度这种方法一般是从实际经验出发并顾及当前的测量技术水平而定的。尽管不同类型工程建筑物，沉降观测的精度要求差别较大而难以定出统一规格，但我们还是可以根据对各类工程多年沉降观测数据统计分析，确定出该类工程的预期最大沉降值，从而定出沉降观测精度。下面给出的是各类工程的综合分析结果。(1)大型工程建筑物。例如，对于有连续生产线的大型车间(钢结构、钢筋混凝土结构的建筑物)，通常要求观测工作能反映出lmm的沉降量；对于一般厂房要求能反映出2mm的沉降量。因此，观测点高程的精度为0.51mm,这些大型建筑物的平面位移观测精度一般在13mm。(2)水利工程建筑物。根据其结构、形状不同，观测内容和精度也有所差异。即使对于同一建筑物(如拱坝)的不同部位，其观测精度也不相同，沉降大的部位(如拱冠)的观测精度可稍低于沉降小的部位(如拱座)。对于混凝土大坝，其沉降和水平位移观测的精度都是12mm，对于土坝为510mm。(3)对于土木工程，测定其沉降值的精度不低于2mm。至于必要精度与沉降速度关系主要是由于沉降速度的大小决定两次(期)观测之间沉降值的大小，而沉降观测最终要求反映出沉降。因此，当沉降速度大时，两次观测间的沉降量也大，这时可适当地放宽精度；反之，当沉降速度很小时(例如板块运动)，则应适当地提高精度。总的来说，在确定建筑物的沉降观测精度时，要考虑的作用因素可以归纳如表2.1。表2.1 建筑物沉降观测精度参考因素因素精度要求高精度要求低（1）沉降观测的目的安全监测积累资料（2）结构或设备对沉降的反映敏感不敏感（3）预期的或正常的沉降小大（4）复测时间间隔短长（5）沉降速度小大（6）建筑物造价高低2.1.3沉降观测的频率 沉降观测的特点之一是重复观测。这就要求我们在设计时要确定重复观测的间隔，即沉降观测的周期或频率。一般认为：沉降观测的频率应根据沉降观测的目的、沉降值的大小、沉降的速度和工程性质来确定。沉降速度越快，观测间隔要求越短。对于同一工程建筑物，在不同时期，观测间隔要求也不一样。在观测初期，由于对沉降规律不了解，为保险起见，此时要求间隔要短。而在观测后期，在对沉降规律有了一定的了解之后，则可适当地拉长观测间隔。当然，这些原则不是绝对的，出现紧急情况时，应作临时紧急观测。对于旨在详细研究沉降过程的沉降观测，间隔有时要求很短，有时甚至要求连续观测，以及紧急观测（如出现台风、洪峰等情况）。2.2 观测网的布设2.2.1 沉降监测控制网布设沉降监测水准基点必须数量足够、点位适当，监测点的设置一是便于测出建筑物基础的沉降和倾斜等；二是便于现场观测；三是便于保存，并不受损坏。在沉降监测之前，为了消除区域性的地面沉降影响，必须妥善布置基准点、工作基点和沉降监测点的三级布点，或布设水准基点和沉降监测点的两级布点。对于建筑物较少的测区，宜将基准点连同监测点按单一层次布设；对于建筑物多且分散的测区，宜按两个层次布网，即由基准组成的控制网，监测点与所连测的监测点组成扩展网。根据监测精度要求，沉降监测控制网应布设成网形最合理、测站数最少的监测环路,亦可布设成闭合水准路线，或布设成符合水准路线。 在整个监测网中，通常应有四个埋设足够深的水准基点，其余的可埋设为地下或墙上。施测时，可选择一些稳定性较好的监测点作为水准路线基点与水准网统一监测和平差。由于施测时不可能将所有的监测点纳入水准线路内，故大部分监测点只能采用中视法测定，而水准转点则会影响成果精度，所以选择一些监测点作为水准转点极为重要。 1、水准基点布设 布设水准基点时，必须考虑以下因素：(1)(应布设在拟监测的建筑物之间，距离一般为2040m，工业与民用建筑物应不小于15m，较大型并略有振动的工业建筑物应不小于25m，高层建筑物应不小于30m；(2)监测单独的建筑物时，至少布设三个水准基点，以便互相检核判断水准点高程有无变动。