建筑物沉降觀測(cè)精度控制的策略分析

張 健 （安徽建工檢測(cè)科技集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230031）

0 引言

建筑物沉降觀測(cè)是對(duì)建筑物或土地沉降行為進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估的過程，對(duì)于確保建筑物結(jié)構(gòu)的安全性至關(guān)重要。建筑物的沉降可能由多種因素引起，包括地下水位變化、土壤壓縮、地下開采活動(dòng)等。因此，精確的沉降觀測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估建筑物的變形情況并提供重要的參考信息，以便采取適當(dāng)?shù)木S護(hù)和修復(fù)措施，確保建筑物的長(zhǎng)期穩(wěn)定。然而，建筑物沉降觀測(cè)的精度控制是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，觀測(cè)精度的不足可能導(dǎo)致對(duì)建筑物變形的誤判，進(jìn)而影響安全評(píng)估和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，在建筑物沉降觀測(cè)過程中，制定有效的精度控制策略是至關(guān)重要的。

1 沉降觀測(cè)方法

在外力、固定荷載及不定荷載的作用下引起的建筑物的豎直方向的位移稱為沉降。沉降量過大會(huì)危及到建筑物的使用安全性，不均勻沉降過大更會(huì)導(dǎo)致建筑物發(fā)生傾斜甚至倒塌。因此對(duì)建筑物的沉降進(jìn)行觀測(cè)是至關(guān)重要的。對(duì)建筑物進(jìn)行階段性的沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解其沉降情況，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析及預(yù)測(cè)，有助于保障建筑物的穩(wěn)定性及安全性。

在建筑物沉降觀測(cè)中，選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法對(duì)于獲得準(zhǔn)確可靠的結(jié)果至關(guān)重要。沉降觀測(cè)方法一般有水準(zhǔn)測(cè)量方法、靜力水準(zhǔn)測(cè)量方法、三角高程測(cè)量方法、激光測(cè)量方法等。水準(zhǔn)測(cè)量法以操作簡(jiǎn)單、精度高、速度快被廣泛使用，它基于地球重力場(chǎng)的原理，通過測(cè)量水平線的高差來確定建筑物的沉降情況。水準(zhǔn)儀測(cè)量精度高，可以實(shí)現(xiàn)較小的觀測(cè)誤差，在較小范圍內(nèi)或觀測(cè)點(diǎn)高差較大的情況下，水準(zhǔn)測(cè)量是一種可靠的選擇。

2 測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)

測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性對(duì)于建筑物沉降觀測(cè)的精度至關(guān)重要。準(zhǔn)確的測(cè)量設(shè)備可以提供可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，確保對(duì)建筑物沉降行為的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和評(píng)估。因此，進(jìn)行測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)是保證建筑物沉降觀測(cè)精度的重要步驟。測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)是指通過與已知準(zhǔn)確值進(jìn)行比對(duì)，檢驗(yàn)和調(diào)整測(cè)量設(shè)備的測(cè)量誤差，以確保其準(zhǔn)確性和可靠性。由于測(cè)量設(shè)備在使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)漂移、磨損、溫度影響等因素，因此定期進(jìn)行校準(zhǔn)非常必要。只有準(zhǔn)確的測(cè)量設(shè)備才能提供可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而確保建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。常見的測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)方法如下所示。

①儀器校準(zhǔn)是通過與標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行比對(duì)，檢驗(yàn)和調(diào)整測(cè)量設(shè)備的測(cè)量誤差。這種方法可以發(fā)現(xiàn)并修正設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差和漂移現(xiàn)象。例如，使用已知準(zhǔn)確值的校準(zhǔn)板對(duì)測(cè)距儀進(jìn)行校準(zhǔn)，或使用標(biāo)準(zhǔn)角度器校準(zhǔn)角度測(cè)量?jī)x。

②定標(biāo)是指通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品或標(biāo)定物來確定測(cè)量設(shè)備的測(cè)量特性。例如，對(duì)全站儀進(jìn)行角度定標(biāo)，使用已知角度值的標(biāo)定物來校準(zhǔn)全站儀的角度測(cè)量準(zhǔn)確性。對(duì)電子水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)校核，確保視線水平。總之測(cè)量?jī)x器使用前要有專業(yè)機(jī)構(gòu)的合格證書和校核證書，儀器本身要有儀器編號(hào)和型號(hào)。

