沉降观测的发展与应用

沉降观测的发展与应用

刘福亮

国能神东煤炭集团地测公司 内蒙古 鄂尔多斯市017000

 摘要：介绍了沉降观测的相关概念和数字水准仪的使用，以及沉降观测的整个工作流程，并展望了沉降观测未来的发展。实践证明，新一代精密数字水准仪完全能满足沉降观测的要求，并对沉降观测的发展起到了积极的推动作用。

关键词：数字水准仪；沉降观测；观测周期；数据分析

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。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。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。沉降观测即根据建筑物设置的观测点与固定（永久性水准点）的测点进行观测，测其沉降程度用数据表达，凡一层以上建筑、构筑物设计要求设置观测点，人工、土地基（砂基础）等，均应设置沉陷观测，施工中应按期或按层进度进行观测和记录直至竣工。

1沉降观测的背景

工程建筑物的沉降观测，在我国还是一门比较簇新的科学，它是随着我国建设事业的发展而一点一滴的不断地发展壮大的。随着建设的日新月异．由于外界种种偶然因素的影响，在这些工程建筑及其设备的使用过程中，建筑物都会在垂直的方向上产生一定的变形，这种变形是有一定规律可追寻的。这种变形在一定范围之内时，被认定为是正常现象，是可以忽略不计的，但是一旦超出了这个规定的范围，它就会直接影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全。因此，为了保证建筑物的安全施工、安全使用和正常的使用寿命，在工程建筑物的施工和运营期间，必须进行沉降观测，来指导合理的施工工序，一旦超出范围，必须立即采取措施。

2沉降观测相关的概念

沉降观测是变形观测的重要内容，其基本原理是在建构筑物上选择代表性的点作为观测点，通过对这些点的重复观测来观察其沉降量的变化，并从中整理出变形规律，并根据工程特点分期出具准确的沉降观测结果，以此结果进行整理，分析最终推断出建设工程的安全性。

(1)测量精度要求高

由于沉降观测的结果直接关系到建筑物的安全，所以沉降观测数据必须高精度。精度就是指一组误差分布的密集与离散的程度，即离散度的大小。在一定的观测条件下进行的观测，它对应着一定的误差分布。观测条件好，误差分布就密集，则表示观测结果的质量就高；反之观测条件差，误差分布就松散，观测成果的质量低。人、仪器、外界条件是引起观测误差的主要因素，这三个因素的综合影响称为“观测条件”。①基准点的影响水准基点设在远离建筑物的变形影响范围之外，这对于最后得出的沉降观测结果具有很大的影响；因为一旦水准基点升高或降低，那观测的沉观点也会产生同样的变化，在最后的变形分析中，产生偶然的结果，而不是正常的分析结果。②仪器设备的影响测量仪器和工具的精密度不够以及本身自检自校不及时，都会使测量结果受到影响。例如使用刻划至厘米的标尺就不能保证厘米以下尾数估读的准确性；使用视准轴不平行于水准管轴的水准仪进行水准测量就会给观测读数带来误差。为了提高沉降观测高精度的要求，能够更精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，要求沉降观测应使用精密水准仪，水准尺也应使用受环境及温差变化影较小的高精度铟合金水准尺。③人为的影响观测者是通过自身的感觉器官来工作的，由于人的感觉器官鉴别能力的限制，使得在安置仪器、瞄准目标及读数等方面都会产生误差。人员素质的要求，必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程。④观测时间的影响观测过程所处的外界条件，如温度、湿度、风力、阳光照射等因素会给观测结果造成影响，而且这些因素随时发生变化，必然会给观测值带来误差。观测时间的确定对于最后产生的分析结果有着重大的意义。很多偶然性数据对于分析结果影响很大。

(2)沉降观测成果整理的影响

观测工作结束后，内业计算时位移量的数值取位以及严密平差方法，对于结果有一定的影响，应按照要求取舍数值的位数。变形分析分水准基点的稳定性分析、沉降观测点观测成果的线性分析、建筑物运行分析。水准基点的稳定性分析用三次复测成果，用比较的方法和做N(0．22)的检查的方法进行分析。分析时，利用不同时间的观测平差结果，求增差值之变差从，如果平差之变值△h小于两倍高程中误差(m中)则基本无变动，否则有明显变动。

(3)需要重复观测

建筑物由于各种原因产生的变形都有个时间效应。计算其变形量最简单、最基本的方法是计算建筑物上同一点在不同时间的高程差。这就要求变形观测必须依据一定的时间周期进行重复观测。重复观测的周期取决于现场具体情况。

3使用沉降观测技术的步骤

3.1构建好水准控制网络

水准控制网的建设不仅需要提高精度，而且还要结合工程实际需要与实际施工环境相结合，设计出最佳的沉降观测方法进行操作。在这一过程中，不仅需要实施和改进一些不太科学的观测方法，而且要结合施工单位给出的水准控制点，并按照科学的组网原则对水准测量控制网进行标准化。同时，在构建水准控制网时，根据工程实际的施工目标和环境条件，制作了实际的水准控制网，并保持参考点与实际水准控制网之间的观测。最后通过计算得到水准标高等参数的最终结果。在工程建筑物周围的水准点附近设置三个观测点，以便于沉降观测，两者之间的距离不应超过100m。

3.2对沉降观测的地点要设置好

在选择好水准点后，人们需要根据实际工程施工现场的地质条件和建筑物的结构特点确定需要选择的沉降观测点。选择这一点，可以清楚地反映出建筑物深基础沉降的具体特点。如果建设项目是框架结构形式的观测点，应沿柱基础的垂直轴或上轴进行选择，两者之间的距离为8-12米或2-3柱基。在选择相关观测点后，规划观测点与控制点之间的具体观测路径，在直线上确定转折点与测点。最后，应该作出观察的标记，以便进行搜索。

3.3沉降观测技术的实施

观测期间的基本要求，应当在有关建设项目的观测方案建立和完成后予以满足。目前，大多数建筑都是从一层到多层的地下建筑，所以人们应该首先观察地下建筑的沉降，从水平轴线的角度选择观测点。只有在这些观测点被确定之后才能进行沉降观测。因此，第一次沉降观测数据必须严格按照操作进行，以减少错误率。这样的观测通常两次，其平均值是第一次观察的结果。

结语

近些年来，随着统计检验理论、自由网平查、回归分析等方法的应用，变形分析有了突破性进展。目前，沉降监测的几何分析方面，有变形曲线分析法和变形等值线分析法；在沉降监测的预测分析方面主要有Kalman滤波、时序分析、回归分析等方法，近年来又出现了灰色系统理论和小波分析技术。目前，发展较热的方向是几种分析模型的综合使用，例如：采用线性函数、指数函数和双曲线函数三种函数模型，用分段函数的形式对高层建筑的沉降观测数据进行回归分析，得到的回归方程就比较准确地反映了实际沉降情况。

参考文献:

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