建築物的沉降觀測

一、沉降觀測的方法和一般規定

1．沉降觀測的時間和次數

沉降觀測的時間和次數，應根據工程性質、工程進度、地基土質情況及基礎荷重增加情況等決定。

在施工期間沉降觀測次數：

（1）較大荷重增加前後（如基礎澆灌、回填土、安裝柱子、房架、磚牆每砌築一層樓、設備安裝、設備運轉、工業爐砌築期間、煙囪每增加15m左右等），均應進行觀測；

（2）如施工期間中途停工時間較長，應在停工時和復工前進行觀測；

（3）當基礎附近地面荷重突然增加，周圍大量積水及暴雨後，或周圍大量挖方等，均應觀測。

工程投產後的沉降觀測時間：

工程投入生產後，應連續進行觀測，觀測時間的間隔，可按沉降量大小及速度而定，在開始時間隔短一些，以後隨著沉降速度的減慢，可逐漸延長，直到沉降穩定為止。

2．沉降觀測工作的要求

沉降觀測是一項較長期的系統觀測工作，為了保證觀測成果的正確性，應儘可能做到四定：

（1）固定人員觀測和整理成果；

（2）固定使用的水準儀及水準尺；

（3）使用固定的水準點；

（4）按規定的日期、方法及路線進行觀測。

3．對使用儀器的要求

對於一般精度要求的沉降觀測，要求儀器的望遠鏡放大率不得小於24倍，氣泡靈敏度不得大於15"/2mm（有符合水準器的可放寬一倍）。可以採用適合四等水準測量的水準儀。但精度要求較高的沉降觀測，應採用相當於N₂或N₃級的精密水準儀。

4．確定沉降觀測的路線並繪製觀測路線圖

在進行沉降觀測時，因施工或生產的影響，造成通視困難，往往為尋找設置儀器的適當位置而花費時間。因此對觀測點較多的建築物、構築物進行沉降觀測前，應到現場進行規劃，確定安置儀器的位置，選定若干較穩定的沉降觀測點或其他固定點作為臨時水準點（轉點），並與永久水準點組成環路。最後，應根據選定的臨時水準點、設置儀器的位置以及觀測路線，繪製沉降觀測路線圖（圖4-194），以後每次都按固定的路線觀測。採用這種方法進行沉降測量，不僅避免了尋找設置儀器位置的麻煩，加快施測進度；而且由於路線固定，比任意選擇觀測路線可以提高沉降測量的精度。但應注意必須在測定臨時水準點高程的同一天內同時觀測其他沉降觀測點。

圖4-194 沉降觀測線路

1-沉降觀測水準點；2-作為臨時水準點的觀測點；3-觀測路線；4-沉降觀測點；5-前視線；6-置儀器位置

5．沉降觀測點的首次高程測定

沉降觀測點首次觀測的高程值是以後各次觀測用以進行比較的根據，如初測精度不夠或存在錯誤，不僅無法補測，而且會造成沉降工作中的矛盾現象，因此必須提高初測精度。如有條件，最好採用N₂或N₃類型的精密水準儀進行首次高程測定。同時每個沉降觀測點首次高程，應在同期進行兩次觀測後決定。

6．作業中應遵守的規定

（1）觀測應在成像清晰、穩定時進行；

（2）儀器離前、後視水準尺的距離要用皮尺丈量，或用視距法測量，視距一般不應超過50m。前後視距應儘可能相等；

（3）前、後視觀測最好用同一根水準尺；

（4）前視各點觀測完畢以後，應回視後視點，最後應閉合於水準點上。

二、沉樁過程中的變形觀測

在軟土地基上建造高層建築，多采用樁基。如果採用鋼管樁、鋼筋混凝土打入樁，在打樁過程中由於土體受到擠壓等原因而引起地表土的位移及隆起，因而影響周圍的原有建（構）築物等。為了順利進行打樁施工，確保周圍的安全，必須對周圍的建（構）築物等進行沉降、位移、裂縫和傾斜等變形觀測。

沉降觀測就是測定建（構）築物上一些點子的高程隨時間和打樁數量變化的工作。

位移觀測就是測定建（構）築物的平面位置隨時間和打樁數量移動的工作。

裂縫觀測就是測定建築物隨時間和打樁數量產生不均勻沉降出現裂縫進行觀測的工作。

傾斜觀測是用測量儀器或其他專用儀器測量建築物的傾斜度隨時間和打樁數量變化的工作。

1．沉降觀測水準點的測設

（1）水準點的佈設沉降觀測一般應利用就近的城市水準點作為基準點引測，如果就近無城市水準點時，可以自行埋設水準點。

建築物的沉降觀測是根據建築物附近的水準點進行的，所以這些水準點必須堅固穩定。為了對水準點進行相互校核，防止其本身產生變化，水準點的數目應不少於3個，以組成水準網，對水準點要進行定期高程檢測，以保證沉降觀測成果的正確性。

