变 形 观 测
一、 沉降观测的重要性
沉降观测是建筑工程变形观测中的一项基础性的工作，这项工作显得越来越重要.。07版的建筑变形测量规范已经用黑体字把它当强条来处理了。沉降观测资料已经成了竣工验收备案的基础资料。在实际工作当中，有几个地方能凸显出它的重要性。第一是体现在房屋的纠偏过程中，在纠偏的过程中，每天需要对房屋进行多次沉降观测，提供沉降数据来指导房屋的纠偏进度和纠偏部位，如果你测的数据不准确，那很可能在纠偏过程中导致房屋开裂。。 二、 哪些情况下建筑物要做沉降观测，需要做到什么精度，是不是精度越高越好?
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中10.2.9规定，下列建筑物应在施工
期间及使用期间进行变形观测：1、地基基础设计等级为甲级的建筑物；2、复合地基或软弱地基设计等级为乙级的建筑物；3、加层、扩建的建筑物；4、受邻近深基坑开挖施工影响或受场地地下水环境影响的建筑物；5、需积累经验或进行设计及分析的工程。
这里先介绍一下地基基础设计等级的划分，所谓甲级就是：①重要的建筑物（30层以上）、②地基条件复杂的一般建筑物、③体型复杂的建筑物、④复杂地质条件下的坡上建筑物、⑤地质条件复杂及软土区二层及二层以上地下室的基坑工程；所谓丙级就是场地地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下的建筑物；乙级就是甲级丙级以外的建筑物。
水准仪有DS05、DS1、DS3、DS10、DS20等几种不同精度的仪器，其中D、S分别表示“大地”“水准仪”的汉语拼音的第一个字母，最后面的数字0.5、1、3等代表仪器的精度，即每公里往返测高差中数的中误差，DS3表示进行水准测量每公里往返测高差中数的中误差为3mm，其中DS05、DS1为精密水准仪，DS3及以下为普通水准仪。不同的水准仪技术参数是不同的。望远镜的放大倍数对于DS05的水准仪要求不小于55倍，DS1要求不小于47倍，DS3要求不小于38倍，DS10要求不小于28倍。水准管的灵敏度对于DS05的水准仪要求不小于10″/2mm，对于DS1的水准仪要求不小于10″/2mm ，对于DS3的水准仪要求不小于20″/2mm，对于DS10的水准仪要求不小于20/2mm .
对于一栋需要做沉降观测的建筑物，我们拿一个DS3的水准仪来做行不行，肯定是不行的，为什么这么说呢？任何测量都是有精度要求的，精度的要求是根据观测的目的来确定的，沉降观测的目的是为了使变形不超过某一容许的数值而确保建筑物的安全，观测的中误差应小于允许变形值的1/10~1/20，现在我们来计算一下观测一栋七层的房屋需要什么样的精度。
例1：设该建筑物的高H=21m，基础宽D=12m，设计时允许倾斜率<=4‰，（见《建筑地基基础设计规范》），试确定监测该建筑物安全时，沉降观测的精度要求。 解：顶部允许偏移量 Δ容＝2H＝4‰╳H╳103＝84mm，允许误差取容许偏移量的1/20，则fΔ=84╳1/20=4.2mm，取2倍中误差作为容许误差时，观测中误差mΔ=1/2╳fΔ=2.1mm,当利用测定基础两端的不均匀沉降量来计算倾斜度时，则相对沉降观测中误差m沉=D/H╳mΔ=1.2mm。
例2、某大楼高为18层，两沉降点间距为10m，设差异沉降最大空话值为2/1000L，试计算沉降量观测中误差。
解：Δ容＝2/1000╳H╳103＝20mm，取1/20Δ容为差异沉降观测容许误差时，则fΔ＝Δ容╳1/20=1mm，则差异沉降观测中误差mΔ=1/2╳fΔ=0.5mm。
在沉降观测过程中，是不是精度越高越好，那倒不一定，精度越高，成本越高，能够满足我们观测的目的就行了。
三、 沉降观测中应当注意的问题
1、 在我们手头上有两本规范，一是《工程测量规范》（50026-2007），另一本是《建筑
变形测量规程》（JGJ8-2007）,首先讲一下这两本规范的区别。一是内涵不一样，《工程测量规范》包含的范围更广，《建筑变形测量规范》只是工程测量规范的一个章节；其次，即便是相同的章节，规定也有所不同，例如工程测量规范中对沉降观测的等级划公为一、二、三、四等，而变形测量规程中对沉降观测的等级划分为特级、一、二、三级，且两者具体技术指标也不完全相同，在工程测量里面“等”具有高级控制低级的功能，在变形测量里“级”主要反映精度档次，建筑变形测量属小范围高精度测量，与工程测量中大面积的水准测量是有所不同的。