对占地面积大于5000平方米或高层建筑物，则应适当增加水准基点的个数；(3)当设置水准基点处有基岩漏出时，可以用水泥砂浆直接将水准点浇注在岩层中，一般水准点应埋设在冻土线（各地区不同，如哈尔滨1.99m，上海0.06m）以下0.5m处；(4)各类水准基点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区，以及其它能使标石、标志遭受腐蚀和破坏的地点。水准点的形式与埋设沉降观测水准点的形式与埋设要求，一般与三、四等水准点相同，但也应根据现场的具体条件、沉降观测在时间上的要求等决定。当观测急剧沉降的建筑物和构筑物时，若建造水准点已来不及，可在已有房屋或结构物上设置标志作为水准点，但这些房屋或结构物的沉降必须证明已经达到终止。在山区建设中，建筑物附近常有基岩，可在岩石上凿一洞，用水泥砂浆直接将金属标志嵌固于岩层之中，但岩石必须稳固。当场地为砂土或其他不利情况下，应建造深埋水准点或专用水准点。 2、监测点布设布设监测点时，应根据建筑物的大小、基础形式、结构特征及地质条件等因素确定。一般可根据下列几方面布置：(1)监测点应布置在建筑物沉降变化较显著的地方，并要考虑到在施工期间和竣工后，能顺利进行监测的地方；(2)在建筑物的四周角点、中点及内部承重墙（柱）上均需埋设监测点，并应沿房屋周长每隔1012m设置一个监测点，但工业厂房的每根柱子均应埋设监测点；(3)由于相邻影响的关系，在高层和低层建筑物、新老建筑物连接处，以及在相接处的两边都应布设监测点；(4)在人工加固地基与天然地基交接和基础砌深相差悬殊处以及在相接处的两边都应布设监测点；(5)当基础形式不同时，需在情况变化处埋设监测点，地基土质不均匀，可压缩性土层的厚度变化不一等情况需适当埋设监测点；(6)在振动中心基础上要布设监测点，对于烟囱、水塔等刚性整体基础上，应不少于三个监测点；(7)当宽度大于15m的建筑物在设置内墙体监测标志时，应设在承重墙上，并且要尽可能布置在建筑物的纵横轴线上，监测标志上方应有一定的空间，以保证测尺直立；(8)重型设备基础的四周及邻近堆置重物之处，即有大面积堆荷的地方，也应布设监测点；(9)沉降监测点的埋设标高，一般在室外地坪+0.5m较为适宜，但在布置时应根据建筑物层高、管道标高、室内走廊、平顶标高等情况来综合考虑。同时还要注意所埋设的监测点要让开柱间横隔墙、外墙上的雨水管等，以免所埋设的监测点无法监测而影响监测资料的完整性；(10)在浇筑基础时，应根据沉降监测点的相应位置，埋设临时的基础监测点。若基础本身荷载很大，可能在基础施工时就产生一定的沉降，即应埋设临时的垫层监测点，或基础杯口上的临时监测点，待永久监测点埋设完毕后，立即将高程引到永久监测点上。在监测期间，如发现监测点被损坏，应立即补上。2.2.2 水准基点的标志与埋设 水准基点的标志构造，要根据埋设地区的地址条件，应尽量埋设在基岩上，或者深埋于原状土内，决不允许埋设在人工土内。由于人工土所有时可以达到数米深，所以选点时应谨慎考察，对于重要建筑工程，基准点应力求埋设在基岩中。对于一般的厂房的沉降观测，可参照水准测量中三、四等水准规范进行标识设计与埋设；对于精度高的沉降观测，需要设计和选择专门的水准基点标识。 1、地面岩石标 如果地面上土层很浅，地表有完整的基岩露头时，可埋设基岩标志点。先清理上不得覆盖物，并除去岩石的风化层，然后在新鲜的基岩上开凿一个适当深度的岩坑。在此岩坑开凿一个深度大于0.1m的岩孔，孔内必须用水洗净，灌注1:2的水泥砂浆，埋设保护盖标志。当基岩露头在地面以下深度不超过1.5m时，可在基岩中开挖一个深度小于0.5m的岩坑，浇灌钢筋混凝土柱石。 2、下水井式混凝土标 用于土层较厚的地方，测点标志用不锈钢或陶瓷镶嵌在柱石上。