在佈設水準點時應考慮下列因素：

1）水準點應儘量與觀測點接近，其距離不應超過100m，以保證觀測精度。

2）水準點應佈置在受震區以外的安全地點，以防止受震動的影響。

3）水準點應埋設在堅實的土層，避免埋設在低窪積水和鬆軟土地帶。

（2）水準點的形式與埋設 沉降觀測水準點的形式與埋設要求，一般與三、四等水準點相同，但也應根據現場的具體條件、沉降觀測在時間上的要求等決定。

（3）沉降觀測水準點高程的測定 沉降觀測水準點的高程應根據城市永久水準點引測，採用II等水準測量的方法測定。往返測誤差不得超過±1

mm（，為測站數），或±4

（L為公里數）。

如果沉降觀測水準點與永久水準點的距離超過2000m，則不必引測絕對標高，而採用假設高程。

（4）觀測點的佈置和要求 觀測點的位置選擇和數量，應根據被觀測物的具體狀況和技術要求決定。如民用建築物應佈置在房角、縱橫牆的交接處、沉降縫的兩旁，工業建築應佈置在基礎、柱子、承重牆或廠房轉角處，地下管線設施應佈置在管線設施的上方（最好應開挖暴露，直接佈置其上）。總之，觀測點應佈置在能表示沉降特徵的地點。

觀測點佈置合理，就可以全面地精確地查明沉降情況。這項工作應由設計單位或施工技術部門負責確定。所有觀測點應繪製1：100或1：500平面圖，並注意點位編號，以便進行觀測和記錄。

對觀測點的要求如下：

1）觀測點應埋設牢固穩定，能長期保存。

2）觀測點的上部應制成蘑菇形狀或有明顯的突出處，與牆、柱身保持一定的距離。

3）要保證在點上能垂直置尺和通視條件良好。

（5）觀測點的形式與埋設沉降觀測點形式和埋設應根據工程性質和施工條件來確定或設計。高層建築在打樁過程中對周圍建（構）築物的影響，為此觀測點應設在原有的建（構）築物上，一般常用的幾種觀測點如下：

1）利用直徑20mm的鋼筋，一端彎成90°角，一端製成燕尾形埋入牆內（圖4-195）。

圖4-195 燕尾形觀測點

2）用長120mm的角鋼，在一端焊一鉚釘頭，另一端埋入牆內，用1：2水泥砂漿填實（圖4-196）。

圖4-196 角鋼埋設觀測點

③管線上觀測點，根據具體情況而定，最好將管線開挖暴露，直接進行觀測其本身的升降量，或用間接觀測的方法在管線旁邊埋設觀測點，推算其管線的升降量（圖4-197）。

圖4-197 地下管線觀測點

2．建（構）築物的沉降觀測

（1）沉降觀測的方法和一般規定：

1）沉降觀測的時間和次數，應根據高層建築的打樁數量和深度，工程進度，地基土質情況等決定。一般由甲方召集設計、施工、監測以及管線、房管、道路等有關部門協調會決定觀測時間和次數。一般規定打樁期間每天觀測一次，如科研需要，需知回彈量，那麼最好每天在打樁前和打樁後進行觀測。如施工期間中途停工時間較長，應在停工時和復工前進行觀測。

2）沉降觀測工作的要求 沉降觀測是一項較長期的系統觀測工作，為了保證觀測成果的正確性，應儘可能做到四定：①固定人員觀測和整理成果；②固定使用的水準儀及水準尺；③使用固定的水準點；④按規定的日期、方法及路線進行觀測。

3）使用儀器工具的要求 高層建築的沉降觀測所用的儀器要求較高，一般都採用可測II等水準的精密水準儀和銦鋼水準尺。

4）確定沉降觀測線路並繪製觀測路線圖 進行沉降觀測時，因施工或生產的影響，造成通視困難，往往為尋找設置儀器的適當位置而花費時間。因此對觀測點較多的建築物、構築物進行沉降觀測前，應到現場進行規劃，確定安置儀器的位置，選定若干較穩定的沉降觀測點或其他固定點作為臨時水準點（轉點），並與永久水準點組成環路。最後，應根據選定的水準點，設置儀器的位置以及觀測路線，繪製沉降觀測路線圖，以後每次都按固定的路線觀測。採用這種方法進行沉降測量，不僅可以避免尋找設置儀器的麻煩，加快施測進度；而且由於路線固定，比任意選擇觀測路線可以提高沉降測量的精度。但應注意必須在測定臨時水準點高程的同一天內同時觀測其他沉降觀測點。