2、 基准点的埋设 在沉降观测过程中，我们是在以基准点作为一个假定的不动点来监测观测点的变形，如果这个不动点也动了的话，那么整个观测的结果就会变得乱七八糟，所以基准点的埋设位置、数量就显得很重要了，根据规范，基准点不得少于3个，如果只有两个基准点，当你测它们之间的高差与初始高差不一致时，你就无法判定到是哪一个基准点发生了变动，基准点离被观测建筑物最短距离不小于30～50m且大于3到5倍被测建筑物基桩底深度为宜。关于基准点，记住七个字就行了：深埋、远埋、点之记。基准点要做得好，要么你就埋深点，要么埋远点。另外，我们在埋设基准点时一定要清楚的标明点名、点位略图及与周边固定地物的相关尺寸，这就是测量学中所谓的“点之记”，对于我们以后的每次观测提供方便。 3、 观测点的布置与埋设
①、观测点一般布置在建筑物的四角及沿外墙每10～15米处或每隔2～3根柱子上，②沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处，人工地基与天然地基接壤处，③宽度大于等于15米或小于15米而地质条件复杂的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，观测点的材料推荐使用隐蔽式的观测点，这种观测点优点是施工期间不易被破坏，可靠度比较高，缺点就是成本有点高。
4、 观测的频率次数
关于这一点两本规范都有规定，对于使用阶段的观测次数，《建筑变形测量规范》是这样规定的，应视地基土类型和沉降速度大小而定，除有特殊要求外，一般情况下，可在第一年观测3~4次，第二年观测2～3次，第三年以后每年1次，直至稳定为止，观测期限不少于如下规定，砂土地基2年，膨胀土地基3年，粘土地基5年，软土地基10年，《工程测量规范》中规定，使用阶段的观测周期，可根据建筑物的稳定情况确定，开发商建好房子就要验收了，不可能等你几年后再出报告，再说建筑物的沉降稳定了，也没有必要非要去套时间上的规定，有时开发商为了降低成本，在签订合现时，随意删减观测次数，而一栋建筑物的最少观测次数，规范是有明确规定的，《工程测量规范》第9.5.6条中明确规定，对于多层建筑，观测总次数不应少于5次。
5、 沉降观测成果报告中的两个问题 一是观测成果中的数定取位要求，《建筑变形测量规程》事表7.5.1规定：对一、二级沉降观测，高程和沉降值应取到0.01mm，这样规定很容易判定数字的有效倍数和仪器的精度，有些同志把闭合差相对高程中小数点后的数字一大串，好像精度很高似的，精度不是这样子来提高的。二是有些沉降观测报告中，本次沉降的沉降量的“＋”“—”号用错。主要原因有两点。一是在水准测量中，高差是用后减前得出的。所以沉降也用后减前。二是受测绘界的影响。大家仔细比较一下范《工程测量规范》和《建筑变形测量规程》就会发现，沉降观测是建筑界的常用叫法，测绘界叫垂直位移观测，大家仔细看一下《建筑变形测量规范》中5.5.5条第4款：沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定，对于一般观测工程，若沉降速率小于0.01～0.04mm/d，可认为已进入稳定队段，请注意新规范在这里是有变化的。说的是沉降速率，速度是矢量，有大小有方向，速度是标量，只有大小没有方向，既然是沉降观测，沉降就已经规定了方向是向下的。
6、 对于大型项目（超高层建筑）应注意的问题
要想使观测结果更准确，有两种方法，第一种方法是深埋水准基点，要埋多深？埋多深要参照该建筑物的地质报告。第二种方法是进行大面积的国家高程基准点联测，来确定工作用水准基点的下沉量。
7、 大型小区沉降观测应注意的问题 如果一个小区有十几栋房屋，而你只布置了三个水准基点的话，那你测出的数据会显得杂乱无章，要解决这个问题，一个简单的办法就是多埋水准基点，把一个小区划分为二个或多个基准网。
8、 精密水准仪中测微器的构造