为了防止雨水灌进水准基点井里，井台需要高出地面0.2m当柱石顶面距离地面深度较大时，标石可由柱石和底盘组成，并在上面加混凝土标志保护盖，在保护盖上加覆盖物。 3、深埋钢管标 当地表覆盖的第四纪冲基层较厚时，并且基岩埋藏深度较大时，采用钻孔穿过土层和风化层埋设钢管标志，这类标适于平坦地区，可采用钻孔深埋钢管标志。 为了检查水准基点本身的变化，通常以三点为一组方式布点。地形条件许可时，可组成没变长100m的等边三角形，每个埋设标志。定期测定3点高程变化状况。若地形条件困难，也可以把三点布设成直线连接图形。2.2.3沉降监测点的标志与埋设 沉降监测点的标志可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标志和隐蔽性标志等形式。各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂。 钢筋观测点标志与埋设将直径为1822mm的钢筋锯成为230250mm的节，将每节钢筋弯成U形， 一端顶部加工成半球形。在离地面300500mm的墙上凿孔，孔深120140mm。如图2.3所示，将钢筋水平嵌入墙孔内，半球端垂直向上，钢筋露出墙面约40mm，用水泥沙浆灌实并与墙面抹平。 图2.1钢筋监测点2.3 本章小结 本章主要介绍了沉降观测系统的布设，首先是介绍了确定沉降观测精度的基本原则，以及按允许沉降值和按沉降观测实测数据的统计分析两种方法来确定观测精度。然后，根据沉降观测的特点讲述了确定沉降观测频率的依据。接下来，介绍了沉降观测点的布设，并根据本文主要研究课题，重点讲述建筑物沉降观测点的布设。最后，是系统设计内容及说明书的编制过程。第3章 沉降观测的技术方法3.1 基本方法 目前，沉陷观测中用得最多的是几何水淮测量。对于中、小型厂房和土工建筑物的沉陷观测一般可采用普通水准测量，而对于大型厂房、高层建筑物及混凝土坝等建筑物，则一般采用精密水准测量。 考虑到沉陷观测本身的特点，为了保证其质量和观测方便，无论建筑物是何种类型，工作在何种场合，除了遵循一般水准测量有关规定之外，还应该注意如下事项： 1、水准路线应尽量构成闭合环，以便为每期观测提供必要的检核，并通过平差适当地提高精度。2、应采用“三固定”的方法来提高沉陷观测的精度。所谓“三固定”，就是各期观测中固定观测员、固定仪器、固定施测线路。采用“三固定”的方法之所以能提高精度，是因为它在整个沉降观测过程中把偶然误差系统化，从而使其在各期观测的差值中自动消除的缘故。3、在固定线路上的固定测站、转点位置上设置临时标志和尺桩，以加快观测速度。4、施工阶段的沉陷观测，应利用建筑物平面图分段记录观测时的施工进度，以便绘制沉陷量与荷载的关系曲线图。根据编制的工程施测方案及确定的观测周期，首次观测应在观测点安定稳固后及时进行。一般高层建筑物有一层或数层地下结构，首次观测应从基础开始，在基础的纵横轴线上(基础局边)按设计好的位置埋设沉降观测点(临时的)，等临时观测点稳固好后进行首次观测。首次观测的各个沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用测量高差中误差不大于0.1mm的精密水准仪，并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。随着结构每升高一层，临时观测点移上一层并进行观测直到+0.00再按规定埋设永久观测点(为便于观测可将永久观测点设于+500 mm)，然后每施工一层就复测一次，直至竣工。5、将各次观测记录整理检查无误后，进行平差计算，求出各次每个观测点的高程值，从而确定出沉降量。6、统计表汇总及成果整理提交 根据备观测周期平差计算的沉降量，列统计表进行汇总。 绘制各观测点的下沉曲线。