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1、建筑工程测量-第四章建筑物沉降观测与完工测量第四章建筑物沉降观测与完工测量学习目的:采用水准仪，以一个详细的建筑物的沉降观测为工作任务，使学生把握把握建筑物沉降观测的方案确定、组织与施行、数据处理等的能力，使学生了解建筑物倾斜观测的内容。小知识随着工业与民用建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物日益增加，工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建构筑物的正常使用寿命和建构筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建构筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。十分在高层建筑物施工经过中，应用
2、沉降观测加强经过监控，指导合理的施工工序，预防在施工经过中出现不均匀沉降，及时反应信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体构造的毁坏或产生影响构造使用功能的裂缝，造成宏大的经济损失。第一节沉降观测为了检查工程设计、施工、安全能否符合预期要求以及对邻近建筑物的影响，对大型工业与民用建筑物、构筑物、建筑场地、地基基础等需要进行变形观测。变形观测的主要工作有沉降观测、倾斜观测和裂缝观测。其中沉降观测最为常见。测定建筑物上固定观测点的高程随时间而变化的工作叫沉降观测。沉降观测时，在能表示沉降特征的部位设置沉降观测点，在沉降影响范围之外埋设水准基意大利比莎斜塔：八层，高5
3、5m，16层为大理石砌，78为青砖石砌，内径7.65m，呈圆环形。1173年1371年完工，经过198年建到四层倾斜，停工94年。复建到第七层又停工83年，再建时第八层明显有转折。经测量：塔北侧沉降为量为90cm，塔南侧沉降为量为270cm，向南倾5.5塔顶离开竖向中心线为5m,倾斜值为0.093。原因：1.地基粉砂土，施工不慎，粉砂外挤，偏心荷载南侧压力大，造成倾斜。2.塔基地压力大，超过地基承受力，下沉。3.比萨平原深层抽水，使水位下降相当于大面积加载。点，利用水准基点定期测量沉降观测点高程，进而在各个沉降观测点高程的变化中了解建筑物的上升或下降的情况。一、高层建筑物沉降的原因高层建筑发生
4、沉降的原因是非常复杂的，由基础沉降计算公式可知，高层建筑地基沉降量与地基的压缩模量、地基压缩层厚度H以及附加应力有关，当它们相差太悬殊时，就会导致建筑地基产生不均匀沉降。总的来讲，引起高层建筑物沉降的原因是多方面的，详细有下面几点。1地基土本身的不均匀性；2地基处理方法选取不当；3施工中出现的原因；4建成使用后的意外原因；二、沉降观测的基本要求1.仪器设备的要求根据沉降观测精度要求高的特点，为能准确地反映出建构筑物在不断加荷作用下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10-1/20,而且应准确到毫米级。为此要求沉降观测应使用精细仪器。通常采用精细水准方法来测定沉降变化值，可以用电子水
5、准仪、液体静力水准仪等来进行测量。一般沉降观测应使用精细水准仪S1或S05级，水准尺也应使用受环境及温差变形影响小的高精度铟合金水准尺。在不具备铟合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一标尺。2.对观测精度的要求根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在没有十分要求的情况下，左一般性的高层建构筑物施工经过中，采用二等水准测量的观测方法就能知足沉降观测的要求。各项观测指标要求如下：1往返较差、附和或环线闭合差：ha-b1.0，n表示测站数；2前后视距30m；3前后视距差1.0m；4前后视距累积差3.0m；5沉降观测点相对于后视点的高差容差：1.0mm。3.观测时间的要求
6、1在施工阶段应从基础垫层完成后或底板浇筑前开场观测，详细根据地基及加荷情况来确定观测次数和时间间隔。从基础施工到构造工程封顶的经过中，应美施工一层观测一次；冲封顶到满荷载的经过中，可3015天观测一次；从满荷载至沉降速度变化趋于稳定，可31个月观测一次；自沉降速度稳定至基本停止沉降，可半年或一年观测一次。2在使用阶段中，应根据地基土类型和沉降速度大小来确定观测周期，一般可在第一年观测3-4次，第二年2-3次，第三年后每年1次，直至稳定为止。3对于高层建筑不同的沉降速度，其观测周期是不同的，当其沉降速度大于0.3mm/天时，应每半个月观测一次；沉降速度在3.01.0mm/天时，应每月一次；沉降速
