高层建筑沉降监测中误差分析及解决方法探讨

　　【摘要】本文通过对高层建筑物沉降监测中影响水准测量精度的误差因素分析，介绍了在实际施工中如何更好地控制沉降观测精度。为利用水准方法进行沉降监测提供了作业参考。
　　【关键词】沉降观测;水准测量;误差分析;影响因素
　　引言
　　沉降观测在高层建筑物的施工、竣工验收及竣工后的监测过程中，具有安全预报、科学评价及检验施工质量三方面的功能。作者通过多年测量实践和成果资料分析，对使用水准测量进行高层建筑沉降观测的影响误差大致可归纳为仪器误差、观测误差、外界条件的影响、观测周时的影响、水准点的影响、观测点的影响、观测路线的影响等七个方面。
　　1.仪器误差
　　水准仪在校正后，还存在i角校正残余误差。仪器长期使用或受震动影响，会使望远镜视准轴与水准管轴不平行，其误差大小同仪器与水准尺的距离成正比。误差控制的方法是：将仪器尽量安置在前、后视距离相等的地方，就可以消除或减弱此项误差的影响。
　　水准尺刻划不准确、尺长变化、弯曲等均会对测量成果产生影响。作业中可以通过在水准测段内用同一根标尺，并把测段站数目布设成偶数站的方法消除。对于标尺的零点误差的影响，则可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用，即在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺，并把测段站数目布设成偶数的方法，零点误差则在高差中相互抵消。
　　2观测误差
　　观测人员必须熟悉沉降监测水准测量的基本理论，并熟练掌握水准仪器的操作，能针对不同的工程特点、具体情况采用不同的观测方法和观测程序。对观测过程中出现的问题能及时分析出原因，能正确的运用误差理论进行水准网平差。由于观测者使用仪器和读数的习惯不一样，如果变换观测人员，就容易引起仪器操作误差和读数误差。因此，在每次观测时应保证人员固定不变，减小观测误差(偶然误差)，这对提高沉降观测精度也有一定的作用。
　　观测中，当存在视差时，尺像与十字丝平面不重合，眼睛所处的位置不同，读数也不同。减弱视差的控制方法是：在每次读数前，要仔细进行物镜对光，消除视差。
　　水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时可以通过望远镜十字丝很容易察觉并纠正过来。如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉，但水准尺前后倾斜总是使尺上读数增大。水准尺前后倾斜对读数的影响与尺的倾斜角和视线距地面的高度有关，因此在测量中要认真立尺，使尺处于铅垂位置。可使用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数。
　　3外界条件的影响
　　测站处的土质松软会使仪器发生下沉，视线降低，从而使得前视读数减小，高差增大，引起高差误差。减弱仪器下沉引起的误差可用以下方法：1、采用“后、前、前、后”的观测程序，这样两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。2、加快观测速度，尽量缩短前视读数与后视读数间的时间差。如果仪器在搬站后尚未读后视读数的一段时间内，在转点发生尺垫下沉，将会使下一站后视读数增大，高差也增大，从而引起高差误差。应将转点设在比较坚硬的地方，土质松软时，则必须放置尺垫，并将其踩实，踩实后不要立即进行观测，稍等后可防止踏实的土松软反弹。3、尽可能将仪器安置在坚硬的地面，并将脚架踏实。
　　用水准测量的方法求地面两点间的高差，借助了水准仪所提供的水平视线。两点间高差应该是分别通过这两点水准面间的垂直距离，但水准面是一个曲面，水平视线相当于水准仪所在水准面的切线。因此用水平视线代替大地水准面时标尺上读数会产生水准面曲率误差。控制地球曲率对高差的影响可采用将仪器安置在前、后视点大致等距的地方。
　　一般由于大气折光，视线可能会是一条曲线，曲线的曲率半径为地球半径的7倍，其折光量的大小对水准读数产生的影响为r=D×D/14R。折光影响与地球曲率影响之和为f=C-r=0.43D×D/R。作业时应保持视线距离地面不应小于0.3m，因为视线离地面越近，折射越大。选择合适的时间，一天之中的上午10点至下午4点这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间。阴天、有微风的天气一般可全天观测。同时基本保证前视水准尺和后视水准尺到测站的距离相等，这样就可以消除大气折光在高差中的影响。
　　水准仪是精密仪器，温度会引起仪器的部件涨缩，可能导致视准轴的构件相对位置的变化，不大的位移量可能使轴线产生几秒偏差，从而使测量结果的误差增大。因此应尽量选在温度均匀适宜的情况下测量，观测时应注意撑伞遮阳，在数据处理时要加上温差改正系数。
　　4观测周期的影响
　　测量规范对建筑物的沉降观测周期有严格的要求，特别是首次观测必须按时进行。施工各阶段的复测，应该根据工程的性质、进度、以及地基土质情况、基础荷重增加情况等定期进行，不能漏测，保证得到准确的沉降观测数据和建筑物沉降变形规律。若观测周期不规律，从误差理论角度上分析，观测成果不能准确反映沉降曲线的细部变化。
　　沉降观测应严格按照观测周期进行，一般建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测，大型、高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。建筑物每增高1层观测一次。如果遇到特殊情况，如施工过程中暂时停工，在停工时及重新开工时应各观测一次。停工期间，可每隔2～3个月观测一次。基础附近地面荷重突然增加、遇到大暴雨时、周围大量挖土方时都要及时进行观测。雨季前后要联测并检查水准点的标高是否有变动。
　　5水准点的影响
　　如果水准点顶端处理不善或保护不好，如顶端搁置面不平、粗糙，则每次标尺搁放情况就会不同，导致观测结果偏差大。如果水准点材料的钢度不够，则材料容易变形，导致每次观测时的标准不一样，导致结果偏差大。如果观测前未校验水准点，如果出现沉降变化，用变化了的水准点作为观测依据，结果自然偏差大。作业中可布设专用的水准点，为便于相互检查、核对，至少应设置3个或3个以上水准点，埋设地点必须稳定，避免受施工机具、车辆碰压以及杂物影响。为便于观测，水准点离被测建筑物不宜太远，一般在50～100m范围内。为防止冰冻影响，水准点应埋设在冰冻线以下0.5m处，水准点顶部应加盖保护盖。
　　6观测点的影响
　　如果观测点的点位、数量设置不合理，会影响沉降观测精度，因此选择观测点的位置非常重要。观测点应该根据建筑物的结构特点、荷重、基础形式和工程地质条件来设置，一般情况下，可沿房屋四周每隔15～30m设一个观测点，在建筑物的基础转角处、沉降缝或伸缩缝的两侧、新旧建筑物的基础连接处和地质条件变化的地方，都应布设观测点。观测点的设置应按照规范要求埋设坚固、稳定的标志。
　　7观测路线的因素
　　如果没有制定合理的观测路线，将会导致观测路线、仪器架设位置、观测距离不同，直接影响了观测结果的准确性和精度。在沉降监测中，根据沉降观测点的埋设位置，确定合理的观测路线和观测的位置，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线施测。
　　结束语
　　随着社会的发展，高层建筑的越来越多，保证高层建筑物正常施工和功能安全非常重要。技术人员只有保证了高层建筑物沉降观测第一手资料的准确性、精确性，才能在施工、竣工验收及竣工后，更科学的检验施工质量。因此，如何更好地控制水准监测的误差，是每一个测量者值得探讨的问题。
　　参考文献：
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《高层建筑沉降监测中误差分析及解决方法探讨》

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