③檢驗(yàn)是指通過對(duì)測(cè)量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和驗(yàn)證，以評(píng)估其準(zhǔn)確性。可以使用已知準(zhǔn)確值的基準(zhǔn)點(diǎn)或參考物來驗(yàn)證測(cè)量設(shè)備的測(cè)量結(jié)果。例如，使用已知高程的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，水準(zhǔn)儀測(cè)高層建筑物，做好閉合環(huán)線，控制誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析是確保建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果精確性的關(guān)鍵步驟。通過對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地處理和分析，可以消除誤差并保證建筑安全性，提高觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)收集是指在建筑物沉降觀測(cè)過程中獲取原始觀測(cè)數(shù)據(jù)的過程，這包括從水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測(cè)量、全站儀測(cè)量、GPS測(cè)量等設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。在數(shù)據(jù)收集過程中，需要注意保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，避免數(shù)據(jù)采集誤差和遺漏。數(shù)據(jù)校正是對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和校準(zhǔn)，以消除系統(tǒng)誤差和儀器漂移等因素的影響，校正可以包括大氣校正、儀器校準(zhǔn)、溫度校正等，例如，在全站儀測(cè)量中，需要對(duì)觀測(cè)角度進(jìn)行大氣校正和儀器校準(zhǔn)，以提高角度測(cè)量的準(zhǔn)確性。異常值檢測(cè)是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)中的異常值進(jìn)行識(shí)別和處理的過程，異常值可能由于測(cè)量誤差、環(huán)境干擾或設(shè)備故障等原因引起，對(duì)觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生不良影響，通過統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)模型，可以識(shí)別和排除異常值，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)模型擬合是通過數(shù)學(xué)模型對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和分析的過程，建立合適的數(shù)學(xué)模型可以更好地描述建筑物沉降的變形特征，并從觀測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的信息，常用的數(shù)據(jù)模型包括線性回歸模型、非線性模型等。通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型擬合，可以獲得建筑物沉降的趨勢(shì)、速率和幅度等關(guān)鍵參數(shù)。

通過有效的數(shù)據(jù)處理與分析，可以提高建筑物沉降觀測(cè)的精度和可靠性。這些步驟有助于消除觀測(cè)誤差和噪聲，準(zhǔn)確地評(píng)估建筑物的沉降情況，并提供可靠的數(shù)據(jù)支持，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和維護(hù)提供重要的參考依據(jù)。

4 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證

4.1 建立質(zhì)量控制流程

建立質(zhì)量控制流程是確保建筑物沉降觀測(cè)質(zhì)量的關(guān)鍵步驟，質(zhì)量控制流程應(yīng)包括觀測(cè)前、觀測(cè)中和觀測(cè)后的各項(xiàng)控制措施。在觀測(cè)前，應(yīng)制定觀測(cè)計(jì)劃、明確觀測(cè)目標(biāo)和要求并做好觀測(cè)設(shè)備和儀器的準(zhǔn)備工作；在觀測(cè)中，應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制，包括設(shè)備校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)收集和記錄等，以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；在觀測(cè)后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證和分析，確保觀測(cè)結(jié)果的可信度和可靠性。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制在建筑物沉降觀測(cè)中起著關(guān)鍵作用，它涉及到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和觀測(cè)操作的全面控制和監(jiān)督，以確保觀測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制還要避免觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾和誤操作。建筑物沉降觀測(cè)通常需要在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中進(jìn)行，如高樓、繁忙的城市區(qū)域或振動(dòng)源附近等。在選擇觀測(cè)點(diǎn)和布置觀測(cè)設(shè)備時(shí)，需要充分考慮周圍環(huán)境的影響，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，如隔離振動(dòng)源、控制周圍施工活動(dòng)等。另外，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制還包括對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，就要進(jìn)行復(fù)核或者重測(cè)對(duì)比，以確保觀測(cè)結(jié)果的可靠性。

4.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量驗(yàn)證

數(shù)據(jù)質(zhì)量驗(yàn)證是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估和驗(yàn)證，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。這可以通過與已知準(zhǔn)確值進(jìn)行對(duì)比、重復(fù)觀測(cè)和數(shù)據(jù)分析等方法來實(shí)現(xiàn)。

4.4 質(zhì)量保證

質(zhì)量保證是指在整個(gè)建筑物沉降觀測(cè)過程中確保質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求的實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量保證在建筑物沉降觀測(cè)中扮演著重要角色，它旨在確保整個(gè)觀測(cè)過程中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求得到有效實(shí)現(xiàn)。質(zhì)量保證確保觀測(cè)設(shè)備和儀器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這包括確保觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的校準(zhǔn)和標(biāo)定以及定期檢驗(yàn)和維護(hù)設(shè)備的性能，通過使用準(zhǔn)確、穩(wěn)定的設(shè)備，可以降低觀測(cè)誤差，提高觀測(cè)結(jié)果的可靠性。