7、度在1.002.0mm/05.0mm/天时，应每三个月一次；沉降速度在05.0天时，应每半年一次；沉降速度在02.0mm/天时，应每年一次；当沉降速.001度在小于0.01mm/天时，能够停止观测。4当在施工中途停工时间较长时，我们应在停工期每隔32个月观测1次。当基础周围大量积水及长时间连续降雨时，基础附近地面荷载忽然增加或周围大量挖方又或有地下管道施工以及地下铁路施工等，都应适当增加观测次数。在沉降经过中发现沉降速度过快、沉降量大或严重裂缝等异常情况时，均应加强监控，缩短观测周期，增加观测次数，密切凝视监测结果，及时报告。三、沉降观测点的布设1.根据（建筑变形测量规程）JGJ/T8-97的
8、要求，沉降观测点布设位置应符合下列要求：1布置在变形明显而又有代表性的部位；2稳固可靠、便于保存、不影响施工及建筑物的使用和美观；3避开暖气管、落水管、窗台、配电盘及临时构筑物；4承重墙可沿墙的长度每隔8m至12m左右设置一个观测点，在转角处、纵横墙连接处、沉降缝两侧也应设置观测点；2.埋点方法为了便于观测及长期保存，观测点采用暗藏式。埋设时用32的电锤在设计位置打孔，将直径28mm、长度12cm的预埋件放入孔内，周围用环氧树脂填充使牢固。观测时将活动标志旋紧，测毕取出，盖好保护盖。这样既不影响建筑物的外观又起到保护标志的作用。3.点位的选设位置沉降观测点的布设应能全面反映建筑物及地基变形特征
9、，并顾及地质情况及建筑构造特点。点位宜选设在下列位置：1建筑物的四角、大转角处及沿外墙每1015m处或每隔23根柱基上。2高低层建筑物、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、人工地基与天然地基接壤处、不同构造的分界处及填挖方分界处。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框架构造建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点。7片筏基础、箱形基础底板或接近基础的构造部分之四角处及其中部位置。8重型设备基础和动力设置基
10、础的四角、基础型式或埋深改变处以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。四、沉降观测的方法沉降观测的主要方法有：短视线精细水准测量法，液体静力水准测量法，三角高程测量法，GPS-RTK法，近景摄影测量法等。1.液体静力水准测量法近几年液体静力水准测量法得到了广泛的应用，这种方法的主要优点是能用简单和有效的方式实现测量自动化。液体静力水准测量法的原理可用图4-1来加以解释。图4-1中相连接的两个容器a和b分别安置在需测的平面A和B上，当相连接的两个容器中是均匀液体同一种液体时，则液体的自由外表处于同一水平
11、面上，则平面A，B间的高差：baHHh-=(4-1)或)()(2211babah-=(4-2)公式4-2中，1a，1b读数为零时相对工作面的位置；22,ba读数为零时容器顶到液面的距离。对液体静力水准法误差;分析表明，液体静力仪器的主要误差来自外界温度的变化，十分是观测处附近的温度变化。为了消除温度影响所产生的误差，能够采用测定观测头的温度并对测量结果施加相应的改正数的方法。若在mm5040的最小液柱高的情况下，欲使液体水平面的测量误差不超过mm1.0，则温度的读数精度要求不低于0.5Co，目前的高精度静力水准仪都采用了恒温系统。2.三角高程测量法建筑物的沉降监测可以以采用三角高程测量的方法来
12、测定，三角高程单向观测的高差计算公式：-+-+?=iRDk2)1(tanDh24-3如图4-2所示，在两墙上分别固定标志A与B，在建筑物附近与A，B点通视处安置精细经纬仪，测定倾角a与b，当a与b在很小的情况下，可按4-4式计算：?=bLHaLHbbaa4-4公式4-4中，aH，bH为A，B两点的高层；baLL,为仪器标志的斜距；=206265。将公式4-4微分并化成中误差得：?+=+=2222H2222H)()(m)()(mbabbaamLbmLa4-5由公式4-5能够看出，当建筑物的高差中误差一定时，倾斜角越大，斜距越长时，对测角、量距地精度要求越高。使用J1型经纬仪测角时，当L=m152