首先建立下沉曲线坐标，横坐标为时间坐标，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的沉降量画于坐标中，并将相应的载荷量也画于坐标中，连线，就得到对应于荷载值的沉降曲线。 根据沉降量统计表和沉降曲线图，我们可以预测建筑物的沉降趋势，将建筑物的沉降情况及时地反馈到有关主管部门，正确地指导施工。特别是座在沉降量较大的地基上的重要建筑物的不均匀沉降的观测显得更为重要。3.2 建筑物的沉降观测 对于建筑物，沉陷观测的主要内容是基础沉陷观测。其基点一般为深埋标志，观测时，对于中、小型厂房可采用三等水准;而对于大型厂房、连续生产的设备基础和动力基础、高层的混凝上建筑物则一般采用二等水准。关于二、三等水准作业的方法可参考有关规范，但沉陷观测的水准视线较短，视距一般不超过25m。在软土上挖掘深基础(810m以上)时，随着基坑的开挖，其底部会逐渐隆起。当建筑物荷载加上去以后，这部分隆起(回弹量)多半会重新沉下去。如果我们不知值基坑隆起了多高，就会把坑底“超挖”。这样，或者要消耗大量的建筑材料去抵偿这些超挖量，或者建筑物将低于设计标高，以至会误认为它是施工建筑物的沉降量。因此，在软土上挖掘深基础时应进行“基坑回弹观测”。“基坑回弹观测”的要点是在基坑开挖之前先测得坑底土层的高程，待基坑挖到一定的深度以后，复测土层的高程，其与初始高程之差即为基坑回弹量。为此，在基坑开挖之前就要在该土层中将观测时所用的标志埋设在基础各部分所钻的钻孔中，标志顶部高程应低于基坑底面0.5m左右。标志的形式一般为一节钢管，管顶焊一半圆形端头，管壁钻有孔眼，埋设时，先将标志吊入钻孔底部，浇筑水泥砂浆，使标志与土层或岩层固结。对于这类深式高程变化的观测，一般采用一种特制的钢线尺或钢尺悬吊重锤与标顶接触的办法。测量时必须使重锤与水准标志点很好地接触，因此需要多次地将重锤拉上放下，进行检查。对于埋设在基础上的观测点，在砌筑墙壁或安装设备后机器开始运转之前，一旦埋设工作完成，就需开始第一次观测，往后随着荷重的逐步增加而重复进行观测.在运行期间，根据沉陷的快慢再确定重复观测的周期。每月、每季、每半年或每年观测一次，一直到沉陷完全停止为止。由于在观测各个测点时水准路线往往不很长，并且其闭合差一般不会超过l2mm，因此闭合差可按测站平均分配。如果观测点之间的距离相差很大，则闭合差可以按距离成比例地分配。3.3水准测量原理与操作3.3.1水准测量基本原理 1、水准测量概述水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。图3.1 水准测量基本原理 a 后视读数 A 后视点 b - 前视读数 B - 前视点 （1）、A 、 B 两点间高差： （2）、测得两点间高差后，若已知 A 点高程，则可得B点的高程 （3）、视线高程： （4）、转点 TP(turning point) 的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。 2.连续水准测量图3.2 连续水准测量 如图所示，在实际水准测量中， A 、 B 两点间高差较大或相距较远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时有必要沿 A 、 B 的水准路线增设若干个必要的临时立尺点，即转点（用作传递高程）。根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A 、 B 两点间的高差值，有： h = a bh = a b则： h = h + h + + h = = 结论： A 、 B 两点间的高差h等于后视读数之和减去前视读数之和。 3.3.2 水准测量的实施与成果整理 1.