不同条件下提高沉降观测精度的多维度思考
来源：《地理空间信息》2016年10月
作者： 杨和平，高级工程师，从事测绘专业技术及管理工作。
地质条件与基础型式不同会影响建筑物的沉降，根据不同的地质条件与基础型式优化沉降观测方案，能提高作业效率与测量精度，保障建筑物的安全。
地质条件一般分为高压缩性、中高压缩性、中低压缩性及低压缩性，在不同的地质条件下会采用桩基基础、天然基础和复合地基等不同的基础型式，建筑物也会因恒荷载的不断增加而产生沉降，而沉降观测作为建筑物安全保障的最后一道预警环节显得极为重要。近年来，本单位在不同地质条件、不同基础型式下完成了大量的多层、小高层、大面积还建小区的沉降观测工作，获取了大量原始资料，观测结果与地质勘察报告、基础处理型式和桩基检测报告高度一致，对少量建筑物出现差异沉降偏大的现象进行了重点分析和判断，对存在的安全隐患按表1 提出了切实可行的处理意见，业主也对问题处理意见进行了及时、经济、有效、合理的处理，保证了建筑物的安全，深受业主的好评。
表1 问题处理意见表
1.1 基准点的埋设
基准点埋设是否稳固对评价建筑物的整体沉降和沉降观测的其他技术数据起决定性作用，因此，基准点埋设必须稳固且长期保留。以江汉移动网通信大楼的沉降观测工程为例，施工前期，根据地质勘察报告发现该地区地质条件为中高压缩性土，即表层为耕土，地表以下为冲积形成的黏土。-12 m 有一层中砂持力层，-40 m 以后有一细砂持力层，主楼(16 层另外塔楼3 层，5 楼以下层高4.5 m)持力层为细砂层，裙楼(3 层)持力层为中砂层，基础型式不一致(主楼为平均桩长48 m 的钻孔灌注桩，裙楼为平均桩长16 m 的沉管灌注桩)，主楼先于裙楼3 个月施工，但主裙楼基础却紧紧相邻，为了保证观测质量，调查发现在距工地200 m外有上世纪80 年代经过基础处理的高压走廊，就在两座铁塔塔基上各布了一个基准点，同时在工地外围约80 m 的地方用小型钻机钻孔16 m 至中砂层埋设了一个基准点，解决了在中高压缩性土地区基准点埋设的难题。各基准点的初次及后期多次联测的数据比较表明，基准点稳定(仅钻孔埋设的基准点下沉约1.0 mm)。
除了采用钻孔、利用基岩、高压铁塔塔基、陈旧箱涵以外，5 a 以上的低矮建筑物基础、老水井旁及老黏土地层等都是基准点埋设地点。基准点要埋设在易于长期保存的地方，一般建筑物的基准点应保存2 a 以上，高层建筑物或大型建筑群的基准点应保存3 a 以上。高大建筑物、新建建筑物、车辆容易辗压的道附近、基建场所、回填区域则排除。所有工地的基准点埋设数均在3 个以上，工作基准点根据建筑规模的大小适当进行了埋设，且所有基准点均能够成网状。
1.2 观测点的埋设
观测点是通过收集的各类资料，充分考虑建筑物的建筑特征、地基处理情况、二次结构施工及外墙装饰特点等因素后才进行埋设。观测点埋设的高度在室内±0.00 以下、散水以上15~30 cm 处为佳。观测点埋设前，结合建筑结构施工图，充分了解外装饰情况，注意外装饰的厚度、空调板、明雨水管的安装位置、煤气等管道的走向及高度、建筑物附属设施的准确位置等，这样给观测点预留了合理的长度和足够的空间高度，使得观测点得以长期保存。在众多工程中，观测点大多以预埋为主，结构施工至±0.00 前后及时进行了埋设，部分建筑物则采用电锤凿孔灌浆埋设，凿孔灌浆埋设均使用高标号水泥，同时对观测点还使用钢钉进行契紧、加固;钢构建筑物则在结构施工至±0.00 前后采用电焊焊接的方法固定观测点，少数工地我们也采用电焊焊接的方法固定观测点。无论何种监测标志，一律埋设在构造柱竖筋的内侧，观测点上方有时还埋设了必要的保护桩。一般建筑物(多层)多采用普通标志，异型房、小高层、高层、跨度较大、动荷载较大的建筑物(有二层的礼堂等)则以埋设螺栓式墙体水准标志为主。普通观测点的规格常采用Φ18 以上的螺纹钢加工制作，标志顶面进行了打磨，使其有明显的制高点或半球状。
