独立高程系统在建筑物沉降观测中的应用

曾 秋

近年来,现代的大型建筑物不断出现,对建筑物进行沉降观测是掌握建筑物动态,以便及时采取检修措施所不可缺少的一项变形观测工作。但是在沉降检测中,往往受到地形以及有关现场状况的影响,从而使得观测效率降低,在一定程度上也对测量的精度产生影响。因此,在满足沉降测量精度的基础上,如何灵活选择高程系统,以提高观测效率,就成了这项工作的重要内容之一。

1 水准测量

水准测量就是利用水准仪提供的一条水平视线,来测定两点之间的高差,从而得出相关点的高程。如图1所示,在 A点上标尺的读数为a,B点上标尺的读数为b,根据水准测量的原理得A,B两点之间的高差是:

而根据高差的定义可得到:

从式(1)中得到的hAB只是与水准尺上的读数有关,与高程参考面选取无关。而式(2)中的HB,HA可以是绝对高程,也可以是相对高程。由此可知,hAB对高程参考面选取具有不确定性。因此,测定地面上任意两点之间的高差与高程参考面的选取无关。

2 建筑物的沉降观测

2.1 独立高程系统的选取及水准基点测量

根据建筑物本身的特点和布局,以及现场的测量环境条件等实际情况,制订高程系统选取方案。对于建筑物面积小,观测环境比较好的情况,可以布设不少于3个固定的稳定点作为水准基点,在测量时,将这些水准基点连在一起进行测量和平差,求取各基点的高程值,这时选取了一个独立高程系统。对于比较大的建筑物(如跨江大桥等),由于受外界测量条件的影响,导致部分水准基点间的测量比较困难。为了解决这样的问题,根据水准测量中两点之间高差与高程参考面的选取无关这一原理,可以根据实际情况对建筑物的高程系统进行分割,即分割成两个或两个以上的独立高程系统,对建筑物的沉降进行观测。

不管是一个独立高程系统还是多个独立高程系统,对于建筑物沉降来说,它都必须满足建筑变形测量规范的要求。由于独立高程系统运用比较灵活,所以,独立高程系统中的水准基点必须是最有利于沉降观测的。各水准基点的布设,在各自独立的高程系统内必须呈环状或网状结构,测量、平差时都是在各自的独立系统内进行。各独立系统不作联测要求。如图2所示,在桥梁的东面建立一套独立高程系统,其水准基点为EBM1,EBM2,EBM3,三点构成一个闭合环。在桥梁的西面建立一套独立高程系统,其水准基点为WBM1,WBM2,WBM3,三点也构成一个闭合环。此两独立高程系统相互独立,不联测。

2.2 沉降点布设及沉降测量

沉降点测布设的先决条件就是满足《建筑变形测量规法》和实际工程的要求。如图2所示,工程上要求对桥梁的12个桥墩进行5年的长期监测,其目的是监控桥墩的沉降情况,掌握桥墩沉降的第一手材料,以便了解桥梁的安全营运状况。

根据《建筑变形测量规法》和实际工程的要求,桥墩的沉降观测点布设在12个桥墩的下面,如图2所示。

沉降点测量采用分系统观测,东侧的6个桥墩由东侧的独立高程系统(由EBM1,EBM2,EBM3构成)对其进行高程传递。西侧的6个桥墩由西侧的独立高程系统(由WBM1,WBM2,WBM3构成)对其进行高程传递。

表1 西侧桥墩各期累计沉降汇总表

表2 东侧桥墩各期累计沉降汇总表

2.3 数据处理

通过采用东西两套独立系统,对桥墩进行长达5年的沉降观测,其观测结果见表1,表 2,对应的变化图见图3和图4。

3 结语

1)高差的测定与高程系统的选择无关。

2)采用多个独立的高程系统进行沉降测量是可行的。

3)为了减少测量误差,应固定不同时期沉降测量线路走向。

4)各独立高程系统的测量精度应该保持一致。

5)在外界观测环境不利于观测时,为了有效的进行测量,保证测量的精度,应分不同高程系统以最有利的观测环境对不同的测点进行观测;在外部条件允许的情况下,各独立高程系统间尽可能联测。

[1]李清岳.工程测量学[M].北京:测绘出版社,1990:298-300.

[2]刘玉珠.土木工程测量[M].长沙:华南理工大学出版社,2006:13-14.

[3]建设部综合勘察研究设计院.建筑变形测量规法[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:22.

[4]赵 曾.房屋沉降观测误差分析[J].山西建筑,2008,34(23):354-355.