水准点 通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点 BM ，一般用表示。有永久性和临时性两种。（见图3.3） 图3.3水准点 2.水准路线 水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式： 闭合水准路线 (closed leveling line) 。是水准测量从已知高程的水准点开始，最后 又闭合到其实点上的水准路线。这种形式的水准路线也可以使测量结果得到检核。 附合水准路线 (annexed leveling line) 。是水准测量从一个高级水准点开始，结束于另一高级水准点的水准路线。这种形式的水准路线可使测量成果得到可靠的检核。 支水准路线 (spur leveling line) 。 是由一已知高程的水准点开始，最后又闭合到起始点上的水准路线。这种形式的水准路线由于不能对测量成果自行检核，所以必须进行往 测和返测，或者用两组仪器进行并测。 水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。 图3.4水准路线 3.水准测量的实施（外业） 水准测量的技术要求如图，有： （1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。 （2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或 “双面尺法”。 两次仪器高法：高差之差 h-h 5mm ；双面尺法，红黑面读数差 3mm h 黑 -h 红 5mm 。 图3.5水准测量的实施注意：（1）起始点只有后视读数，结束点只有前视读数，中间点既有后视读数又有前视读数。（2），只表明计算无误，不表明观测和记录无误。 4.水准测量的成果处理（内业） （1）计算闭合差： 闭合水准路线： 附合水准路线： （2）分配高差闭合差 高差闭合差限差（允许误差） 对于普通水准测量，有：式中，高差闭合差限差，单位： mm L 水准路线长度，单位： km ； n 测站数。分配原则： 按与距离 L 或测站数 n 成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。 （3）计算各待定点高程 用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。 4.观测方法： 按建筑变形测量规范(JGJ8-2007)及工程测量规范（GB50026-2007）的规定，外业观测使用天宝DINI03型补偿式自动调平补偿电子水准仪配合条码铟钢合金水准标尺进行。天宝DINI03标称精度：0.5mm/km(每公里偶然中误差);具体技术参数如下表： 沉降观测点采用国家二等水准测量的技术要求进行观测。水准路线往返允许闭合差，其中n为测站数；为确保观测的准确性，水准路线采用往返观测。主 要 技 术 精 度 指 标视线长度前后视距差前后视距累计差视线高度往返测差或闭合差高差中误差测沉量观测中误差50m2.0m3.0m0.3m0.6N0.51.0注：N测站数5.检测数据的分析与判定每周期观测后，应及时对观测资料进行整理，计算观测点的沉降量、沉降差以及本周期平均沉降量、沉降速率和累计沉降量。资料处理使用：LEICA Geo Office Terrestrial数据交换管理系统、水准网平差软件和建筑沉降分析系统ST3.81。根据建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）要求，判断累计沉降量、变化速率是否超出规范监测报警值；根据该工程沉降量与时间关系曲线判定建筑物是否趋于稳定，当最后l00d的沉降速率小于001004mmd时可认为已进入稳定阶段。