建筑物沉降观测的重要性和方法

学习目标

1.掌握沉降观测的方法，编制沉降观测方案；

2.熟悉沉降观测成果的整理分析。

关键概念

沉降观测、水准基点、工作基点、沉降观测点、“四固定”沉降观测方法、沉降-荷载-时间关系曲线。

1.沉降观测的意义

建筑物的沉降观测是采用水准测量的方法，连续观测设置在建筑物上的观测点与周围水准点之间的高差变化值，确定建筑物在垂直方向上的位移量的工作。

在工业与民用建筑中，为了掌握建筑物的沉降情况，及时发现对建筑物不利的下沉现象，以便采取措施，保证建筑物安全使用，同时，也为今后合理的设计提供资料，因此，在建筑物施工过程中和投入使用后，必须进行沉降观测。

基础沉降观测工作程序如图8-66所示。

图8-66　基础沉降观测工作程序

2.观测点的布设

沉降观测需要用水准测量的方法设置专用高程控制网，分三级布设。

首级控制点为水准基点，作为沉降观测的依据，必须保证其高程在相当长的观测时期内固定不变。

次级控制点为工作基点，作为日常观测的引测起始点，确保在观测期间内高程不受施工影响而变化，一般设置在稳定的永久性建筑物墙体或基础上。

水准基点和工作基点统称为专用水准点。

第三级是沉降观测点，又称变形点，是设置在建筑物上能反映其沉降特征地点的固定标志，这些点在施工和运营过程中其高程可能发生变化，通过其高程的变化来了解建筑物的沉降状态。

（1）专用水准点及沉降观测点的设置。

1）专用水准点的设置。专用水准点应布设在施工建筑应力影响范围之外且不受打桩、机械施工和开挖等操作影响，坚实稳固的基岩层或原状土层中；离开地下管道至少5m；底部埋设深度至少要在冰冻线及地下水位变化范围以下0.5m；为了提高沉降观测的精度，专用水准点离开沉降观测点的距离不应大于100m。

建筑物的沉降观测是依据埋设在建筑物附近的水准点进行的，为了相互校核并防止由于某个水准点的高程变动造成差错，测区水准基点数不少于3个；小测区且确认点位稳定可靠时，水准基点数不得少于2个，工作基点不得少于1个。

工作基点位置与邻近建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的1.5～2.0倍。

专用水准点的形式一般可选用混凝土普通标石。

水准标石埋设后，一般在15天后达到稳定后方可开始观测。

2）沉降观测点的设置。观测点设置的数量与位置，应能全面反映建筑物的沉降情况，并应考虑便于立尺、没有立尺障碍，同时注意保护观测点不致在施工过程中受到损坏。一般沿建筑物周边布设，其位置通常设置在建筑物的四角点，纵横墙连接处，平面及立面有变化处，沉降缝两侧，地基、基础、荷载有变化处等。

①建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m 处或每隔2～3根柱基上；

②高层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧；

③建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工与天然地基接壤处、不同结构分界及填挖方分界处；

④宽度大于等于15m 或小于15m 而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点；

⑤邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处；

⑥框架结构建筑物每个或部分柱基上或沿纵、横轴线设点；

⑦筏形基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置；

⑧重型设备基础和动力设备基础的四角、基础形式或埋深改变处及地质条件变化处两侧；

⑨电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。(www.xing528.com)

3）沉降观测点的形式。沉降观测点的形式与设置方法应根据工程性质和施工条件来确定。观测点的标志形式有墙上观测点、钢筋混凝土柱上的观测点（一般布设在基础上0.3～0.5m 的高度处）和基础上的观测点。为使点位牢固稳定，观测点埋入的部分应大于10cm；观测点的上部须为半球形状或有明显的凸出之处，这样放置标尺均为同一标准位置；观测点外端须与墙身、柱身保持至少4cm 的距离，以便标尺可对任意方向垂直置尺。观测点按其与墙、柱连接方式与埋设位置的不同，有以下几种形式：

①现浇柱式观测点。如图8-67所示，用厚度不小于10mm、长宽为100mm×100mm 的钢板作为预埋件，埋入柱子里，拆模后将直径φ18～φ20mm 的不锈钢或铜，一端弯成90°角，顶部加工成球状焊接在预埋钢板上，而成沉降观测点。

②隐蔽式观测点。如图8-68所示，螺栓式隐蔽标志，适用于墙体上埋设。观测时旋进标身，观测完毕后卸下标身，旋进保护盖以便保护标志。

图8-67　现浇柱式观测点

图8-68　螺栓式隐蔽标志及其几何尺寸（mm）

3.沉降观测的时间、方法及精度

（1）沉降观测的时间。一般在结构增加一层或增加较大荷重之后（如浇灌基础、回填土、安装柱子和厂房屋架、砌筑砖墙、设备安装、设备运转、烟囱高度每增加15m 左右等）要进行沉降观测。施工中，如果中途停工时间较长，应在停工时和复工前进行观测。当基础附近地面荷重突然增加，周围大量积水，暴雨及地震后，或周围大量挖方等可能导致沉降发生的情况时，均应观测。竣工后要按沉降量的大小，定期进行观测。开始可隔1～2个月观测一次，以每次沉降量在5～10mm 以内为限度，否则要增加观测次数。以后，随着沉降量的减小，可逐渐延长观测周期，直至沉降稳定为止。