5）沉降觀測點的首次高程測定 沉降觀測點首次觀測的高程值是以後各次觀測用以比較的根據，如初測精度不夠或存在錯誤，不僅無法補測，而且會造成沉降工作中的矛盾現象，因此必須提高初測精度。如有條件，最好採用N₂或N₃類型的精密水準儀進行首次測定。同時每個沉降觀測點首次高程，應在同期進行兩次觀測後決定。

6）觀測方法及作業中應遵守的規定 使用精密水準儀光學測微法後、前、前、後進行觀測，觀測應在成像清晰、穩定時進行，有多個前視觀測點時前視各點觀測完畢以後，應回測後視點，最後應閉合於水準點上。一個測站上觀測限差如表4-48所示。

（2）沉降觀測的精度及成果整理。打樁期間的沉降觀測是對施工區周圍的建（構）築物變化的觀測，其精度可略低於高層建築施工過程中的沉降觀測。打樁期間一般規定沉降觀測點相對於後視點高差測定的允許偏差為±1mm（即儀器在一測站觀測完前視各點以後，再回測後視點，兩次讀數之差不得超過±1mm）。每次觀測結束後，要檢查記錄計算是否正確，精度是否合格，並進行誤差分配，然後將觀測高程列入沉降觀測成果表中，計算相鄰兩次觀測之間的沉降量，並註明觀測日期，為了更清楚地表示沉降與時間的相互關係，還要畫出每一觀測點的時間與沉降量的關係曲線圖，如圖4-198所示。

圖4-198 沉降位移曲線圖

3．位移觀測

當要測定某大型建築物和重要構築物的水平位移時，可以根據建（構）築物的形狀和大小，佈設各種形式的控制網進行水平位移觀測。觀測點與控制點應位於同一直線上。控制點至少須埋設三個，控制點之距離及觀測點與相鄰的控制點間的距離要大於30m，以保證測量的精度。當要測定建（構）築物在某一特定方向上的位移量時，可以在垂直於待測定的方向上建立一條基準線，定期地測量觀測標誌偏離基準線的距離，就可以瞭解建（構）築物的水平位移情況。位移觀測的控制點應設在打樁區影響之外（一般設在100m之外），打樁（特別是鋼筋混凝土樁）的影響範圍一般為樁長的1.5倍，如400mm×400mm×27000mm的混凝土方樁的影響範圍在30~40m之間，當然它還與樁的密度，打樁的速率等有關。打樁過程中的變形觀測，最好在打樁前和打樁後各測一次，也可以每天打樁後進行一次觀測。觀測後及時整理記錄並於次日提交資料，一個階段後除了提交觀測資料外，還要繪製變形曲線圖，以便及時分析原因，採取措施，防止事故的發生。

（1）視準線法 由經緯儀的視準面形成基準面的基準線法稱為視準線法。視準線法又分為直接觀測法、角度變化法（即小角法）和移位法（即活動覘牌法）三種。

1）直接觀測法 可採用J₂級經緯儀正倒鏡投點的方法直接求出位移值，此種方法最簡單且直接正確，為常用的方法之一，如圖4-199所示。

圖4-199 直接觀測示意

儀器架在控制點A，正鏡瞄準控制點B，投影至觀測點1，用小鋼皮尺直接讀數；倒鏡再瞄準B，投影至1再讀數，取兩讀數的平均值，即觀測點1的水平位移值。

2）小角法是利用精密經緯儀，精確測出基準線與置鏡端點到觀測點視線之間所夾的角度，如圖4-200所示。

圖4-200 小角法位移觀測示意

如圖4-200所示，A、B、C為控制點；M為觀測點。控制點必須埋設牢固穩定的標樁，每次觀測前對所使用的控制點應進行檢查，以防止其變化。建（構）築物上的觀測點標誌要牢固、明顯。

設第一次在A點所測之角度為β

△β＝β₂－β₁

則建築物之位移值：

（4-70）

式中 δ——位移值；

AM——A點至M的距離；

ρ"＝206265"。

3）激光準直法 激光準直法可分兩類：第一類是激光束準直法。它是通過望遠鏡發射激光束，在需要準直的觀測點上用光電探測器接收。由於這種方法是以可見光束代替望遠鏡視線，用光電探測器探測激光光斑能量中心，所以常用於施工機械導向的自動化和變形觀測。第二類是波帶板激光準直系統，波帶板是一種特殊設計的屏，它能把一束單色相干光會聚成一個亮點。波帶板激光準直系統由激光器點光源、波帶板裝置和光電探測器或自動數碼顯示器三部分組成。第二類方法的準直精度高於第一類，可達10^-6~10^-7以上。

（2）用前方交會法測定建築物的水平位移 在測定大型工程建築物（例如塔形建築物、水工建築物等）的水平位移時，可利用變形影響範圍以外的控制點用前方交會法進行。

如圖4-201所示，A、B點為相互通視的控制點，P為建築物上的位移觀測點。首先儀器架設A，後視B，前視P，測得角∠BAP的外角，α＝（360°－α₁），然後架設B，後視A，前視P，測得β，通過內業計算求得P點座標。當α、β角值變化而P點座標亦隨之變化，再根據公式計算其位移量。

