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  摘 要 通过建(构)筑物沉降观测的实践经验,总结了一般沉降观测的测量方法和技术规定。重点剖析了沉降观测误论文网差来源及测量精度选择,并提出了一整套提高测量精度的测量方法。
  关键词 沉降观测 测量精度 误差分析
  Abstract Based on the practice experience, the generic construction subsidence survey method and technique regulation have been summarized. The source of survey data errors and the choice of survey precision have been analyzed specially. At last, one kind of survey method which can improve survey practice has been advanced.
  Key words subsidence survey; survey practice; errors analysis.
  根据现行规范规定,高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等必须由具有相应资质的测绘单位进行沉降观测并提供可靠的测量资料和相应的沉降参数。这样,在工程施工过程中可以有效地加强安全监控,合理指导施工并及时反馈建筑物主体结构信息,保证建构筑的质量安全,避免施工过程中因出现不均匀沉降造成建筑物主体结构的破坏或使用功能的丧失而造成经济损失。
  1 沉降观测的一般规定
  沉降观测属于高精度工程测量,为了精确地反映出建构筑物在不断加载作用下的沉降指标参数,在具体实测过程中必须使用精密水准仪和沉降观测专用铟合金水准尺,由能熟练掌握仪器操作规程和测量理论的专业人员进行外野操作及数据收集。水准控制点(即,沉降观测基准点)和观测点(即,建构筑物监测点)布设严格按照《建筑变形测量规范(JGJ/T8-97)》和《工程测量规范(GB50026-93)》要求设置,仪器检校和线路观测按照相应精度等级的测量程序操作。
  实际操作过程中,在满足测量规范要求的情况下,可根据建筑物的特性及建设单位和设计单位要求灵活地选择观测精度等级,对于一般性建构筑物采用二等或者三等水准观测方法可满足工程施工和竣工验收要求。沉降观测成果的各项技术指标需参照如下规定:①往返较差、附和或环线闭合差: △h =∑a-∑b≤1.0√n,其中n表示测站数,(或△h=∑a-∑b≤1.0√L,其中L表示观测路线距离);②前后视距:△S≤30 m;③前后视距差:△S≤1.0m;④前后视距累积差△S≤3.0m;⑤沉降观测点相对于后视点的高差容差:△δ≤1.0 mm;⑥水准仪的精度不低于N2级别;⑦沉降观测成果整理及计算所采用的原始数据要真实可靠,记录计算要符合测量规范要求。
  2 观测成果及计算方法
  根据工程的要求布置观测点及观测路线图,对观测网采用二等水准测量进行观测,观测时严格按照要求进行,并及时对观测成果进行记录和检查。
  观测原始记录整理检查无误后,进行平差计算,求出各次每个监测点的高程值,根据监测点高程值计算出监测点沉降量S、基础倾斜α、基础相对弯曲Q等各项监测物沉降观测技术指标参数,并汇总资料(如图1)。
  (1)监测点高程计算值HH= Ho+∑h(1)式中:Ho—沉降观测基准点的高程值(m);∑h—沉降点的累计平差高差值(m)。
  (2)监测点沉降量SS= Hi-Hj(2)式中:Hi—沉降点本周期的高程计算值(m);Hj—沉降点上周期的高程计算值(m)。
  3 误差来源及数据分析
  为了有效地保证测量精度,控制测量误差,在客观上减少观测误差的不定性,保证各次观测数据具有具有统一的趋向性和可比性,使得观测成果更真实,按照测量规范要求,沉降观测自始至终遵循“五定”原则:①沉降观测依据的基准点、工作基点和监测物上的沉降观测点,点位要稳定;②所使用仪器、设备要稳定;③观测人员要稳定;④观测环境条件要基本一致;⑤观测路线、镜位、程序和方法要固定。
  尽管规范对沉降观测规定了更为严格的操作要求,但是由于测量数据自身的特殊性,其测量误差无法消除。在沉降观测数据成果中可以清楚地看到,沉降量与时间或者载荷关系曲线不是简单的单边下行光滑曲线,而是呈现出上下起伏状(按照《建筑变形测量规范(JGJ/T8-97)》的解释,这是由土壤在载荷下沉降和反弹的不统一性造成的),需要进行修正(若回升超过5 mm时,可能是上次观测精过低,数据作废,沉降量重新计算;若回升在5 mm内,则本次沉降量按照零值计算)。
  从大量的沉降观测实践来看,一般情况下,单次沉降量约在2~3 mm之间;对于地基土层较好的地区,单次沉降量大概在1~2 mm之间;对于地基土层松软、池塘河道填充的地区或者长时间降雨过后,单次沉降量约在3~5mm之间,甚至会达到6~8 mm之间。总得来说,沉降观测所得单次沉降量很小,尤其当监测物趋于稳定时,其沉降量更小;由此可以看出,在沉降观测成果中监测物自身的沉降数据值是很少的;而观测误差、测量粗差以及由于人为修正所引起的错误等,在成果数据中占有相当的比率。
  众所周知,在沉降观测外野数据采集过程中,由于人为一个微小的疏忽,或者外界环境引起脚架、水准尺轻微的抖动都会引起观测数据3~4 mm变化,而且水准测量数据是线性累计计算模式,一个粗差或者较大的误差将会带动整个水准线路数据结果的变动。在水准测量中人为的疏忽和外界环境的变化都是不可避免的因素,有效地减少这些外在因素在成果数据中的比率,可以有效地提高沉降观测成果的可靠性。
  4   误差分析及改进途径
  由于测量工作自身的特点,测量结果中存在的误差只能尽可能的限制或者减少而不可能避免。从水准测量高程计算公式(H=Ho+∑h)和监测点沉降量计算公式(S = Hi-Hj)可知,沉降监测成果中的误差成线性累计的变化特征。
  根据和差函数测量误差传播定律和水准测量中误差知识,
  (1)沉降监测点i的测量中误差为:Mi2= Mo2+M12+M22+…+Mi-12 (3)
  (2)沉降监测点i和监测点j间沉降量测量中误差为:MSij2= Mi2+Mj2(4)
  在实际操作过程中,“五定”原则和监测点沉降量计算公式可以有效地消除系统误差、大部分偶然误差和粗差,但是无法消除所有误差,未消除的误差将按照公式(3)和公式(4)影响成果资料的精确度。
  由水准测量的性质可知,沉降监测点最大点位中误差在线路的中点处,可以根据仪器设备、人员工时和监测物施工精度要求,由测量精度计算出最大水准测量线路,根据实际情况在监测物周边均匀地布设2~4水准控制点进行附合水准测量,缩短水准测量线路减少测量误差累计。这样可以间接地提高测量精度消除工程安全隐患,且又不造成资金和人员工时的浪费。
  5 结束语
  现行规范对施工过程中沉降观测精度要求不明确,在具体操作时建(构)筑物沉降观测精度随意性较大,观测精度选择过高并不能有效地提高最终成果的真实性,造成资金和人员工时的浪费;相反,观测精度选择过低则测量成果不能可靠地指导施工,提高了施工风险带来工程安全隐患。在实际沉降监测中,应根据需要选择合适的基准点数量,并采取合理的监测方法和数据处理方法可以有效地提高测量精度,又不会造成资金工时浪费。

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