盧吉鋒,馮雪巍

(1.滄州水利勘測設(shè)計(jì)院,河北 滄州 061000;2.滄州市測繪院,河北 滄州 061001)

隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展,大型的工程建筑物日益增多,為了保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全,并為以后的勘察、設(shè)計(jì)、施工提供可靠的基礎(chǔ)資料及相應(yīng)的沉降參數(shù),建筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。2008年至 2011年底,完成了華潤滄州電廠、華潤曹妃甸電廠廠區(qū)間構(gòu)筑物沉降觀測及滄州市體育場建筑物變形觀測。在各項(xiàng)工作的開展的過程中,積累了利用光學(xué)水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀在不同的環(huán)境、條件中進(jìn)行沉降觀測的經(jīng)驗(yàn),掌握了處理沉降觀測過程中遇到的各種問題的方法。

1 沉降觀測儀器設(shè)備

沉降觀測精度要求較高,儀器設(shè)備的選取對沉降觀測工作的開展起著至關(guān)重要的作用。為能精確地反映出建構(gòu)筑物在建設(shè)期間的沉降情況,《建筑變形測量規(guī)程》規(guī)定測量的誤差應(yīng)小于變形值的 1/10～1/20,因此要求沉降觀測應(yīng)使用精密水準(zhǔn)儀或數(shù)字水準(zhǔn)儀,水準(zhǔn)尺選用受環(huán)境及溫差變化影響小的高精度銦瓦合金水準(zhǔn)尺或條碼式銦瓦尺。

1.1 數(shù)字水準(zhǔn)儀的特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀,數(shù)字水準(zhǔn)儀具有以下特點(diǎn)：讀數(shù)客觀、測量精度高、速度快、效率高、操作簡單、自動改正測量誤差。[1]

1.2 光照條件對數(shù)字水準(zhǔn)儀的影響

在實(shí)際工作中,經(jīng)常會遇到一些不利的條件,如在滄州市體育場的沉降觀測工作中,因控制點(diǎn)均布設(shè)在一層,在一層以上施工過程中,測量時(shí)光線不好,需要人工照明,這時(shí),人工照明的光源特點(diǎn)對數(shù)字水準(zhǔn)儀的讀數(shù)可能會產(chǎn)生一定的影響。又如,在實(shí)際測量過程中,經(jīng)常會遇到標(biāo)尺被部分遮擋、調(diào)焦不準(zhǔn)確等情況,這對讀數(shù)也必然會產(chǎn)生一定的影響,從而影響高程測量的精度[2]。因此,分析不利觀測條件下數(shù)字水準(zhǔn)儀的測量精度,可以保證測繪質(zhì)量,提高測量數(shù)據(jù)的可靠性。有關(guān)觀測條件對數(shù)字水準(zhǔn)儀讀數(shù)的影響,文[1]中通過試驗(yàn)得出如下結(jié)論：

1)光照的強(qiáng)度對測量精度影響不大,只有當(dāng)光照特別強(qiáng)或特別弱時(shí),儀器會自動中止測量。

2)光照的均勻度對測量工作有一定的影響。當(dāng)標(biāo)尺的光照很不均勻時(shí),儀器會中止測量。因此,在測量時(shí)若自然光足以讓儀器進(jìn)行讀數(shù),就沒有必要對標(biāo)尺施加額外照明。

3)調(diào)焦不準(zhǔn)確對測量結(jié)果的影響較大。當(dāng)調(diào)焦不足或調(diào)焦過度時(shí),其測量精度會受到較大影響,因此在測量過程中,應(yīng)該對調(diào)焦給予足夠的重視,以保證測量的精度。

4)標(biāo)尺偏離視場中心對測量結(jié)果影響不大。

1.3 數(shù)字水準(zhǔn)儀的缺點(diǎn)

