張 薇

橋梁沉降觀測方法及存在問題分析

張 薇

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080）

介紹了沉降觀測對保證建筑物的正常使用壽命和建筑物的安全性做出了監(jiān)測，并為以后的勘察設(shè)計施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，隨著社會的發(fā)展建筑物沉降觀測的必要性和重要性愈加明顯。及時的反饋沉降數(shù)據(jù)可以避免對建筑物因沉降造成的結(jié)構(gòu)破壞及巨大的經(jīng)濟損失，但是隨著科技的飛速猛進(jìn)，監(jiān)測沉降的手段五花八門，而且每個環(huán)節(jié)又存在人為、儀器等的誤差，對沉降數(shù)據(jù)的分析、確定帶來了一定的困難。

橋梁；沉降觀測；監(jiān)測技術(shù)；問題；解決方案

0 引 言

隨著人類社會的不斷發(fā)展，人類對建筑安全的要求越來越高，建筑安全已經(jīng)成為衡量一個建筑質(zhì)量的標(biāo)尺，橋梁因其具有全封閉、全立交、占地面積小、使用時間長的特點，為滿足快速、安全、經(jīng)濟、舒適等社會發(fā)展需要，而得到迅速發(fā)展，在山區(qū)修建橋梁也很普遍，但是因地域、氣候不同，沉降也不一，所以對沉降的監(jiān)測顯得尤為重要，對沉降監(jiān)測不僅可以指導(dǎo)施工，而且有利于結(jié)構(gòu)物在使用過程中的安全，防患于未然，在監(jiān)測過程中也遇到許許多多的問題，如沉降路線的選擇、數(shù)據(jù)處理的合理性、基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性等一系列問題隨之而來。

1 沉降觀測

結(jié)構(gòu)物沉降可根據(jù)需要，可分別測定結(jié)構(gòu)物的場地下沉、基坑回彈、地基土分層沉降以及基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)沉降對于深基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)沉降觀測應(yīng)從基礎(chǔ)進(jìn)行。

1.1 基準(zhǔn)點的設(shè)置

沉降觀測水準(zhǔn)點在一般情況下，可以利用設(shè)計提供的水準(zhǔn)點作為沉降觀測水準(zhǔn)基點。如水準(zhǔn)點與觀測的距離過大，為了確保觀測的精度，應(yīng)在結(jié)構(gòu)物附近，另行埋設(shè)水準(zhǔn)點。結(jié)構(gòu)物沉降觀測的每一區(qū)域，必須有足夠數(shù)量的水準(zhǔn)點，按《工程測量規(guī)范》（GB50026—93）規(guī)定并不得少于3個。特殊情況下建立獨立網(wǎng)點時，網(wǎng)絡(luò)≥3個點，使用獨立監(jiān)測網(wǎng)時，必須確定與交接工程部位其他高程系統(tǒng)的換算。水準(zhǔn)點應(yīng)考慮永久使用，埋設(shè)堅固，應(yīng)將其設(shè)在沉降區(qū)域以外的穩(wěn)定區(qū)域，切記不要將水準(zhǔn)點設(shè)置在農(nóng)田里、樹林中、等一些難尋找或者不穩(wěn)定的區(qū)域，而且與被觀測的結(jié)構(gòu)物間距不宜太近，水準(zhǔn)點帽頭宜用鋼筋制成，但應(yīng)注意防銹。水準(zhǔn)點埋設(shè)須在基坑開挖前完成，水準(zhǔn)基點可按實際要求，采用深埋式和淺埋式兩種，但每一觀測區(qū)域內(nèi)，至少應(yīng)設(shè)置一個深埋式水準(zhǔn)點。

1.2 沉降觀測點的要求

1.2.1 沉降觀測點的要求

測定結(jié)構(gòu)物下沉的觀測點，可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的特點采用各種不同的類型。觀測點標(biāo)志上部應(yīng)為突出的半球形或有明顯的突出之處，觀測點標(biāo)志本身應(yīng)牢固。沉降觀測點應(yīng)及時埋設(shè)，沉降觀測點標(biāo)志應(yīng)安設(shè)穩(wěn)定牢固，與柱身或墻保持一定距離，以保證能在標(biāo)志上部垂直置尺，而且應(yīng)有良好的通視條件。

