基坑及建筑物沉降監(jiān)測新方法研究

何 杰，葛利輝

(四川中水成勘院測繪工程有限責任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，基建技術(shù)不斷提高，但由于土地資源有限，為了充分發(fā)揮土地資源的作用，無論是工業(yè)還是民用建筑都逐步朝著高層方向發(fā)展。基坑及建筑物通過各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行安全判定，其監(jiān)測方法、監(jiān)測等級和監(jiān)測頻次是根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求確定的，其中最為常見的監(jiān)測方法是水準測量法沉降監(jiān)測。

1 水準測量法沉降監(jiān)測

1.1 水準測量的誤差來源及影響

1.1.1 儀器誤差

(1)i角誤差的影響。由于儀器經(jīng)i檢校后不可能使視準軸完全保持水平，因此水準尺讀數(shù)將會產(chǎn)生與距離成正比的誤差δS，其計算公式為：

δS=i″(S后-S前)/ρ″

(1)

式中，δS為i角產(chǎn)生的誤差；S后為后視距離；S前為前視距離；ρ″=206 265。

(2)ψ角誤差的影響。ψ角誤差是視準軸與水準軸的交叉角，在儀器垂直軸不嚴格垂直時，對水準尺讀數(shù)將會產(chǎn)生與距離成正比的誤差。

(3)水準尺每米長度誤差的影響。設(shè)水準尺每米間隔平均真長誤差f對高差h的改正數(shù)δf為：δf=hf。規(guī)范規(guī)定出測前與收測后水準標尺每名義米長的變化不大于30 μm，則取平均值進行改正。

(4)兩水準尺零點差的影響。受制造精度和后期使用的影響，兩水準尺的零點誤差不可能完全一致，設(shè)a水準尺零點差為Δa，b水準尺零點差為Δb，則第一站高差、第二站高差，以及兩站高差之和分別為：

h12=(a1-Δa)-(b1-Δb)=(a1-b1)-(Δa-Δb)；h23=(b2-Δb)-(a2-Δa)=(b2-a2)-(Δb-Δa)；h13=h12+h23=(a1-b1)+(b2-a2)

(5)水準標尺垂直軸與水準標尺圓水準器垂直軸不平行誤差的影響。水準標尺垂直軸與水準標尺圓水準器垂直軸不平行，則存在下述關(guān)系：

h觀=h實/cosα

(2)

式中，h觀表示觀測高差；h實表示實際高差；α表示標尺氣泡垂直軸與標尺的交角。

若h實=1 000 mm，α=1°，其觀測誤差有152.3 μm，即使α=0.5°時，其觀測誤差也有38.1 μm，由此可見水準標尺的垂直度誤差是不容忽視的。

1.1.2 外界因素引起的誤差

外界因素引起的誤差主要為：

(1)溫度變化對i角的影響。

(2)水準標尺溫度改正。一測段高差改正數(shù)?由式(3)計算：

?=∑[(t-t0)×α×h]

(3)

式中，?為溫度改正數(shù)；t為標尺溫度；t0為標尺檢定溫度；α為標尺線膨脹系數(shù)；h為往測或返測高差。

(3)儀器和水準尺垂直位移的影響。

(4)大氣垂直折光的影響。

(5)磁場對補償式自動安平水準儀的影響。

1.1.3 觀測誤差

觀測誤差主要有：水準器氣泡居中的誤差、照準水準標尺上分劃的誤差和讀數(shù)誤差。

1.2 控制水準測量誤差影響的方法

根據(jù)上述分析可知，要有效地控制測量誤差影響，除了對儀器設(shè)備精密檢校外，還應(yīng)按照下列要求觀測：

(1)觀測前30 min將儀器置于露天陰涼處，使其與外界氣溫趨于一致，儀器觀測和遷站時應(yīng)有測傘遮蔽陽光。

(2)應(yīng)在前后視距較差和累計前后視距較差符合相應(yīng)等級規(guī)范要求的位置，嚴格放置平儀器進行觀測。

(3)同一站觀測不得兩次調(diào)焦，轉(zhuǎn)動儀器的傾斜螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)為旋進。

(4)相鄰兩測站觀測：往測奇數(shù)站按“后前前后”、偶數(shù)站按“前后后前”，返測觀測順序與往測相反，每一測段應(yīng)進行往返測，且測站應(yīng)為偶數(shù)，往測轉(zhuǎn)返測時應(yīng)互換兩水準尺的位置。