不同的地质条件下，一般建筑物均采用如表2 所统计的结构型式。不同结构型式的建筑物在结构施工时恒荷载的增加幅度相似：砖混结构主体结构封顶时恒荷载已经达到80% 左右，而框架、框剪及钢结构主体结构封顶时恒荷载很难超过60%，后期砌体施工和外装饰所增加的恒荷载约占20%~30%。楼层越高，后期施工及二次装修所增加的恒荷载也越多，而后期达到恒荷载总量临界值时才是真正检验基础处理效果的关键时刻，因此，对不同结构型式的建筑物在安排沉降观测频率时做到了区别对待。为了自始至终使观测频率与建筑物恒荷载增加的速率保持高度一致，总结得出了观测总次数计算、各阶段观测频率(比例分配)如表2。
表2 观测次数及比例分配表
表中地质情况(基础持力层)应以地质勘察报告提供的数据和结论为准; 多层指9 层以下，小高层为9~30 层，高/ 超高层指31 层以上;N 为观测次数，n为拟建物层数，N ≥ 5 ;后期施工指二次结构施工、砌体、辅助构件、外装饰等;后期跟踪指内装饰、家具/办公用具搬入、人员入住等。
近年来，对所有工地均按表2 进行观测总次数的计算并按其比例分配观测次数，从最终的观测点沉降曲线图和所有成果来看，每次的观测数据都能很好地反映恒荷载的变化情况，效果极佳。
长期以来，在不同地质条件下对不同建筑物进行沉降观测的数据进行了统计，使用常规水准仪DS1 /DSZ1 配2 m 铟钢尺就完全能够达到《国家一、二等水准测量规范》中二等水准测量、《建筑变形测量规范》中一级的各项精度指标。投入的设备在使用前均送到专门的鉴定机构进行了全面的鉴定，施工过程中每年也至少送检一次，运输、迁站过程中对设备还加强了保护。同一工地绝大多数只使用同一台(套)设备，特殊情况更换也是同等精度或更高精度的设备。
沉降观测工作的观测是一个重要环节，观测前，对观测点上的水泥结块进行了仔细清理，同时按《国家一、二等水准测量规范》中二等水准测量的操作步骤进行，同一工地均由有一定作业经验的同一观测人员完成观测，各项限差均能严格满足《建筑变形测量规范》4·4·2-1 及4·4·2-2 中对应的级别要求，以保证观测数据准确。
沉降观测一般采用单尺推进较多，上世纪90 年代，为了消除仪器i 角的影响，一般采用皮尺或测绳对前后距离进行丈量，受施工现场众多因素的影响，工作效率低且不方便。实践表明，当视线长度小于20 m 时，能够迅速使前后视距较差控制在0.2 m 以内。消除仪器i 角影响的方法较多，除焦距法以外，还有目估法、步量法、丈量法、视距法、标记法、对称法，这些方法都能有效地控制前后视距的较差。目估法主要应用在设站初期，步量法要求前后通畅、平坦，经验丰富的操作人员通过2 次以上的步量可将前后视距较差控制在0.3 m 以内;丈量法要求前后平坦无障碍，但速度较慢，人员投入增加，作业效率较低;对称法主要应用在厂房、仓库、单元结构相同的居民楼等建筑物，该方法要求埋点也对称，但因建筑物的构造柱一般大于30×30 cm，因此，实际操作过程中经常会存在0.2~0.4 m的误差;视距法主要应用在基准点的联测过程中，该方法通过仪器直接读视距来指挥前尺立尺人员前后移动让前后距离基本相等，配合默契能够迅速使前后视距较差控制在0.2 m 以内，该方法还可以在常规水准测量中广泛使用。以上方法我们在不同的工地均有采用。