1.2.2 精度要求

沉降觀測宜采用精密水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)尺進(jìn)行，也可采用精密的工程水準(zhǔn)儀和刻度精確的水準(zhǔn)尺進(jìn)行。觀察時應(yīng)使用固定的測量工具，固定的人員。每次觀察均需采用環(huán)形閉合方法或往返閉合方法當(dāng)場進(jìn)行檢查。同一觀察點的兩次觀測差≤1mm，水準(zhǔn)測量應(yīng)采用閉合法進(jìn)行采用二等水準(zhǔn)測量應(yīng)符合的要求。（n為水準(zhǔn)測量過程中水準(zhǔn)儀安設(shè)的次數(shù)）

1.2.3 沉降觀測點的具體分布

承臺觀測為臨時觀測點，當(dāng)墩身觀測點正常使用后，承臺觀測點隨基坑回填將不再進(jìn)行適使用，承臺觀測點有倆個，其一設(shè)在底層承臺左側(cè)小里程角上，其二設(shè)在底層承臺右側(cè)的大里程角上。當(dāng)墩全高＞14 m時需要設(shè)置倆個墩身觀測點，當(dāng)墩全高＜14 m時需要設(shè)置一個墩身觀測點，墩身觀測點一般設(shè)置在墩底部，若墩身較矮，梁底距離地面凈空較低，不便于立尺時，墩身觀測點可設(shè)在對應(yīng)墩身埋點的頂帽上。簡支梁一般設(shè)置6個觀測點，分別位于兩側(cè)支點及跨中，連續(xù)梁的觀測點，根據(jù)不同跨度，還應(yīng)在支點和跨中截面之間每隔20 m左右加密設(shè)置。

1.3 沉降觀測的方法

1.3.1 建立固定的觀測路線

根據(jù)沉降觀測點的設(shè)置，確定觀測點的位置，在固定水準(zhǔn)點與沉降點形成固定的觀測路線，并在架設(shè)儀器站點和轉(zhuǎn)點處做好標(biāo)記，保證每次觀測路線的一致，這樣能比較真實的反映沉降量，避免出現(xiàn)錯誤，即使出現(xiàn)錯誤也能直觀的反映出來［1］。

1.3.2 測量

1.3.2.1 水準(zhǔn)點的引測

沉降觀測應(yīng)從最近的水準(zhǔn)基點引測，引測前應(yīng)對基點進(jìn)行閉合，當(dāng)閉合后高差值應(yīng)滿足二等水準(zhǔn)測量要求，這樣就可確定引用基點處于穩(wěn)定狀態(tài)，否則應(yīng)立即查明原因，消除測量上的錯誤，避免造成更大的經(jīng)濟損失。

1.3.2.2 儀器設(shè)備要求

應(yīng)使用測量精度≥±1 mm的自動安平水準(zhǔn)儀，直接讀數(shù)精度為0.1 mm，估讀精度為0.01 mm，水準(zhǔn)尺應(yīng)采取和其配套的條形編碼尺。

1.3.2.3 觀測測量操作要求、周期

觀測人員要經(jīng)過一定讀培訓(xùn)才能上崗，為了把觀測過程中的系統(tǒng)誤差降到最低，達(dá)到提高精度的要求，每次觀測應(yīng)盡量使用同一臺儀器，前后視最好使用同一把水準(zhǔn)尺，應(yīng)按一定的路線和方法進(jìn)行，觀測路線必須形成附合或者閉合水準(zhǔn)路線，使用固定的基點對沉降點進(jìn)行觀測，避免陽光直射，避免在霧氣、水汽大的情況下進(jìn)行量測，等讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)，觀測時應(yīng)一次性進(jìn)行完，避免中途中斷。

沉降觀測的周期應(yīng)能反映出建筑物的沉降變形規(guī)律，建（構(gòu)）筑物的沉降觀測對時間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測必須按時進(jìn)行，否則沉降觀測得不到原始數(shù)據(jù)，從而使整個觀測得不到完整的觀測結(jié)果。其他各階段的復(fù)測，根據(jù)工程進(jìn)展情況必須定時進(jìn)行，不得漏測或補測，只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的沉降情況或規(guī)律。