由于精密水准的使用越来越普及，有必要重点介绍一下精密水准仪的构造，为了免去尺上厘米以下分划的估读，进一步提高读数精度，精密水准仪具有平行玻璃板测微装置，由平行玻璃板、测微尺、传动杆和测微镙旋等物件组成，平行玻璃板装在物镜前，它与测微分划片之间用带齿条的传动杆连接起来，当旋转测微螺旋时，传动杆推动平行玻璃板，使绕旋转俯仰倾斜，转动测微螺旋可使水平视线在5mm（或10mm，水准尺的分划有5mm与10mm）两种范围内作平行移动，测微分划尺有100个分格，故测微分划尺的格值为0.05mm（或0.1mm，可估读到0.01mm），在这里我们一定要注意，使仪器测微器的分划与铟钢尺的分划相对应，如果仪器的测微器是5mm分划的，铟钢尺的分划一定要用5mm的，如果用10mm分划的铟钢尺，那你没法读数（测微器的锲形丝不能正确卡位），如果仪器的测微器是10mm分划的，而你用5mm的铟钢尺，那测微器的锲形丝一次可以卡住两个分划读数，你不知道该用哪个读数。
9、 如何正确认识沉降观测中出现的负值？
在沉降观测过程中，我想大家肯定碰到过出现负值这种情况，是不是出现负值就都是测错了呢？哪些情况下出现负值是正常的，哪些情况是不正常的？以下几种情况下容易出现负值：1、基准点下沉；2、观测点上水泥砂浆未清除干净；3、两次观测中主尺误差。并非出现负值就是测量错误，只要负值在规范规定的误差限值内都是正常的，还有一种情况非常容易出现负值：当我们对某一建筑物进行纠偏时，由于观测的频率高（一天两次或更多），对于被纠偏的建筑物每天有沉降，多数情况下我们也在监测邻近建筑物的沉降，这时邻近建筑物上的观测点接近于一个不动点，这个时候就会出现负值，这是正常的。
四、 沉降观测中的误差分析 1、 观测误差
①、水准管气泡居中的误差，首先介绍一下水准管气泡灵敏度的概念，在水准管的表面-刻有2mm间隔的分划线，如上图所示，水准管上两相邻分划线，的圆弧（弧长为2mm）所对的圆心角，称为水准管灵敏度，灵敏度的实际意义就是当气泡移动2mm时，水准管所倾斜的角度。设水准管灵敏度为10″/2mm，（DS05、DS1这类精密水准仪在仪器标定时必须达到的要求），视线长度为50m，如果气泡偏离居中0.5格，则由于气泡不居中而引起的读数误差为：0.5╳10/206265╳50╳10^3=1.21mm。
2、照准误差 ○
人眼的分辨能力约为60″，用望远镜观察可提高2倍，即用望远镜可能产生的照准误差为60″/2，由此引起的读数误差为mv?3、水准尺上的估读误差 ○
60''?50?10340?206265?0.36mm
估读误差与望远镜的放大率和视线长度有关，放大率高，读数误差就小，视线长，误差就大一些。
2、 水准尺倾斜误差Li
。
水准尺扶的不直，总是使读数增大，我们的平均身高按1.6米计算，当尺子倾斜3时，引起的读数误差为1.2mm，这个数值大家利用三角函数可以自己算一下。
3、 水准尺、水准仪下沉
如果安置仪器和主尺的土壤松软，仪器和尺子会随时间下沉，消除的方法一就是将仪器和尺子放置在坚实的地面上，二是加快观测整度。 4、 仪器误差
i角误差超标，先介绍一下i角误差的概念，这是一个非常重要的概念， i角误差就是视准轴不平行与水准管轴的误差，前后视距差越大，i角误差对高差的影响就越大，这就是我们在测量中保持前后视距相等的原因。下面介绍一下自我校验仪器的i角误差是否超标的方法：
如上图所示，在平坦的地面上选A、B、C三点，大致在一直线上，并使AB=BC=80m，在A、B打下木桩或放尺垫，先将仪器放置在C点，在A、B两点立尺，分别在A、B点读得读数a1、b1，则h=b1-a1（一般测两次高差取平均值），接着将仪器搬到靠近B点，使望远镜的目镜距水准尺3～5m，整平仪器后，在水准尺上读数b2、a2，如果b2-a2=b1-a1，则视准轴平行于水准管轴，对于DS1级仪器，i角误差的限值为10’’，则如果差值超过
80?10?tan310''3600?3.87mm，则i角需要校正。
5、 沉观观测中的闭合差分配
通过多余观测值求出未知量的最或然值（最可靠值）和评定测量结果的精度（质量），这些都是测量平差的任务，对于一个未知量的平差称为直接平差，它分为等精度直接平差和不等精度直接平差，我们在沉降观测过程中，在闭合水准路线的闭合差满足测量等级要求情况下，如何进行误差分配呢？一种做法是将闭合差反符号平均分配到每个测站点，这种做法对但不准确，因为我们在实际观测中不可能保证每个测站相等，因此每个测站的权不相等，这属于是不等精度的直接平差，准确的做法是先计算出该路线的高差闭合差，然后计算单位长度的高差改正数，针测得高差加上相应改正数，即得改正后高差，最后计算点相对高程。