13、，o50ao=，1测回测角中误差为1时，测距中误差为mm5，一般能够知足建筑物沉降监测中误差为m05.0的要求。这种方法的精度相对较低，一般不采用。ABHaabHabLaLbHb五、施测步骤和误差分析1.施测步骤下面主要来讨论我们常用的用精细水准测量的方法来观察高层建筑物的沉降的详细步骤，以及沉降监测的误差分析。1建立水准控制网。根据建设单位提供的水准控制点或城市精细水准点或导线点结合工程特点布局、现场的环境条件制定测量方案和布局网原则来建立水准控制网。在实际测量中，有下面要求：1)在一般高层建筑物周围要布置间距不大于100m的3个以上的水准点，各水准点构成闭合图形，以便闭合检校。2)在场区内
14、任何地方架设观测仪器时，应能至少后视到2个水准点。3)各水准点要埋设在建筑物地面沉降区、震动区和开挖区的范围以外，水准点的埋设深度要符合二等水准测量的要求，或其标石埋深应大于邻近建筑物基础的深度，一般埋深要大于1.5m。4)根据工程特点，建立合理的水准控制网，与基准点和工作基点应设在扰动基础以外，不受震动影响，相比照较稳定，易于保护，便于利用联测，平差计算出各水准点的高程易于联测观测点。水准点、基准点、工作基点的点位于邻近建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的205.1倍。工作基点与联络点可以设置在稳定的永久建筑物的基础上。2布设沉降观测点及建立固定的观测道路。高程建筑物的沉降监测点的布设，要结
15、合实际地质情况及建筑构造特点来确定，观测点要全面反映建筑物地基沉降特征。由场区水准控制网，根据沉降观测点的埋设要求或图纸设计的沉降观测点布点图，确定沉降观测点的位置在控制点与沉降观测点之间建立固定的观测道路，并作好记桩，以便再次观测时能沿同一道路施测。例如对于高层建筑的框架构造，应将观测点设在柱基上部或沿纵、横轴线，每隔122个8m，或每隔3柱基布置1个，各点之间的间距应控制在m10间。确定好沉降观测点的位置25后，再在沉降点与控制点之间建立固定的观测道路，在道路上确定好架设仪器站点与转点，并作好标记桩。3进行沉降观测。跟据编制的工程施测方案及确定的观测周期施行沉降观测，初次观测即为零周期应在
16、观测点稳固后及时进行，为确保初期成果的准确性，对各点的初期观测宜进行2次。一般高层建筑物有一层或数层地下构造，初次观测应从其基础开场，在基础的纵横轴线上按设计好的位置埋设沉降观测点临时点，等临时观测点稳固好后进行初次观测。初次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比拟的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2或N3级DS1或DSO5级精细水准仪。并且要求每个观测点初次高程应在同期观测两次后决定。随着构造每升高一层，临时观测点移上一层冰进行观测，到+0.00层后再按规定埋设永久观测点，观测点应设在同一高程面上，各点建高差最大不超过1cm。然后每施工一层就复测一层，直至完工。将各次观测记录整理检
17、查无误后，进行平差计算后，就可得出各次每个观测点的高程值，进而算出沉降量。2.沉降监测的误差分析任何测量都存在误差，高层建筑沉降监测同样存在观测误差，其误差主要;有仪器误差、人为误差、外界条件影响误差。所以我们在监测作业经过中，应该根据误差产生的规律，采取一定的措施加以限制和削弱其误差所带来的影响，保证我们所观测成果的质量，以便到达客观反映建筑物沉降的实际情况。1水准仪i角误差。在（建筑变形测量规范）中规定，用于一、二级水准观测的仪器i角不得大于51。由于仪器在运输经过中震动以及温差变化等影响，在作业中，天天应对水准仪i角检验一次交替在上、下午进行。水准仪i角误差主要是由于水准仪水准管轴不平行
18、于视准轴而引起的误差，属系统误差。首先我们应该校正水准仪水准管轴，使水准管轴平行于视准轴；其次是严格控制各测站的前、后视距差。2沉降监测的时间段。由于不同仪器受大气影响的程度不同，所以我们在沉降观测中要选择适宜观测时间段，监测前仪器应该放置于露天场地的阴影下约要30分钟，要让监测仪器与外界温度相适应；设站、迁站以及仪器观测时须用太阳伞遮蔽阳光。进行高层建筑物的沉降监测时，我们在每条线路上先连续进行所有测段的往测或反测，随后即可连续进行所有测段的反测或往测。原则上应使线路中每一测段的往测与反测分别在上午或下午进行。监测条件较好时，我们能够允许有少量的往返测同在上午或下午进行，但其测站数不得超过侧
