淺析提高沉降監測質量的方式

李德獎

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，山東濟南　250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

淺析提高沉降監測質量的方式

李德獎

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院，山東濟南250001)

Appropriate to Improve the Quality of the Settlement Observation

LI Dejiang

摘要探討沉降監測過程中的各種影響因素，并分析水準儀i角引起的誤差、扶尺不直引起的誤差及觀測路線選擇三種要因造成的影響，提出提高建筑物沉降監測精度的改進方法。

關鍵詞沉降監測中間點測量i角改正尺撐輔助觀測路線

沉降監測工作貫穿于工程施工、竣工驗收及驗收后穩定性評價過程中，具有安全預報、科學評價及施工質量檢驗三方面的功能，需要高精度的沉降測量手段，盡可能準確地反映被測物體的實際情況。列舉沉降觀測過程中常見的各種影響因素，著重分析水準儀i角變化誤差、立尺傾角等帶來的影響，以一、二等水準測量原則和注意事項為基礎，保留常規建筑物沉降觀測有利的一面，克服其不足的一面，提出對常規觀測方法的部分改進建議，并通過實例證明改進方法的有效性。

1水準觀測過程中影響觀測質量的因素

1.1　儀器設備因素

沉降監測對象一般變形值較小，要求測量精度等級較高，普通的水準儀難以反映出建(構)筑物的變形過程。為此要求沉降觀測應使用精密水準儀及受環境及溫差變化影響小的高精度銦鋼合金水準尺。在觀測方案設計階段，應該按照“建筑物變形測量規范”中的規定，按精度要求配備相應的儀器設備。此外，電子水準儀觀測過程中的成像清晰度、儀器i角變化、水準尺豎直度等都會對測量產生影響。

1.2　人員素質因素

不同的觀測者，由于技術能力、經驗及身體狀態存在差異，即使同一觀測者由于身體狀況和精神狀態的不同，都會對觀測結果產生影響。不同的觀測者對于同一項目會有不同的觀測路線及觀測方法，在觀測過程中出現的問題也會做出不同的判斷及不同的處理方式 ，若想做到按時、快速、精確地完成每次觀測任務，觀測人員的素質至關重要。

1.3　觀測時間因素

固定觀測周期是獲得完整、規律觀測資料的前提，觀測時間的選擇同樣是影響觀測質量的重要因素，氣溫、強光會對儀器產生影響，觀測時段不同觀測結果會有差異，故每次觀測特別是水準點、工作基點的復測工作應盡量固定在同一時間段。

1.4　水準點及觀測點因素

水準點、工作基點是監測的基礎，如果基準點發生沉降而又沒有及時發現，會造成觀測點數據的錯誤，或者點位被破壞，導致觀測路線觀測方式發生改變，都會影響觀測質量。因此，一定要確保點位的穩定，做好保護工作，避免點位遭到破壞。而觀測點在保證穩固的前提下，還要對觀測標識的材料、 做工等把好關，避免因為觀測標識自身原因導致的數據變化。

1.5　環境影響因素

日照、溫度會影響水準儀的i角發生變化，大氣折光會影響讀數精度，故在實際觀測過程中要求將儀器提前至少半小時安置在現場，以使水準儀內部件與現場溫度達到一致，降低i角因溫度而突然變化的可能，且不得在日出后日落前半小時內及太陽中天前后觀測，每次觀測應在標尺分劃線成像清晰和穩定的條件下進行。晴天觀測時，要用測傘為儀器遮蔽陽光，當需削減時間性水平折光影響時，應按不同時間段觀測。

2主要因素針對性分析

在按照“五定”原則(固定觀測人員和整理成果、固定儀器設備、使用固定的水準點、固定周期方法及觀測路線、固定觀測環境)工作的前提下，針對測量過程中出現頻率多、影響大的三個主要因素進行分析。

2.1　水準儀i角的影響

水準儀i角對測站的影響如圖1所示，如果水準儀i角為零，前后尺視距無論相差多大獲得的高差是一樣的。當前后視距不等時，由i角引起的誤差便顯現出來，視距相差越大，誤差越大。如果觀測過程中無法避免存在視距不等情況時，每期按照相同的觀測路線觀測方法測得的數據則會因為i角的變化而產生不規則誤差變化，嚴重影響成果質量。