近年来，通过采取以焦距法为主，其他方法为辅的作业方法，我们将测站前后视距较差均能很好地控制在0.5 m 以内，线路视距累计较差均控制在1.0 m 以内。观测点的观测则以构成闭合路线为主、附合路线为辅的原则进行，视线长度一般控制在20 m 以内，特殊情况也没有超过30 m。单一观测线路的总测站数也进行了适当的控制，实践表明，测站数在15~25 个时最佳。观测时间一般选择在8:00~11:30 和14:30~17:00 时，这样避免了逆光和阳光直射而影响观测精度。风力大于4 级时停止观测，同时，视线距障碍物的距离小于0.2 m时就通过尺垫过渡来消除旁折光对观测精度的影响。
外业观测结束后，对所有的观测数据进全面、认真的检查，内业计算则根据等精度观测原则对单一观测线路进行简易平差，计算出各观测点的最或然值即高程。少数工地因建筑物多，根据每一次观测的全部数据进行了结点平差，使得各项误差均得到了合理的分配。根据需要，每次还及时向业主提交了沉降观测结果、沉降速率、差异沉降值等资料，当差异沉降值达到预警值时还以口头或书面形式及时通知了业主。大量观测数据统计表明，使用常规水准仪DS1 / DSZ1 能够达到《建筑变形测量规范》一级的精度要求，各项误差小于限差1/3 的占75% 以上，小于限差1/2 的达93% 以上。
工程结束后，所有观测数据都要进行综合评价，单栋建筑物通过闭合差计算测站高差中数中误差mΔ(《建筑变形测量规程》7·2·1-2 式)来衡量，多栋建筑物或大型工地根据一次观测的全部数据来评定精度。项目结束 后，无论建筑物栋数多少，均通过所有的误差来计算全区高差中数中误差mw(《建筑变形测量规程》7·2·1-1 式)，这样就很好地看出了观测数据的精度级别，同时通过计算相邻点的差异沉降值来判断建筑物的沉降是否均匀、整体是否安全等。近年来，本单位对所有沉降观测项目均进行了全区测站高差中数中误差计算，所有工程的测站高差中数中误差均小于±0.12 mm。
为了更好地分析在恒荷载一定的前提下，不同地质条件、不同基础型式下建筑物沉降总量的产生规律，对众多项目中沉降量较大且有代表性的一些建筑物(群)的最终沉降量进行了统计，结果如表3。
表3 总沉降量统计表
从表1 和表3 的数据不难看出，建筑物的沉降量主要取决于地质条件和基础处理型式，在基础型式相同时，高压缩性土的沉降量明显大于中高或低压缩性土。马湖还建小区及江汉移动网通信大楼裙楼虽然都只有3 层，但在基础处理时对持力层下部的软卧层产生了扰动，使得其沉降量明显偏大，若基础处理合理沉降量就会明显减小。所以，建筑物的恒荷载对总沉降量的影响并非一致，因此，在恒荷载一定的时候，要关注地质条件和基础处理型式。
由于建筑物的沉降主要取决于地质条件和基础型式，绝大多数建筑物在投入使用后半年左右沉降趋于缓和，1 a 左右逐步达到《建筑变形测量规范》表5~4 的稳定标准。因此，为了搞好沉降观测工作，为建筑物的安全把好最后一道关，在整个沉降观测过程中，要做到经常与业主进行沟通，共同分析沉降原因，制定合理 63 24878 63 15756 0 0 3568 0 0:00:06 0:00:04 0:00:02 3567经济的沉降观测及安全隐患处理方案。
[1] GB50007-2002. 建筑地基基础设计规范[S].
[2] JGJ340-2015 . 建筑地基检测技术规范[S].
[3] JGJ/T 8-2007 . 建筑变形测量规范[S].
[4] GB12897-2006. 国家一、二等水准测量规范[S].
[5] GB50026-2007. 工程测量规范[S].
[6] JGJ/T 8-97. 建筑变形测量规程[s].
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