具体取值宜根据各地区地基土的压缩性能确定。 6.相关法读数原理 天宝电子水准仪的数值处理以相关原理为基础，这就是事先将代表水准标尺伪随机码的图像存储在数字水准仪中，作为参考信号或基准信号；标尺条码经过望远镜系统后成像在CCD探测器上形成测量信号，读数时将两信号进行比较，即按一定步距移动参考信号直至两个信号获得最大相关系数，由此获得标尺读数和视距，这就是相关过程，此方法称为相关法。图3.10表示了这种读数方法的原理。图3.8 相关法读数原理 由一于仪器到标尺的距离不同，条码在探测器上成像的宽窄也将不同，即图3.12中片段条码的宽窄会变化，随之电信号的“宽窄”也将改变。这将会引起相关的困难。NA系列仪器采用二维相关法来解决这个问题，也就是根据精度要求以一定步距改变仪器内部参考信号的“宽窄”，与探测器采集到的测量信号相比较，如果没有相同的两信号，则再改变，再进行一维相关，直到两信号相同为止，可以确定读数。参考信号的“宽窄”与视距相对应，“宽窄”相同的两信号相比较是求视线高的过程，因此二维相关中，一维是视距，另一维是视线高。为了找到相关函数的最大值，必需在整个测量范围内进行系统搜索，在参考信号同测量信号重合的位置上会出现明显突出于其它相关系数的峰值，也就是要在距离一高度格网的每一个交点上都进行相关系数计算，这个计算量是相当大的，使得读数时间过长。为了缩短读数时间(二维相关时间)，NA系列仪器内部设计有调焦移动量传感器，它用来采集调焦的移动量，由此可以反算出视距，初步可以确定物像比例，对仪器内部参考信号的“宽窄”进行缩放，使其接近探测器采集到的测量信号的“宽窄”，然后再进行二维相关。3.4本章小结本章介绍了沉降观测用到的主要仪器水准仪。通过对水准测量的原理与操作的介绍，进一步分析了电子水准仪的工作原理、读数方法及误差来源；电子水准仪具有读数客观，精度高，速度快，效率高，仪器重量轻，操作简便，减轻作业员的劳动强度，易于实现测量内外一体化等优点，从而为沉降观测提供有力的技术方法。第4章 沉降监测数据处理及沉降分析4.1 沉降观测的数据整理和分析 沉降观测的最终目的是保证建筑物安全运行提供可靠详尽的沉降数据，因此，要使沉降观测充当其施工、运营管理的耳目，起到指导安全使用和充分发挥其效益的作用。要达到沉降观测的目的，我们就不能停留在野外观测这个初始阶段。我们还必须对观测数据作进一步的内业工作，采用科学的方法对大量的零乱的数据进行整理，削弱偶然误差的影响，找出包括判断形变是否发生在内的真正的形变信息。更进一步讲，我们还应建立起形变与其它几何、物理因素之间的关系，找出沉降产生的内在机制和发展的规律，以便采取适当的措施。4.1.1 沉降观测的数据整理 通过野外观测，我们获得了有关沉降体形变信息的原始数据。但是，这些数据还难以直接反映出形变的本质。这是因为：一方面数据中存在着难以避免的偶然误差或其它非固定系统误差的影响，它们有可能掩盖了真实的形变信息；另一方面，沉降观测的数据量大，在未经整理前，显得很零乱，这就使我们很难直接从这些数据中发现沉降的本质性规律。观测资料的整理、分析，主要包括以下具体内容：1、观测资料的整理。这一阶段的主要工作是对现场观测所取得的资料加以整理将数据进行平差计算、编制成图表和说明，使它们成为便于使用的成果。2、观测资料的分析，亦称沉降分析。这一阶段是分析、归纳建筑物沉降过程、沉降规律、沉降幅度及分析沉降的原因，找出沉降值与引起沉降因素之间的关系，进而判断建筑物工作情况是否正常。在积累了大量观测数据后，又可以进一步找出建筑物沉降的内在原因和规律，从而修正设计的理论和采用的经验系数。由此可知，所谓沉降分析就是对野外观测所得到的数据进行科学的整理、分析，找到真正的形变信息和形变规律的过程。