圖1　i角對水準測站的影響

2.2　水準尺傾斜影響

實際觀測中，扶尺者對水準尺豎立的理想狀態是絕對垂直于水準儀視準軸，但在實際作業中，讓水準尺達到理想狀態是不可能的，水準尺前傾或后傾都會使水準儀讀數偏大，水準尺傾斜誤差的影響見圖2。

圖2　水準尺傾斜誤差的影響

圖2所示為放大了傾角的示意圖，設若水準尺傾斜角度為δ,a′為在此傾角下的數值，真值a=a′cosδ，差值Δa=a′-a=a′(1-cosδ)，可見Δa的大小既與尺子傾角δ有關，也與尺子讀數a′有關，假設a′=2 m ，當尺子傾角約1°50′左右，就可以造成1 mm的讀數誤差，對于精密測量來說影響較大。

2.3　觀測方法的選擇

在沉降觀測中，不要求所有的沉降測點必須作為轉點位于水準閉合環線上，有些觀測點由于場地限制或通視條件差等原因可以采用中間點測量方式獲取數據，這種方式測量存在的弊端就是水準環線閉合差不能反映所有觀測點的觀測誤差，可能會出現閉合差不超限、但是不在閉合環線上的觀測點的觀測誤差卻很大、甚至還可能存在粗差的情況，中間點的測量數據存在粗差時得不到檢核。

3提高監測質量的改進方式

3.1　水準儀i角改正

在實際作業中，要求前后視距相等甚至累積視距相等是較難實現的，故不能消除由于i角變化帶來的誤差影響。如圖1所示，設若儀器由i角影響下測得的a，b兩點間高差為

實際高差

ho=(ai-Sa·tani)-(bi-Sb·tani)=

注意i角包含正負號，Δ為觀測高差改正值。

對于高精度沉降觀測每次觀測前檢測儀器i角，根據以上公式通過后期數據處理消除由i角帶來的誤差影響，使成果更接近于實際值。

3.2　尺撐輔助

在觀測前進行必要的檢測校正以保證水準尺質量合格，在觀測過程中，需使水準尺上圓氣泡始終處于居中位置，用兩個測桿左右兩側支撐水準尺，并與扶尺者三方做好穩定，每次觀測盡量選擇同樣標準扶尺。

3.3　選取最優觀測方法

針對不在水準閉合環線上的觀測點會存在粗差的情況，改進方法是在建網時，選擇路線使盡量多的觀測點位于測站上，每一個測站可以觀測多個觀測點，前后視距不能滿足時采用i角改正措施，后期處理該測點的觀測值，將觀測位置、觀測路線繪制成圖，在后續的觀測過程中嚴格按照此次觀測方式、觀測路線進行觀測。

4應用實例

在濟南鐵路局青島普集路職工住宅樓沉降監測工程中對24號樓采用兩種測量方式進行比對。實施中布設兩條觀測環線，一種是常規方式觀測路線，部分觀測點設為水準轉點，其它中間點測量方式一站觀測多個點，各期均采用相同觀測人員、路線、儀器、水準尺測量；另一條采用改進方式，大部分觀測點作為水準轉點傳遞高程，并分配閉合差，每期觀測前檢測i角，個別中間點測量視距不等時數據處理加入i角改正，立尺采用尺撐輔助。圖3，圖4為兩種測量方式獲得數據生成的曲線。

圖3　常規測量方式時間-沉降量曲線

圖4　改進測量方式時間-沉降量曲線

從2013年6月5日至2014年8月10日的21期觀測數據中發現，兩種方法觀測的閉合差相差不大，但每期的沉降量相差較大，常規方式測得的數據出現不均勻情況，同期各點沉降量也出現較大差異，而改進方式測得的數據同期各點沉降均勻，沉降曲線平滑下降。經分析得知，24號樓常規方式測量1號、3號、5號點觀測值存在較大粗差，改進方法后的觀測數據更符合實際沉降趨勢，獲得的觀測數據質量更高。

5結論

在常規沉降監測方式的基礎上，按照精密水準測量技術要求的原則，結合實際，對影響沉降監測質量的各種因素進行分析，并針對主要因素提出一些提高沉降監測質量的改進方法，通過實例驗證其有效性，對于變形量較小的高等級沉降觀測具有較高的實用價值。

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中圖分類號：TU433

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0008-03

作者簡介：李德獎(1981— )，男，2005年畢業于山東理工大學測繪工程專業，工程師。

收稿日期：2015-02-09