提高對橋梁墩臺的沉降觀測，可以監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)的沉降、變位，不但為橋梁受力狀況提供了依據(jù)，而且能便于及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取措施，保證工程的安全的運行，沉降主要是通過布設(shè)控制網(wǎng)，安相關(guān)精度要求，根據(jù)施工過程中受力的情況，定期定點對墩臺基礎(chǔ)在施工過程中的沉降、變位情況，保證過程質(zhì)量和安全，橋梁主要的觀測期是在橋梁基礎(chǔ)澆筑混凝土終凝后，即開始初始觀測，因此，不同橋梁的觀測點的初始觀測日期是不同的，對于上部結(jié)構(gòu)施工期間，墩臺觀測時間要結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的澆筑時間，受荷載前每一個星期觀測一次，上部結(jié)構(gòu)施工期間每天觀測一次，上部結(jié)構(gòu)施工完成墩臺承受荷載時要每星期測一次，之后沒月次一次，橋梁基礎(chǔ)遇到特殊情況（架梁，拖動預(yù)支梁）要每12h進(jìn)行一次觀測，及時提供數(shù)據(jù)，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

2 沉降觀測中常遇到的問題及分析

新建結(jié)構(gòu)物施工剪短必須開展沉降監(jiān)測以監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的安全狀況，隨著監(jiān)測沉降監(jiān)測任務(wù)的增加，沉降監(jiān)測環(huán)節(jié)均要求有較高的技術(shù)含量，因此，又面臨到許多的技術(shù)問題，而這些問題嚴(yán)重影響沉降值得確定，對工程的安全存在著一定的隱患。

2.1 面臨的問題

2.1.1 數(shù)據(jù)采集問題

沉降觀測一般采用一、二等水準(zhǔn)測量方法，觀測數(shù)據(jù)、復(fù)核項目比較多，而且施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，遮蔽物多，現(xiàn)實施工過程中可用于沉降觀測的點比較少，用時候應(yīng)遮蔽物遮擋上絲或下絲，不能精確讀數(shù)，也有可能水準(zhǔn)尺不能豎直進(jìn)行讀數(shù)。

2.1.2 基準(zhǔn)點穩(wěn)定問題

在沉降觀測中，基準(zhǔn)點穩(wěn)定與否關(guān)系到測量數(shù)據(jù)的正確性，不能確定基準(zhǔn)點穩(wěn)定性所監(jiān)測出來的數(shù)據(jù)是不可靠的，甚至?xí)o結(jié)構(gòu)物安全埋下隱患，一般確定基準(zhǔn)點師傅穩(wěn)定，都是進(jìn)行水準(zhǔn)點的閉合，但是在閉合過程中又會出現(xiàn)上訴的問題，這又是困擾我們的一個難題。

2.1.3 數(shù)據(jù)處理問題

沉降觀測數(shù)據(jù)要經(jīng)過嚴(yán)格的平差計算，來衡量本次觀測成果是否滿足設(shè)計要求，推算沉降量，以及用以進(jìn)行沉降預(yù)測的直接數(shù)據(jù)依據(jù)，評差方法在不同情況下要用不同的方法，因評差數(shù)據(jù)龐大，當(dāng)不具備利用現(xiàn)代軟件的時候，只能進(jìn)行簡易的評差或根本不進(jìn)行評差，就得出沒有嚴(yán)格誤差的高程，同事也得不到衡量高程精度的指標(biāo)，，以這樣的“成果”計算沉降量，使沉降量的真實性降低。

2.1.4 水準(zhǔn)儀i角的誤差

水準(zhǔn)儀經(jīng)過長期的運輸，長期作業(yè)和長期工作環(huán)境的變化，均可使水準(zhǔn)儀的i角發(fā)生變化，水準(zhǔn)儀產(chǎn)生i角變化是儀器本身結(jié)構(gòu)與外業(yè)工作條件變化而致，儀器中的十字絲是固定在上下的v型槽中的，下面的v型槽由彈簧支撐著，上面是壓緊螺絲，由于內(nèi)部與外界環(huán)境的變化，溫度、濕度、震動，是i角產(chǎn)生微笑的誤差，或者由于內(nèi)應(yīng)力的變化是i角在不同程度上產(chǎn)生變化，導(dǎo)致測量的沉降量數(shù)據(jù)沒有真實的反映出沉降的問題。

