一、引 言
建筑工程的沉降, 尤其是不均匀沉降, 将导致建
筑物的倾斜、裂缝、甚至坍塌, 因此, 建筑工程沉降观
测是建筑施工过程中一项重要的变形测量工作, 尤
其对于软土地基, 例如在天津市, 有关文件明确规
定, 所有建筑工程从±0 .00( 特指建筑物**层室内
地面的标志) 施工时起至竣工后沉降稳定时为止, 都
必须委托有资质的专业测绘单位进行观测。建筑工
程沉降观测工作可参照国家和行业的有关规范标准
进行[ 1 ～3] , 但建筑工程沉降观测方法与有关规范标
准规定的国家一、二等精密水准测量方法之间存在
着一定的差异。在实际观测过程中, 有时按照规范
标准执行时会遇到一些问题, 笔者根据多年沉降观
测的实际经验, 结合国家及行业的规范标准, 对建筑
工程沉降观测的方法作了较深入的分析研究。
二、基准点和沉降观测点的布设
建筑工程沉降观测是从一基准点开始采用精密
水准测量的方法测得建筑物上各沉降点的高程, 根
据前后两次所测同一沉降点的高程之差即可得知两
次期间这一沉降点的沉降量, 因此, 沉降观测所用的
点分为基准点和沉降点两种, 下面探讨这两种点的
布设方法。
1. 基准点的布设
建筑工程沉降观测的期限一般较长, 例如对于
天津市这样软土地基上的建筑工程, 其沉降观测的
期限约为10 年, 因此基准点的长久稳固不动是十分
重要的。然而, 在实际工作中, 为了减小因水准观测
路线过长而引起的观测误差, 建筑工程沉降观测所
用的基准点往往设置在离工地较近的旧有建筑物外
墙上, 且采用相对高程系统。这样时间久了, 由于大
规模的城区改造, 旧有建筑物可能被拆迁, 基准点将
遭到破坏, 一旦基准点被破坏, 则观测工作将被迫中
断。对此, 有关规范标准并没有明确规定沉降观测
所用的基准点必须是国家水准点, 或是与国家水准
点联测的工作基点。从上述情况来看, 为了保证沉
降观测工作的长期连续性, 设置在工地附近的基准
点只能作为工作基点, 且必须与市内较近的国家水
准点进行联测, 从而得到沉降观测点在国家统一高
程系统中的高程值。这样, 即使工作基点和与之联
测的基准点都遭破坏, 也仍可用市内国家统一高程
系统中的其他基准点恢复。
2. 沉降点的布设
国家及行业有关规范标准均规定, 沉降观测点
的布设应结合地质情况及建筑物结构特点, 以能全
面反映建筑物地基变形特征来确定。从平面设置考
虑, 沉降观测点一般布设在建筑物的四角、大转角、
沿外墙每10 ～15 m处或每隔2 ～3 根立柱的柱基
上。从纵向设置考虑, 沉降点一般布设在主体的
±0 .00 以上0 .5 m左右的外墙上较合适, 这样观测
时立尺、观测均较方便。但对于当今的建筑工程, 这
样布设时常会遇到问题, 甚至使观测工作无法进行,
例如对于目前相当普遍的带裙房的多层或高层建
测绘信息网http://www.othermap.com网友F0707提供
筑, 裙房与其主体的沉降在时间上往往不同步, 二者
的沉降量相差也较大, 因此必须各自分别布设沉降
点, 但由于裙房将建筑主体的首层外墙包围, 其主体
上的沉降观测点若布设在±0 .00 以上的首层外墙
上, 则工程竣工后, 由于此房产往往不再属于开发
商, 在裙房内的主体沉降点将难以继续观测到。另
外, 有些工程外墙用大理石或蘑菇石装饰, 则其外墙
上的沉降点标志在装修期将不可避免地被破坏, 即
使再恢复, 也影响工程外墙的美观。鉴于上述情况,
对于带裙房的建筑, 尤其是高层建筑, 可考虑将建筑
工程主体上的沉降观测点布设在常作为车库的地下
室内为宜。
三、沉降观测的实施
1. 仪器测站的设置
国家一、二等精密水准测量的规范要求在设置
仪器测站时, 前后视距差对于一等不得超过0 .5 m,
对于二等不得超过1 .0 m。然而, 观测一幢建筑物
的各沉降点时, 在视线长度要求范围内( 一等不超过
30 m, 二等不超过50 m) , 往往在一个测站上同时可
以观测到多达4 ～5 个沉降点, 如果在这一个测站上
测完这4 ～5 个沉降点, 工作效率当然较高, 但前后
视距差必然会超限。如果严格按照前后视距差的要
求, 则只得在相邻的两两沉降点之间都架设仪器设
置测站。一方面, 测站设置越多, 产生观测误差的机
会也就越大, 这样有可能因过分强调前后视距相等,
反而导致观测精度降低及工作效率下降; 另一方面,
我们知道, 规范中限制前后视距差的目的主要是为
了减小因水准仪存在i 角( 视准轴与水准管轴之间
不平行所成的夹角) 而引起的水准尺读数误差, 但一
般在沉降观测之前, 仪器i 角已严格检验校正到接
近于零, 因此前后视距差即使较大, 也不会产生显著
的因i 角而引起的水准尺读数误差。由此可见, 在
观测之前, 只要仪器i 角已严格检校, 那么这一前后