數(shù)字水準(zhǔn)儀在工作時(shí),必須遠(yuǎn)離震動源,否則無法正常工作。在滄州華潤電力沉降觀測項(xiàng)目中,機(jī)器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的震動致使數(shù)字水準(zhǔn)無法工作,而電廠每天均在運(yùn)行,沉降觀測不會在停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行,所以只能采用光學(xué)水準(zhǔn)儀。通過該工程的 7次測量環(huán)線閉合差統(tǒng)計(jì)可知,每條水準(zhǔn)閉合環(huán)線路站數(shù)為 40～60站,閉合差均在 2 mm以下,且在限差 1/3以下,測量精度良好。

2 沉降觀測施測程序及步驟

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)書的編制

技術(shù)設(shè)計(jì)書是根據(jù)工程的實(shí)際情況和甲方的要求,對依據(jù)的主要技術(shù)規(guī)范、控制起算點(diǎn)、測量等級及相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)、解算軟件、采用的儀器設(shè)備、參加人員、沉降標(biāo)志物的埋設(shè)要求、沉降觀測周期的確定、沉降觀測線路的確定、沉降成果的表達(dá)形式等相關(guān)工作內(nèi)容做出具體規(guī)定。技術(shù)設(shè)計(jì)書是沉降觀測工作的基礎(chǔ),因此,設(shè)計(jì)書的內(nèi)容必須詳實(shí),全面,具有可操作性。技術(shù)設(shè)計(jì)書在得到甲方批復(fù)后得以實(shí)行。

在技術(shù)設(shè)計(jì)書的編制中,參加人員的安排很重要,特別是司鏡人員,應(yīng)選擇專業(yè)技能強(qiáng),能夠熟練操作水準(zhǔn)儀,熟悉測量理論,能針對不同工程特點(diǎn)、具體情況采用不同的觀測方法及觀測程序的人員。同時(shí),還要求司鏡人員對實(shí)測過程中出現(xiàn)的問題能夠分析原因并正確地運(yùn)用誤差理論進(jìn)行平差計(jì)算,做到按時(shí)、快速、精確地完成每次觀測任務(wù)。

技術(shù)設(shè)計(jì)書中沉降觀測精度的選擇,可根據(jù)建筑物的重要性和建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求及相應(yīng)的規(guī)范,選擇沉降觀測精度的等級,在沒有特殊精度要求情況下,一般性的高層建構(gòu)筑物沉降觀測,采用二級水準(zhǔn)測量的觀測方法就能滿足沉降觀測的要求。在本單位開展的沉降觀測項(xiàng)目中大都采用二級水準(zhǔn)測量的觀測方法,根據(jù)測量的結(jié)果可知,測量精度能夠反映建筑物的沉降情況。

2.2 沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)要求

沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)能全面反映建筑物及地基變形特征,并顧及地質(zhì)情況及建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。點(diǎn)位宜選在下列位置[3]：

(1)建筑物的四角、核心筒四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每 10～20 m處或每隔 2～3根柱的柱基上;

(2)框架結(jié)構(gòu)建筑物的每個(gè)或部分柱基上或沿縱橫軸線上;

(3)對煙囪、水塔等高聳建筑物,應(yīng)設(shè)在沿周邊與基礎(chǔ)軸線相交的對稱位置上,點(diǎn)數(shù)不少于 4點(diǎn)。

埋設(shè)的沉降觀測點(diǎn)還要符合各施工階段的觀測要求,特別要考慮到裝修裝飾階段因墻或柱飾面施工而破壞或掩蓋住觀測點(diǎn),導(dǎo)致不能連續(xù)觀測而失去觀測意義。