標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程規(guī)定了觀測(cè)操作的步驟和要求，確保操作人員按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀測(cè)，減少人為誤差的產(chǎn)生。并且觀測(cè)期間盡量用統(tǒng)一的觀測(cè)小組。

通過建立質(zhì)量控制流程、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)質(zhì)量驗(yàn)證、實(shí)施質(zhì)量保證措施，可以確保建筑物沉降觀測(cè)的可信度和可靠性。這些措施有助于減少誤差和不確定性，提高觀測(cè)結(jié)果的精度和可靠性，并為工程決策和結(jié)構(gòu)評(píng)估提供可靠的依據(jù)。筑后采用后植筋法安裝，測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)圖

③觀測(cè)周期

該高層建筑物施工期間每三層觀測(cè)一次，至封頂共計(jì)觀測(cè)9 次，封頂后每三個(gè)月觀測(cè)一次，封頂后共計(jì)觀測(cè)8 次，總計(jì)觀測(cè)17次。

④數(shù)據(jù)處理與分析

在該建筑觀測(cè)期間，對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)總計(jì)進(jìn)行10 次復(fù)測(cè)，三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的高差變化均小于0．50mm，基準(zhǔn)點(diǎn)較穩(wěn)定。在每次觀測(cè)結(jié)束后，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，得到相應(yīng)沉降量及沉降變化速率，并分析其變化趨勢(shì)。

5 高層建筑沉降觀測(cè)實(shí)例

5.1 工程概況

濱湖中海玖悅商業(yè)區(qū)寫字樓建筑面積39656．29 m2，高度98．4m，層數(shù)為23層，結(jié)構(gòu)類型為框筒結(jié)構(gòu)。現(xiàn)對(duì)該高層建筑進(jìn)行沉降觀測(cè)，按《建筑變形測(cè)量規(guī)程》（JGJ 8-2016）二等水準(zhǔn)精度要求，所使用的儀器及限差如表1所示。

表1 數(shù)字水準(zhǔn)儀觀測(cè)限差 （單位：mm）

5.2 觀測(cè)方案

①基準(zhǔn)點(diǎn)確定

在觀測(cè)開始之前，在遠(yuǎn)離該建筑物施工現(xiàn)場(chǎng)約100～120m 的堅(jiān)實(shí)路面上使用Φ20 螺紋鋼布設(shè)三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，記為BM1、BM2、BM3，并假定BM1 高程為10．00000m。并在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)高程進(jìn)行定期復(fù)測(cè)以確保其穩(wěn)定性。3 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)與下面布設(shè)的6 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)構(gòu)成閉合水準(zhǔn)線路并形成基準(zhǔn)網(wǎng)。

②沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)規(guī)范要求，在該高層建筑主體的四角及較長(zhǎng)邊兩點(diǎn)中間的地方布設(shè)6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別記為C1-1、C1-2、……、C1-6。觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)于高出±0．000m 約400～500mm 的區(qū)域，并在底層墻柱澆

5.3 結(jié)果分析與討論

在整個(gè)沉降觀測(cè)期間，觀測(cè)點(diǎn)的相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)如表2 所示（考慮到篇幅限制，僅展示GJ1、GJ2 具體數(shù)據(jù)）。各測(cè)點(diǎn)沉降觀測(cè)曲線如圖2所示。

表2 測(cè)點(diǎn)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

圖2 沉降觀測(cè)點(diǎn)位移-時(shí)間曲線

根據(jù)表2 中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可以得到：在整個(gè)觀測(cè)周期內(nèi)，建筑物最大沉降量為12．41 mm（C1-6），最小沉降量為11．87 mm（C1-2），相鄰兩點(diǎn)間最大差異沉降量為0．50 mm；沉降觀測(cè)速率隨著時(shí)間的推移逐漸減小，最終趨于0；建筑物沉降總量在安全范圍內(nèi)，且無(wú)不均勻沉降。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在建筑物沉降觀測(cè)中，保證觀測(cè)結(jié)果的精度和可靠性至關(guān)重要。本文通過探討建筑物沉降觀測(cè)精度控制的策略，包括選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法、測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)處理與分析以及質(zhì)量控制與保證的重要性，提出了一系列有效措施來確保觀測(cè)結(jié)果的精確性和可靠性。通過選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法、進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理與分析以及實(shí)施質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，可以確保建筑物沉降觀測(cè)結(jié)果的精確性和可靠性，為工程決策和結(jié)構(gòu)評(píng)估提供可靠的依據(jù)，從而保障建筑物的安全和可持續(xù)發(fā)展。