沉降观测的目的可以是实用的，也可以是科研的。沉降分析为实现这些目标起着重要的作用。4.1.2 沉降分析 沉降分析的内容主要有几何分析与物理解释。几何分析：其目的是得到沉降体的几何状态及其变化。它要解决的主要问题是:沉降是否发生，如果发生的话，在几何分析的基础上，求出沉降的速度与加速度。几何分析采用的方法一般是统计检验中的有关方法。同时，也通过绘制一定的沉降图、表来描述建筑物的运营状态。物理解释：它的目的是在几何分析确认存在沉降的基础上进一步确定沉降与各种物理因素的关系。例如大坝沉降与水位、温度、地质情况等因素的关系。物理解释采用的方法一般有作过程曲线图、回归分析和确定函数模型法。过程曲线图一般是在同一张图上同时绘制形变过程线和其它物理因素的变化过程线。回归分析法则是以观测数据为基础，统计地建立形变与物理因素的关系，由于该法利用的是已经获得的观测数据，故具有后验的性质，且要求观测的数据不能太少。确定函数模型法则是以弹性理论为基础，解析地建立形变与物理因素的关系，和回归分析法相似，确定函数法也具有后验的性质。实际工作中，上述内容及采用的各种方法都不应截然分开，而应有机地结合、互为补充。作为研究建筑物沉降而布设的沉降观测系统，一般为固定基点工作基点观测点的形式。固定基点和工作基点一般被纳入一个统一的沉降网(有时又称为监测网)内。由于沉降网的观测周期、精度及观测方法与测点观测完全不同，所以二者的沉降分析一般也是分开进行的。对于沉降网的沉降分析，其主要内容是寻找稳定点和确定工作基点位移的大小。前者是为沉降分析提供可靠的基准，后者是为了给测点观测的成果加以适当的改正。在沉降网的沉降分析中，一般要用到自由网平差和线性假设检验的有关理论。当沉降网内含有不同类观测数据时，还要采用平差随机模型验后估计的有关方法。同时，为了提高沉降分析成果的可靠性，排除粗差及其它模型误差对沉降分析成果的干扰，在网的设计和平差过程中，一般要利用误差处理与可靠性的有关理论和优化设计的有关方法。对于测点观测的沉降分析，其主要内容是:绘制有关沉降过程图表，描述沉降状态以及寻找或确定沉降与其他因素的关系。4.2 监测网沉降分析方法一般我们把固定基点和工作点纳入同一个控制网之内，并要求网形具有一定的图形强度以保证基点观测的精度和可靠性。这种由固定基点和工作基点构成的控制网通常称为沉降网(监测网)。沉降监测网一般分为参考网(又称绝对网)和相对网。相对网的所有点都在沉降体上，通过测量网点之间的相对移动来确定沉降体的几何沉降状态。参考网所有的点一般设在沉降体外，其目的是用于测量沉降体上观测点的“绝对”沉降。参考网测量的目的是验证参考网本身的稳定性。参考网是一个基准网，只有在参考网本身稳定的情况下，才能对沉降体进行沉降观测和位移计算，因此在沉降分析中应首先对参考网点的稳定性进行分析。在沉降观测中，沉降体的位移是相对于参考点的。如果参考点是稳定的，那么所求的位移是真正的位移，利用所求位移及其精度可以进行沉降体的趋势的估计。可以看出，参考点的稳定性检验是至关重要的。可以用逐次定权迭代法鉴别不稳定的参考点。 4.3 沉降观测中常遇到的问题及其处理（1）曲线在首次观测后即发生回升现象在第二次观测时即发现曲线上升，至第三次后，曲线又逐渐下降。发生此种现象，一般都是由于首次观测成果存在较大误差所引起的。此时，如周期较短，可将第一次观测成果作废，而采用第二次观测成果作为首测成果。因此，为避免发生此类现象，编者建议首次观测应适当提高测量精度，认真施测，或进行两次观测，以资比较，确保首次观测成果可靠。（2）曲线在中间某点突然回升发生此种现象的原因，多半施因为水准基点或沉降观测点被碰所致，如水准基点被压低，或沉降观测点被撬高，此时，应仔细检查水准基点核沉降观测点的外形有无损伤。如果众多沉降观测点出现此种现象，则水准基点被压低的可能性