2.3 高程控制基準(zhǔn)網(wǎng)建立

變形測量的基準(zhǔn)點(diǎn)需要根據(jù)建筑物的布局、現(xiàn)場的環(huán)境條件,結(jié)合規(guī)范要求在變形區(qū)域以外、位置穩(wěn)定、易于長期保存的地方埋設(shè)。需在基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)石達(dá)到穩(wěn)定后布設(shè)高程控制基準(zhǔn)網(wǎng)。根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》,基準(zhǔn)點(diǎn)的埋設(shè)和基準(zhǔn)網(wǎng)的建立要求為[3]：(1)一般高層建筑物周圍要布置高程基準(zhǔn)點(diǎn)不少于 3個(gè),基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)應(yīng)形成閉合環(huán)或附合路線構(gòu)成結(jié)點(diǎn)網(wǎng);(2)各水準(zhǔn)點(diǎn)要設(shè)在建筑物開挖、地面沉降和震動區(qū)范圍之外,避開交通干道主路、地下管線等易破壞的地方,水準(zhǔn)點(diǎn)的埋深要符合相應(yīng)水準(zhǔn)測量的要求。

2.4 固定觀測路線的建立

根據(jù)設(shè)計(jì)書中的觀測路線開展測量作業(yè),并根據(jù)現(xiàn)場情況合理修改觀測路線,首次測量結(jié)束后,完善設(shè)計(jì)書中的觀測路線圖,作為后期測量作業(yè)路線的依據(jù)。

2.5 沉降觀測

根據(jù)設(shè)計(jì)書中編制的沉降測量方案及確定的觀測周期開展測量工作。首次觀測應(yīng)在觀測點(diǎn)穩(wěn)固后進(jìn)行。首次觀測的沉降觀測點(diǎn)高程值是以后各次觀測數(shù)據(jù)用以比較的基礎(chǔ),其精度要求較高,必須進(jìn)行往返觀測[2],計(jì)算時(shí)需對其各測段的往返測高差較差、每千米高差中數(shù)偶然中誤差和每千米高差中數(shù)全中誤差等指標(biāo)進(jìn)行檢測。

2.5.1 觀測時(shí)間的要求

建構(gòu)筑物的沉降觀測對時(shí)間要求很嚴(yán)格,特別是首次觀測。首次沉降觀測得到的是沉降觀測工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是整個(gè)測量工作的基礎(chǔ),必須按時(shí)進(jìn)行。其他各時(shí)段的復(fù)測,根據(jù)已批準(zhǔn)的沉降觀測設(shè)計(jì)書按時(shí)進(jìn)行,不得漏測或補(bǔ)測,這樣才能得到監(jiān)測建筑物的準(zhǔn)確沉降情況和總結(jié)沉降規(guī)律。兩次相鄰觀測的間隔時(shí)間稱為一個(gè)觀測周期,民用高層建筑可每加高 1～5層觀測 1次,工業(yè)建筑可按回填、安裝柱子和房架、砌筑墻體等不同施工階段分別進(jìn)行觀測。

2.5.2 沉降觀測的自始至終要遵循“五定”原則

“五定”是指通常所說的沉降觀測所依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和沉降觀測點(diǎn)點(diǎn)位穩(wěn)定,所用儀器固定,觀測人員固定,觀測時(shí)的環(huán)境條件基本一致,觀測路線、程序和方法固定。以上措施能夠在客觀上盡量減少觀測誤差的不定性,使所測的結(jié)果具有統(tǒng)一的趨向性,保證各次復(fù)測結(jié)果與首次觀測的結(jié)果具有可比性,測量的沉降量能夠真實(shí)反映建筑物的沉降情況。

2.6 內(nèi)業(yè)計(jì)算

將各次觀測記錄整理并檢查無誤后,每期采用相同的平差軟件、平差設(shè)置進(jìn)行平差計(jì)算,求得每個(gè)觀測點(diǎn)的本期高程值,從而確定各個(gè)點(diǎn)相鄰兩期的沉降量。

2.7 成果整理及變形分析

根據(jù)各觀測周期平差計(jì)算的沉降量,列表統(tǒng)計(jì),對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.7.1 繪制沉降量曲線圖