19、段总站数的百分之二十。3监测步骤。首先，沉降监测点与基准点应该先稳定后再进行监测，正常点位埋设三十天后才能进行监测；其次，使用光学精细水准仪配以线条式铟瓦标尺，采用光学测微法，进行往返监测；详细的操作步骤必须严格根据（国家一、二等水准测量规范）进行。沉降观测的观测方法视沉降观测点的精度要求而定，观测的方法有：一、二、三等水准测量以及液体静力水准测量、微水准测量、三角高程测量等。六、观测成果整理每次观测结束后，应检查记录中的数据和计算能否准确，精度能否合格，然后把各次观测点的高程，列入沉降观测成果表中，并计算两次观测之间的沉降量和累计沉降量，同时也要注明日期及荷载情况。为了更清楚地表示出沉降、荷
20、载和时间三者之间的关系，可画出各观测点的荷载、时间、沉降量曲线图。变形观测结束后，应根据工程需要整理下面资料：变形值成果表，观测点布置图变形量曲线图，有关荷载、温度、变形量相关曲线图、变形分析等。由于观测变形点的根据是监测网点，首要的是监测网点必须稳定可靠。为能断定其能否稳定，也要定期进行复测。假如各个点每次结果的平差值的较差在要求的范围内，则以为它是稳定的，假如某点的较差超限，则讲明该点产生了变形。根据该点观测的变形点，其结果应考虑该点变形的影响。变形量的计算，是以首期观测的成果作为基础，即变形量是相对于首期的结果而言的，所以要十分注意首期观测的质量。变形观测的目的是从屡次观测的成果中，发现
21、变形的规律和大小，进而分析变形的性质和原因，以便采取措施。所以成果的表现形式应直观、明晰，通常采用下面形式：1.列表将各次观测成果依时间先后列表，表41是一个沉降观测的例子。表中列出了每次观测各点的高程H，与上一期相比拟的沉降量s，累计的沉降量s，荷载情况，平均沉降量及平均沉降速度等，在作变形分析时，对这些信息能够一目了然。表41沉降观测成果表工程名称仪器观测2.作图为了更直观地显示所获得的信息，能够将其绘制成图。图43是一个表示荷载、时间与沉降量的关系曲线图。图中横坐标为时间T，能够十天或一月为单位，纵坐标向下为沉降量s，向上为荷载P。所以横坐标轴下面是随着时间变化的沉降量曲线，即sT曲线；
22、横坐标轴以上则是荷载随时间而增加的曲线，即PT曲线。施工结束后，荷载不再增加，则PT曲线逞水平直线。从这个图上，能够清楚地看出沉降量与荷载的关系及变化趋势是渐趋稳定。根据同样方法，可以绘出其他变形与外界因素的关系曲线。利用上述的各种信息，结合有关的专业知识，即可对变形的原因，趋势等进行几何的和物理的分析，为工程措施提供根据。需要指出的是，一般以为稳定的基准点，也不可能完全没有变形，所谓稳定，只是相对而言。即当变形是对变形点的观测没有实际影响时，就视为是稳定的。第二节完工测量由于施工经过中的设计变更等原因，使得建构筑物的实际完工情况往往与原设计不完全相符，因而设计总平面图不能完全代替完工总平面图
23、。为了确切地反映工程完工后的现状，为工程验收和以后的管理、维修、扩建、改建及事故处理提供根据，需要及时进行完工测量，并编绘完工总平面图。在每一个单项工程完成后，必须由施工单位进行完工测量，提供工程的完工测量成果，作为编制完工总平面图的根据。完工测量与地形图测量的方法大致类似，主要区别是完工测量要测定很多细部点的坐标和高程，因而图根点的布设密度要大一些，细部点的测量精度要高一些，一般应准确到厘米。完工测量时，应采用与原设计总平面图一样的平面坐标系统和高程系统。完工测量的内容应知足编制完工总平面图的要求。完工总平面图编绘完成后，应经原设计及施工单位技术负责人审核、会签后上交有关部门。一、完工测量一
24、般规定1.测量单位在收到完工测量通知书后，应按（建设工程规划许可证）及其附图的要求，确定建设工程规划完工测量的范围，编制技术设计书或作业方案。2.根据（建设工程规划许可证）及其附图的要求，确定周边建筑、围墙、河、渠、现状路、铁路、高压塔线、古树、文物等地物待测点，作为对照建设工程规划完工测量与建设工程规划验收测量差异的条件点。3.完工图测量的作业方法和技术要求根据CJJ8相应条款执行。4.条件点和规划控制线、建构筑物、道路和管线工程的特征点坐标或高程应标注在建设工程完工图上。二、完工测量控制点要求1.完工测量平面控制起始数据不得低于城市二级导线精度，高程起始数据不得低于四等水准精度。2.图根导线和水准测量必须采用附合线路。3.图根导线附合次数不应超过2次。4.不准在图纸上量取坐标和高程作为起始数据。5.不准在建筑物放样的基础上推算坐标和高程作为起始数据。6.不准使用假定及近似坐标和高程系统。三、建构筑物工程完工测量1.建构筑物工程的完工测量分为单体完工测量和综合完工测量，应在工程全部完成后六个月内地下管线应在敷土前进行小区或大型工程可以分阶段完成。2.建构筑物工程完工测量的精度要求1每栋建构筑物应使用解析测量法测定不少于三点房角的建筑物坐标。2解析点点位精度应知足表4-2的要求。3规划验收要素间距、边长的精度要求mL3cm(L20m时)