视距差的规范要求对于建筑工程沉降观测可以放宽
或不作要求。
2. 观测的操作程序
国家一、二等精密水准测量的规范要求在一个
测站上的观测程序, 对于奇站为: 后尺( 上丝、下丝、
中丝) 、前尺( 上丝、下丝、中丝) 、前尺( 辅助中丝) 、后
尺( 辅助中丝) ; 对于偶站为: 前尺( 上丝、下丝、中
丝) 、后尺( 上丝、下丝、中丝) 、后尺( 辅助中丝) 、前尺
( 辅助中丝) 。在每一个测站上观测8 个数据, 然后
再用这8 个数据计算出10 个数据, *后求得一个测
站前后视的基辅平均高差。这一观测程序对于国家
一、二等长水准路线的测量非常必要, 它可大大消除
与观测时间的长短成正比例的许多误差。
然而, 对于建筑工程沉降观测, 基准点( 或工作
基点) 离建筑物上的沉降观测点较近( 通常不超过
500 m) , 与时间长短有关的误差( 如尺垫下沉、仪器
下沉等) 并不显著, 基本上可以忽略不计。另外, 水
准尺上丝、下丝观测的目的只是为了计算视距, 若按
上述第三部分第1 节探讨的结论放宽或取消视距差
的规定, 则上、下丝的观测即为多余。故对于建筑工
程的沉降观测, 在并不降低其观测精度的前提下, 每
一测站上的观测程序可以简化为: 后尺( 基本中丝) 、
后尺( 辅助中丝) 、前尺( 基本中丝) 、前尺( 辅助中
丝) 。
3. 数据的处理方法
按照国家一、二等精密水准测量的规范要求, 通
常将测量路线布设成闭合路线, 并计算其闭合差, 其
目的是为了检查测量数据中是否存在错误或大的累
积误差。另外, 如果闭合差不超限, 则还要将其反号
后按与测段的长短成正比例地分配到路线中, 即对
每一测段的高差进行修正。
然而, 建筑工程沉降观测有其特殊性: 除**次
测量外, 其余每次都是重复测量, 由于每次都是重新
测一遍, 因此避免了因测量次数的增多而导致的误
差累积, 而且从同一点两次高差值的比较( 随本次沉
降量的大小而定, 一般不会太大) , 还可得知测量中
是否存在大的错误, 这样看来, 将沉降观测路线布设
成闭合路线的意义并不大。另外, 在一般情况下, 沉
降点不会出现上升的现象, 即沉降点的高程值总是
小于或等于前一次的高程值, 如果按照规范要求将
水准测量路线布设成闭合状, 且将闭合差强制分配
到每一测段的高差中, 反而有可能扭曲沉降点的高
程值, 使得在沉降点并未下沉的情况下出现沉降点
上升的不合理现象。
由此可见, 建筑工程沉降观测可以不采用闭合
水准测量路线, 其数据处理也不必进行闭合差分配。
如果观测时只采用简单的支水准测量路线, 在数据
处理时, 若前后两期的观测数据通过比对发现某一
沉降点的高程值异常, 则有如下两种可能的原因: 一
是测量误差太大, 二是确实出现了较大( 或异常) 的
沉降。因此若发现沉降点的高程值异常, 不要进行
误差修正, 正确的做法应该是无条件返工重测核实,
从而分辨出是测量误差太大, 还是确有较大( 或异
常) 的沉降。
四、观测周期的安排
建筑工程的沉降观测周期主要依据沉降速率的
测绘信息网http://www.othermap.com网友F0707提供
大小来安排, 而影响沉降速率的主要因素是荷载。
建筑工程在主体封顶前大量增加荷载, 主体封顶后
则荷载增加得少而慢。因此, 在安排建筑工程沉降
观测的周期时, 可分工程封顶前和工程封顶后两个
阶段来考虑。
1. 工程封顶前的周期
《建筑变形测量规程》规定: 民用建筑可每加高
1 ～5 层观测一次。由于建筑工程在主体封顶前的
施工阶段, 荷载增加很快, 沉降量也较大, 因此建议
有关规范标准明确规定每加高1 层必须观测一次,
这样可以及时掌握沉降量与荷载的关系, 尽早发现
不均匀沉降, 在沉降异常时及时调整施工方案。
2. 工程封顶后的周期
建筑工程主体封顶后至工程竣工的这一时期为
装修期, 有关的规范标准对这一阶段的观测周期未
作明确规定。由于沉降总是滞后于加载, 因此在工
程封顶后的装修期间有时会出现比封顶前更大的沉
降量, 同时, 在装修期间, 工程也会因地板、墙面的抹
灰、安装设备等而增加一定的荷载, 但这时荷载的增
加因资金、配套等因素的影响而变得无时间规律, 沉
降速率也时大时小, 对此, 其观测周期应根据前一个
观测周期所测算而得的日平均沉降值来安排
( 如表1 所示) , *后直至沉降基本稳定( 日平均沉降
值小于0 .01 mm/ d) 为止。另外, 如果观测所得的不
均匀沉降量较大, 则观测周期必须比由日平均沉降
量所定的周期要短些。
表1 封顶后的观测周期表
日平均沉降值/ ( mm/ d) 观测周期
>0 .3 半个月
0 .1 ～0 .3 1 个月
0 .05 ～0 .1 3 个月
0 .02 ～0 .05 6 个月
0 .01 ～0 .02 12 个月
<0 .01 停止