(5)在連續(xù)各站安置儀器時，應(yīng)使兩腳螺旋與水準路線方向平行，第三腳螺旋交替置于路線方向的左右側(cè)。

(6)一個測段的往返側(cè)應(yīng)在不同的氣象條件下進行，如分別在上午和下午觀測。

(7)在水準測量的觀測工作間歇時，最好能結(jié)束在水準點上，否則應(yīng)選兩個穩(wěn)定、光滑突出、便于放置水準尺的固定點作為間歇點加以標記。間歇后檢測高差符合規(guī)范要求，就可以從間歇點起測；如只選一點作間歇點，間歇后應(yīng)仔細檢視確認未發(fā)生位移，方可從間歇點起測。

1.3 基坑及建筑物沉降監(jiān)測新方法

按規(guī)范要求，基坑及建筑物沉降監(jiān)測點的密度大、點間高差小、監(jiān)測頻次高，由于測繪行業(yè)競爭異常激烈，項目中標價款低，可材料和人工成本在不斷地升高，那么企業(yè)要獲得效益，只能從滿足規(guī)范的要求下，設(shè)法提高監(jiān)測工作效率。本文介紹了一種不僅滿足規(guī)范要求，還能提高監(jiān)測精度和工作效率的監(jiān)測方法。

基坑及建筑物沉降監(jiān)測新方法：鑒于基坑及建筑物沉降監(jiān)測點的密度大、點間高差小的特點，根據(jù)監(jiān)測點的實際分布情況，對于一站能夠測定的采用一站方式上點法觀測，其余情況則采用任意站(奇數(shù)站或偶數(shù)站)上點法進行觀測，而在起始和閉合點或附合點均加測一站，這樣就能夠采用數(shù)據(jù)處理的方法，使得各監(jiān)測點相對于起閉點的高差滿足規(guī)范規(guī)定的偶數(shù)站高差之和的要求。具體作業(yè)方法：第一站在起始點上按水準測量的要求測定兩根水準尺的零點差，接著進行其它監(jiān)測點的水準測量，當前視標尺上閉合點或附合點測量完成后，再進行最后一站的測量，按水準測量的要求測定兩根水準尺的零點差，高差計算時，雙站高差是以第一根水準尺為起始站的高差，單站高差則是以第二根水準尺為起始站的高差，由此可見采用新方法測得的高差既滿足規(guī)范的要求，又提高了監(jiān)測效率，并且因測站減少使得監(jiān)測點的測量精度更高。

2 案例分析

2.1 某監(jiān)測工程單期監(jiān)測成果

某水電站大壩壩后橋沉降監(jiān)測點分布見圖1。沉降監(jiān)測按照《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8-2016)要求的二等水準常規(guī)方法進行，測站高差中誤差按0.5 mm計算，各測段高差中誤差和監(jiān)測點高程中誤差見表1，按新方法進行的觀測成果及平差成果見表2和表3。

圖1 壩后橋沉降監(jiān)測點分布

表1 常規(guī)二等水準監(jiān)測成果

表2 奇數(shù)站監(jiān)測點的平差成果

表3 偶數(shù)站監(jiān)測點的平差成果

2.2 觀測工作量比較

從2.1節(jié)觀測成果可知，常規(guī)觀測方法的觀測站數(shù)為16站，新方法的觀測站數(shù)為11站，觀測站數(shù)比較見表4。

從表4中合計可知，新方法與常規(guī)方法相比，觀測效率提高了31%。一般情況下，新方法的觀測站數(shù)=常規(guī)觀測法站數(shù)/2+2，設(shè)常規(guī)觀測站數(shù)為100站，則新方法觀測站數(shù)為52站，由此可見新方法可少觀測48站。

表4 觀測工作量比較

2.3 成果精度比較

本項目監(jiān)測點平差成果及精度比較見表5。從表5可知，新方法與常規(guī)方法相比，最弱點LN4精度提高約23%。

表5 監(jiān)測點平差成果及精度比較

3 結(jié) 論

本文通過對水準測量誤差來源和誤差控制觀測方法的分析，結(jié)合基坑及建筑物沉降監(jiān)測的特點，提出了一種新的水準測量沉降監(jiān)測法，并通過案例對常規(guī)沉降監(jiān)測法和新沉降監(jiān)測法進行分析比較，得出以下結(jié)論：

(1)新沉降監(jiān)測法符合規(guī)范要求；

(2)新沉降監(jiān)測法能夠大幅度提高工作效率；

(3)新沉降監(jiān)測法能夠大幅度提高最弱監(jiān)測點的精度。