基坑及建筑物沉降监测新方法研究

何 杰，葛利辉

(四川中水成勘院测绘工程有限责任公司，四川 成都 610072)

0 前 言

随着国民经济的高速发展，基建技术不断提高，但由于土地资源有限，为了充分发挥土地资源的作用，无论是工业还是民用建筑都逐步朝着高层方向发展。基坑及建筑物通过各种监测数据进行安全判定，其监测方法、监测等级和监测频次是根据相关规范要求确定的，其中最为常见的监测方法是水准测量法沉降监测。

1 水准测量法沉降监测

1.1 水准测量的误差来源及影响

1.1.1 仪器误差

(1)i角误差的影响。由于仪器经i检校后不可能使视准轴完全保持水平，因此水准尺读数将会产生与距离成正比的误差δS，其计算公式为：

δS=i″(S后-S前)/ρ″

(1)

式中，δS为i角产生的误差；S后为后视距离；S前为前视距离；ρ″=206 265。

(2)ψ角误差的影响。ψ角误差是视准轴与水准轴的交叉角，在仪器垂直轴不严格垂直时，对水准尺读数将会产生与距离成正比的误差。

(3)水准尺每米长度误差的影响。设水准尺每米间隔平均真长误差f对高差h的改正数δf为：δf=hf。规范规定出测前与收测后水准标尺每名义米长的变化不大于30 μm，则取平均值进行改正。

(4)两水准尺零点差的影响。受制造精度和后期使用的影响，两水准尺的零点误差不可能完全一致，设a水准尺零点差为Δa，b水准尺零点差为Δb，则第一站高差、第二站高差，以及两站高差之和分别为：

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)水准标尺垂直轴与水准标尺圆水准器垂直轴不平行误差的影响。水准标尺垂直轴与水准标尺圆水准器垂直轴不平行，则存在下述关系：

h观=h实/cosα

(2)

式中，h观表示观测高差；h实表示实际高差；α表示标尺气泡垂直轴与标尺的交角。

若h实=1 000 mm，α=1°，其观测误差有152.3 μm，即使α=0.5°时，其观测误差也有38.1 μm，由此可见水准标尺的垂直度误差是不容忽视的。

1.1.2 外界因素引起的误差

外界因素引起的误差主要为：

(1)温度变化对i角的影响。

(2)水准标尺温度改正。一测段高差改正数∂由式(3)计算：

∂=∑[(t-t0)×α×h]

(3)

式中，∂为温度改正数；t为标尺温度；t0为标尺检定温度；α为标尺线膨胀系数；h为往测或返测高差。

(3)仪器和水准尺垂直位移的影响。

(4)大气垂直折光的影响。

(5)磁场对补偿式自动安平水准仪的影响。

1.1.3 观测误差

观测误差主要有：水准器气泡居中的误差、照准水准标尺上分划的误差和读数误差。

1.2 控制水准测量误差影响的方法

根据上述分析可知，要有效地控制测量误差影响，除了对仪器设备精密检校外，还应按照下列要求观测：

(1)观测前30 min将仪器置于露天阴凉处，使其与外界气温趋于一致，仪器观测和迁站时应有测伞遮蔽阳光。

(2)应在前后视距较差和累计前后视距较差符合相应等级规范要求的位置，严格放置平仪器进行观测。

(3)同一站观测不得两次调焦，转动仪器的倾斜螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向应为旋进。

(4)相邻两测站观测：往测奇数站按“后前前后”、偶数站按“前后后前”，返测观测顺序与往测相反，每一测段应进行往返测，且测站应为偶数，往测转返测时应互换两水准尺的位置。

(5)在连续各站安置仪器时，应使两脚螺旋与水准路线方向平行，第三脚螺旋交替置于路线方向的左右侧。

(6)一个测段的往返侧应在不同的气象条件下进行，如分别在上午和下午观测。

(7)在水准测量的观测工作间歇时，最好能结束在水准点上，否则应选两个稳定、光滑突出、便于放置水准尺的固定点作为间歇点加以标记。间歇后检测高差符合规范要求，就可以从间歇点起测；如只选一点作间歇点，间歇后应仔细检视确认未发生位移，方可从间歇点起测。

1.3 基坑及建筑物沉降监测新方法

按规范要求，基坑及建筑物沉降监测点的密度大、点间高差小、监测频次高，由于测绘行业竞争异常激烈，项目中标价款低，可材料和人工成本在不断地升高，那么企业要获得效益，只能从满足规范的要求下，设法提高监测工作效率。本文介绍了一种不仅满足规范要求，还能提高监测精度和工作效率的监测方法。

基坑及建筑物沉降监测新方法：鉴于基坑及建筑物沉降监测点的密度大、点间高差小的特点，根据监测点的实际分布情况，对于一站能够测定的采用一站方式上点法观测，其余情况则采用任意站(奇数站或偶数站)上点法进行观测，而在起始和闭合点或附合点均加测一站，这样就能够采用数据处理的方法，使得各监测点相对于起闭点的高差满足规范规定的偶数站高差之和的要求。具体作业方法：第一站在起始点上按水准测量的要求测定两根水准尺的零点差，接着进行其它监测点的水准测量，当前视标尺上闭合点或附合点测量完成后，再进行最后一站的测量，按水准测量的要求测定两根水准尺的零点差，高差计算时，双站高差是以第一根水准尺为起始站的高差，单站高差则是以第二根水准尺为起始站的高差，由此可见采用新方法测得的高差既满足规范的要求，又提高了监测效率，并且因测站减少使得监测点的测量精度更高。

2 案例分析

2.1 某监测工程单期监测成果

某水电站大坝坝后桥沉降监测点分布见图1。沉降监测按照《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)要求的二等水准常规方法进行，测站高差中误差按0.5 mm计算，各测段高差中误差和监测点高程中误差见表1，按新方法进行的观测成果及平差成果见表2和表3。

图1 坝后桥沉降监测点分布

表1 常规二等水准监测成果

表2 奇数站监测点的平差成果

表3 偶数站监测点的平差成果

2.2 观测工作量比较

从2.1节观测成果可知，常规观测方法的观测站数为16站，新方法的观测站数为11站，观测站数比较见表4。

从表4中合计可知，新方法与常规方法相比，观测效率提高了31%。一般情况下，新方法的观测站数=常规观测法站数/2+2，设常规观测站数为100站，则新方法观测站数为52站，由此可见新方法可少观测48站。

表4 观测工作量比较

2.3 成果精度比较

本项目监测点平差成果及精度比较见表5。从表5可知，新方法与常规方法相比，最弱点LN4精度提高约23%。

表5 监测点平差成果及精度比较

3 结 论

本文通过对水准测量误差来源和误差控制观测方法的分析，结合基坑及建筑物沉降监测的特点，提出了一种新的水准测量沉降监测法，并通过案例对常规沉降监测法和新沉降监测法进行分析比较，得出以下结论：

(1)新沉降监测法符合规范要求；

(2)新沉降监测法能够大幅度提高工作效率；

(3)新沉降监测法能够大幅度提高最弱监测点的精度。