以時(shí)間為橫坐標(biāo),縱坐標(biāo)上半部為荷載值,下半部為各沉降觀測周期的沉降量,將統(tǒng)計(jì)表中各觀測點(diǎn)對應(yīng)的觀測周期所測得沉降量及相應(yīng)的荷載值表示在坐標(biāo)系中,得到各個(gè)沉降觀測點(diǎn)對應(yīng)于荷載值的沉降曲線,即時(shí)間～荷載～沉降量曲線圖。

2.7.2 沉降量分析

根據(jù)沉降量統(tǒng)計(jì)表和沉降曲線圖,可以預(yù)測建筑物的沉降趨勢,將建筑物的沉降情況及時(shí)的反饋給委托方,以正確地指導(dǎo)施工。利用沉降曲線還可計(jì)算出因地基不均勻沉降引起的建筑物地基變形值。對滄州地區(qū)(中、低性壓縮性土 )而言,其允許值為 0.002L(L為相鄰柱基的中心距離,mm)。

通過對沉降觀測的成果分析,可以總結(jié)同一地質(zhì)條件、類似結(jié)構(gòu)形式建筑物在建設(shè)過程中的沉降變形特點(diǎn),對指導(dǎo)施工單位編制施工組織設(shè)計(jì)、正確指導(dǎo)施工大有裨益,同樣也為勘察、設(shè)計(jì)單位提供寶貴的第一手資料,為設(shè)計(jì)出更完善的施工圖紙?zhí)峁┘夹g(shù)依據(jù)。

3 沉降觀測過程中遇到的問題及處理措施

3.1 沉降觀測精度的確定

對沉降觀測精度選擇既不能太高也不能太低,要合理適宜,適合工程特性的需要。既不造成無謂的浪費(fèi)也要保證觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般高層及重要的建(構(gòu))筑物按二級以上水準(zhǔn)測量方法,可以測出較理想的結(jié)果。

3.2 沉降量曲線的分析

在沉降觀測過程中,沉降量與時(shí)間關(guān)系曲線不是單邊下行光滑曲線,而是起伏變化的,曲線的不同起伏變化形狀,有其相應(yīng)的形成原因,其中有些情況可能需要對觀測結(jié)果進(jìn)行必要的修正。

①第二次觀測出現(xiàn)回升,而以后各次觀測又逐漸下降,此時(shí),可能是首次觀測精過低。若回升超過 5 mm時(shí),第一次觀測成果應(yīng)作廢;若回升在 5 mm以內(nèi),第二次與第一次調(diào)整標(biāo)高一致。

②曲線在某點(diǎn)突然回升或下降量較大。出現(xiàn)該類情況,主要是觀測點(diǎn)在施工過程中可能被碰動所致。針對此情況,在測量過程中應(yīng)隨時(shí)觀察各個(gè)沉降觀測點(diǎn)是否受到碰動,記錄受施工碰動的觀測點(diǎn),為后期的數(shù)據(jù)分析提供有力證據(jù)。此時(shí)數(shù)據(jù)處理采取的措施應(yīng)為取相鄰另一觀測點(diǎn)的相同期間的沉降量作為被碰觀測點(diǎn)的沉降量,而不是采用觀測的沉降量。

③曲線自某點(diǎn)起漸漸回升,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是水準(zhǔn)基點(diǎn)下沉所致。此時(shí)采取的措施是與高級水準(zhǔn)點(diǎn)符合測量,確定水準(zhǔn)基點(diǎn)的下沉值,對沉降觀測結(jié)果進(jìn)行修正。

[1]岳建平,秦茂芬.觀測條件對數(shù)字水準(zhǔn)儀計(jì)數(shù)的影響試驗(yàn)[J].測繪通報(bào),2006(9)：69-71.

[2]王永尚,等.數(shù)字水準(zhǔn)儀的試驗(yàn)結(jié)果及其分析 [J].測繪通報(bào),2002(4).

[3]GB/T 50026-2007,工程測量規(guī)范 [S].

[4]JGJ/T 8-2007,建筑變形測量規(guī)范 [S].