2.1.5 沉降量成果管理問題

沉降量成果：①是要及時提供給施工方；②是要提供給監(jiān)理部門、質(zhì)檢部門，由于沉降觀測的多周期性，數(shù)據(jù)資料的多動態(tài)性，就要要求沉降量成果的規(guī)范化，但是現(xiàn)階段在結(jié)構(gòu)物沉降觀測中，觀測方提供的資料較為粗劣，格式不統(tǒng)一，甚至偽造成果，不但起不到監(jiān)管作用，同時埋下了禍患。

2.2 問題解決方案

2.2.1 數(shù)據(jù)采集問題的解決

在滿足建筑物安全監(jiān)測精度要求，確保能夠正確反映建筑物沉降的前提下，結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場實際情況，靈活應(yīng)用相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定。從業(yè)人員經(jīng)過嚴(yán)格的技術(shù)作業(yè)培訓(xùn)，做到每一位作業(yè)人員均熟悉作業(yè)流程，相互配合。編制或購置適合沉降觀測現(xiàn)場作業(yè)的軟件，實施電子記錄。

2.2.2 基準(zhǔn)點穩(wěn)定性問題的解決

每隔一定時期，對基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行精密的水準(zhǔn)觀測，利用專門的穩(wěn)定性分析軟件，在一定的檢查水平下，對基準(zhǔn)點的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，刪除不穩(wěn)定的基準(zhǔn)點。

對一個項目（群），沉降觀測基準(zhǔn)點的布設(shè)一般≥4個。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理問題的解決

基準(zhǔn)點經(jīng)過穩(wěn)定性分析后，利用相對穩(wěn)定的基準(zhǔn)對全網(wǎng)作經(jīng)典平差，或擬穩(wěn)跌虧平差。當(dāng)單位權(quán)中誤差M0超限，或高程中誤差超限，應(yīng)分析外業(yè)觀測資料，刪除粗差，再度平差計算。若觀測成果不滿足精度要求應(yīng)及時不測或重測。實現(xiàn)這一過程建議利用適合的沉降觀測數(shù)據(jù)處理的多功能平差處理軟件［1］。

2.2.4 角誤差的解決

根據(jù)我國規(guī)范要求，用于一、二等水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)儀的i角≤15″，在觀測過程中，應(yīng)經(jīng)常性。自覺地、定期的進(jìn)行水準(zhǔn)儀的校驗，檢查調(diào)節(jié)水準(zhǔn)儀的i角，同時為了消除i角，確保精度的要求，在觀測中儀器到前后視的距離大致相同。

2.2.5 沉降觀測成果管理問題的解決

對此問題的解決方案是，建立沉降觀測項目數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)庫對沉降觀測外業(yè)觀測數(shù)據(jù)、觀測點高程等數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，通過為此而專門開發(fā)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、預(yù)測、報表、繪圖以表達(dá)沉降量成果的自動化、科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

3 結(jié) 論

結(jié)構(gòu)物沉降量的大小與結(jié)構(gòu)物所在的地域、地基條件，基礎(chǔ)形式等有直接的關(guān)系，比如，在同一地基條件下，樁基礎(chǔ)的沉降量要小于廂基礎(chǔ)，當(dāng)結(jié)構(gòu)物的沉降量大于測量誤差是，測量成果反映出來的沉降值是明顯的，當(dāng)沉降量很小時，會存在于測量誤差中，這時反映出結(jié)構(gòu)物有下沉點，也有上升點，這樣就產(chǎn)生沉降量界定問題，大多數(shù)把上升量調(diào)為“0”下降量看作沒有沉降，但是這些都是沒有依據(jù)的。這樣不但沒有吧成績觀測的重點表現(xiàn)出來，而且給結(jié)構(gòu)物的安全埋下了隱患，沉降觀測是一項重要監(jiān)督技術(shù)措施，也是一項觀測時間長，精度要求高的測繪工作，在工作的同時，會有新的問題出現(xiàn)，邊干活邊積累經(jīng)驗邊解決問題，才能把觀測數(shù)據(jù)真正的應(yīng)用到實踐中，才能更好地指導(dǎo)工作。

［1］楊光華.地基沉降計算的新方法［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報，2008（04）：679-686.

U446

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1007-7596（2015）07-0057-03

2015-06-28

張薇（1982-），女，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，工程師。