圖4-201 前方交會示意

三、各施工階段中的變形觀測

前面介紹了打樁階段的變形觀測，下面分別介紹高層建築其他各施工階段的變形觀測。

1．井點降水與挖土階段的變形觀測

在軟土地基上建造高層建築，採用樁基加箱基的較多，其特點是：（1）基礎埋置較深，一般大多為5m，有的達10餘米，視具體情況而定；（2）如地下水位較高，在基礎施工時多采用井點降水法來降低地下水位，以便利開挖基礎和基坑施工。由於井點降水和挖土的影響，施工地區及四周的地面會產生下沉，鄰近建築物受其影響亦同時下沉，這樣就影響了鄰近建築物的正常使用。為此要在鄰近建築物上埋設變形觀測點，一般要埋設沉降觀測、位移觀測、裂縫觀測和傾斜觀測點。圖4-202所示為上海新錦江賓館工程變形觀測點的佈置。在井點降水時，西側民房沉降量超過了極限，達到184.2mm，裂縫寬度達到78mm，由於及時提供觀測數據，為保證居民的安全讓其搬遷後再繼續進行井點降水及開挖。又如上海商城工程在8m深基礎施工的井點降水和挖土階段，西邊民房最大的沉降量分別達到191.4mm和200.9mm，由於及時採取了加固措施才確保了居民和住宅的安全。

圖4-202 新錦江賓館變形觀測點佈置圖

A'₁、A₆、A₇、A₁₁為基準點；A_i為平面位移兼沉降點；

B_i為牆上沉降點；D點為傾斜觀測點

2．基礎和結構施工階段的變形觀測

為了瞭解地基變形規律，要通過各階段的實測沉降量與各階段土工模擬試驗所做的試驗成果進行比較，以驗證計算的精確度。因此，高層建築的沉降觀測應從基礎施工開始一直進行觀測，以便取得完整的資料。

為了確保第一性資料的正確，沉降觀測點、臨時點、永久點均必須牢固，不易損壞。

設備基礎觀測點的埋設一般利用鉚釘或鋼筋來製作，然後將其埋入混凝土內，其形式如4-6-1-5的埋設形式。

3．柱基礎及柱身觀測點

詳見4-6-1-5。

四、建築物全部竣工後的沉降變形觀測

在高層建築的施工過程中，由於速度較快，土層不可能立即承受到全部的荷載，隨著時間的進展，沉降量也隨之增加。因此，高層建築竣工後亦需進行變形觀測。從積累以往的資料來分析，竣工後第一年應每月一次，第二年每兩個月一次、第三年每半年一次，第四年開始每年觀測一次，直至穩定為止。但在軟土層地基建造高層，雖採取了打樁，深基礎等措施，沉降是不可避免的。為此，可以進行長期觀測，確保建築物的安全。如有不均勻沉降，可及時採取措施。

高層建築中的沉降觀測以II等水準精度要求。位移觀測準確至毫米，讀數至0.5mm。用角度觀測時必須用2"級以上精度的經緯儀進行觀測，能算至0.5mm為宜。

五、沉降觀測的精度及成果整理

沉降觀測的精度一般應符合下列規定：

1．連續生產設備基礎和動力設備基礎、高層鋼筋混凝土框架結構及地基土質不均勻的重要建築物，沉降觀測點相對於後視點高差測定的允許偏差為±1mm（即儀器在每一測站觀測完前視各點以後，再回視後視點，兩次讀數之差不得超過1mm）。

2．一般廠房、基礎和構築物，沉降觀測點相對於後視點高差測定的允許偏差為±2mm。

3．每次觀測結束後，要檢查記錄計算是否正確，精度是否合格，並進行誤差分配，然後將觀測高程列入沉降觀測成果表中，計算相鄰兩次觀測之間的沉降量，並註明觀測日期和荷重情況。為了更清楚地表示沉降、時間、荷重之間的相互關係，還要畫出每一觀測點的時間與沉降量的關係曲線及時間與荷重的關係曲線，如圖4-203所示。

圖4-203 沉降曲線

時間與沉降量的關係曲線，系以沉降量S為縱軸，時間T為橫軸，根據每次觀測日期和每次下沉量按比例畫出各點，然後將各點連接起來，並在曲線的一端註明觀測點號。

時間與荷重的關係曲線，系以荷載的重量P為縱軸，時間T為橫軸，根據每次觀測日期和每次的荷載重量畫出各點，然後將各點連接起來。

兩種關係曲線合畫在同一圖上，以便能更清楚地表明每個觀測點在一定時間內，所受到的荷重及沉降量。

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