建筑物投入使用后，可按沉降速度参照表8-12所列观测周期，定期进行观测，直到每日沉降量小于0.01mm 时停止。

表8-12　沉降观测周期表

（2）沉降观测的方法。沉降观测实质上是根据专用水准点用精密水准仪定期进行水准测量，测出建筑物上沉降观测点的高程，从而计算其下沉量。

在观测点和水准点埋设完毕并稳定后，根据水准点的位置与整个观测点布设情况，详细拟定观测路线、仪器架设位置，要在既考虑观测距离又顾及后视、中间视、前视的距离不等差较小的原则下，合理地观测到全部观测点。

对于一般精度要求的沉降观测，采用S3 型水准仪，以三等水准测量的方法进行观测。对于大型的重要建筑或高层建筑，需要采用S1 型精密水准仪，按精密水准测量的方法进行观测。

专用水准点是测量沉降观测点沉降量的高程控制点，应经常检测其高程有无变动。测定时，一般应用S1 型水准仪往、返观测。观测时，应在成像清晰、稳定的时间内进行，同时，应尽量在不转站的情况下测出各观测点的高程，以便保证精度。前、后视观测最好用同一根水准尺，水准尺与仪器的距离不应超过50m，并用皮尺丈量，使之大致相等。测站观测完成后，必须再次观测后视点，先后两次后视读数之差不应超过±1mm。对一般厂房的基础或构筑物，同一后视点先后两次后视读数之差不应超过±2mm。

在观测过程中要重视第一次观测的成果，因为首次观测的高程值是以后各次观测用以进行比较的依据，若初测精度低，则会造成后续观测数据的矛盾。为保证初测精度，首次观测宜进行两次，每次均布设成闭合水准路线，则以闭合差来评定观测精度。

（3）沉降观测的精度。为保证沉降观测的精度，减小仪器工具、设站等方面的误差，一般采用同一台仪器、同一根标尺，每次在固定位置架设仪器，固定观测几个观测点和固定转点位置的方法。同时应尽量使前后视距相等，以减小i角误差的影响。

沉降观测时，从水准点开始，组成闭合或附合路线逐点观测。对于重要建筑物、高层建筑物，闭合差不得大于±1.0mm；对于一般建筑物，沉降观测闭合差不得大于（n 为测站数）。

4.沉降观测的成果整理

沉降观测应有专用的外业手簿，并需要将建（构）筑物施工情况详细注明，随时整理。其主要内容包括：建筑物平面图及观测点布置图，基础的长度、宽度与高度；挖槽或钻孔后发现的地质土壤及地下水情况；在施工过程中荷载增加情况；建筑物观测点周围工程施工及环境变化的情况；建筑物观测点周围笨重材料及重型设备堆放的情况；施测时所引用的水准点号码、位置、高程及其有无变动的情况；地震、暴雨日期及积水的情况；裂缝出现日期，裂缝开裂长度、深度、宽度的尺寸和位置示意图等。如中间停止施工，还应将停工日期及停工期间现场情况加以说明。

每次观测完毕后，应及时检查手簿，精度合格后，调整闭合差，推算各点的高程，与上次所测高程进行比较，计算出本次沉降量及累积沉降量，并将观测日期、荷载情况填入观测成果表中，提交委托单位。

为了预估下一次观测点沉降的大约数值和沉降过程是否渐趋稳定或已经稳定，可分别绘制时间与沉降量的关系曲线和时间与荷重的关系曲线。

时间与沉降量的关系曲线系以沉降量为纵轴，时间为横轴。根据每次观测日期和每次下沉量按比例画出各点位置，将各点连接起来，并在曲线一端注明观测点号码，便成为时间与沉降量的关系曲线图。

时间与荷载的关系曲线系以荷载的质量为纵轴，时间为横轴。根据每次观测日期和每次荷载的质量画出各点，将各点连接起来便成为时间与荷载的关系曲线图。

全部观测完成后，应汇总每次观测成果，绘制沉降-荷载-时间关系曲线图，以横轴表示时间，以年、月或天数为单位；以纵轴的上方表示荷载的增加，以纵轴的下方表示沉降量的增加，如图8-69所示。这样可以清楚地表示建筑物在施工过程中随时间及荷载的增加发生沉降的情况。

图8-69　沉降-荷载-时间关系曲线

5.沉降观测的注意事项

（1）在施工期间，沉降观测点被损毁经常发生，为此，一方面可以适当地加密沉降观测点，对重要的位置如建筑物的四角可布置双点；另一方面观测人员应经常注意观测点变动情况，如有损坏及时设置新的观测点。

（2）建筑物的沉降量应随着荷载的加大及时间的延长而增加，但有时却出现回升现象，这时需要具体分析回升现象的原因。

（3）建筑物的沉降观测是一项较长期的系统观测工作，为了保证获得资料的正确性，应尽可能地固定人员观测和整理成果，固定所用的水准仪和水准尺，按规定的日期、方法及路线，从固定的水准点出发进行观测，即所谓的“四固定”原则。