高层建筑物的变形监测及精度分析

1.1引言
变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中发生变化。所谓变形监测，就是利用测量仪器与专用仪器和方法对变形体的变形现象进行监视观测的工作。其任务是在确定各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。自然界的变形危害现象很普遍，如地震、滑坡、地表沉陷、溃坝、桥梁和建筑物垮塌等等。就地学和工程领域中的变形来说，当变形量不超过一定的范围时，会被认为是允许的，但如果超出了允许值，则可能引发灾害。这些灾害的发生，严重地危害了人类的生命财产安全，世界各国每年都因此而遭受巨大的损失。由于许多自然灾害的发生都与变形有着密切的关系，所以变形监测研究成了国内外有关学者给予高度关注的问题。由于各类建筑物与日常生活息息相关，一旦出现安全事故，将给人民的生命财产造成损失。要预防这些灾害的发生就必须对建筑物的变形进行监测，总结出变形发生的规律和原因，对于可控制的变形，力求控制变形发展的方向;对于不可控制的变形，则预测变形的大小，分析变形给建筑物造成的影响，以采取措施减小可能发生的灾害造成的影响，这些工作都属于建筑物变形监测研究的范畴。具体的说，建筑物的变形监测主要可以分为以下三类:
(1) 工业与民用建筑:主要包括基础的沉降观测与建筑物本身的变形观测。基础的变形监测主要内容是基础的均匀沉陷与不均匀沉陷;建筑物本身的监测主要包括自身的倾斜和裂缝观测。对于高层或超高层建筑以及一些重要建筑物，还要对其进行动态观测，如在日照或台风中振动幅值、频率、挠度等。
(2) 地下工程：主要包括隧道、深基坑(大于7米)等。其中隧道除了对隧道本身的变形进行监测外，还要对由于隧道开挖引起的地面沉降、地面建筑变形(主要为沉降和倾斜)进行监测;深基坑施工监测内容主要包括周边环境变形监测和基坑围护体系监测两大类。其中周边环境变形监测包括周边建筑物沉降、地下管线沉降、地表沉降等;基坑围护体系(包括基坑支护、土体、水力系统)监测包括围护墙顶沉降、围护墙顶位移、围护墙深部水平位移、立柱牙隆沉、支撑轴力监测、坑外地下水位监测、土压力监测、孔隙水压力监测、土体分层沉降等。
(3) 水工建筑物:主要为各种大坝。对于土石坝，重点是观测其水平位移，垂直位移、渗透以及裂缝；混凝土大坝重点观测水平位移、垂直位移和伸缩缝的变形。科学、准确、及时地分析和预报工程及工程建筑物的变形状况，对工程建筑物的施工和运营管理极为重要。例如隔河岩大坝变形GPS自动化监测系统在1998年长江抗洪错峰中发挥了巨大作用，确保了安全度汛，避免了荆江大堤分洪带来的灾难性后果。在变形监测中，变形数据具有信息众多和周期长等特点，传统的管理系统与处理方式己经不能满足研究的需要。因此，需要建立一个适应于不同类型的、不同时空的、不同性质的多源、多维监测数据的采集、存储、综合分析与表达的建筑物变形监测分析系统，而常规的建筑物变形监测系统是无法满足上述要求的。
1.2 国内外研究现状
目前建筑物变形监测，由传统的单一监测手段向点、线、面立体交叉的空间模式发展。但传统的全站仪、精密水准测量仍然是高精度变形信息获取的主要方法。纵观国内外数10年变形监测方法的发展，建筑物变形监测技术主要有下几个方面:
(1)测量机器人，也称是全自动跟踪全站仪。它为建筑物变形的自动监测提供了一个很好的技术手段，实现了一定范围内的无人职守、全天候、全方位的自动监测。使用这种技术可以达到亚mm级精度。
(2)摄影测量技术。利用摄影测量的方法进行建筑物变形监测，通过内业量测和数据处理得到变形体的2维或者是3维坐标，比较不同时刻相同目标点的位移情况。通过对摄影的相片转换成数字影像或直接用CCD相机获得变形体的数字影像，再利用数字影像处理技术和数字影像匹配技术获得同名像点的坐标，进而获得变形点的坐标，这种处理方式将在变形监测中发挥越来越大的作用。
(3)全球定位系统GPS的应用是测量技术的一项革命性变革。在建筑物变形监测方面，应用GPS测量不仅具有精度高、速度快、操作便捷等特点，而且利用GPS和计算机技术、数据通讯技术及数据处理与分析技术进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程网络实时监控的目的。前GPS用于变形监测测量平面位置精度可达1-2mm，高程精度可达2-3mm,目前在变形监测领域GPS正朝着一机多天线技术和伪卫星定位技术的方向发展。
(4)合成孔径雷达干涉测量。合成孔径雷达干涉测量 (SynthetioAPerture
Radar， Interi贻rometry，InSAR)，是一种新型的极具潜力的空间对地观测技术。InSAR技术使用星载或者机载雷达信号的相位信息提取地球表面三维信息，能全天候、全天时地获取大面积地面精确三维信息。目前，在hiSAR基础上扩展的差分干涉技术 (differentialInSAR，d一InSAR)和GPS/InSAR集成技术，己在研究地震变形、火山运动、冰川漂移、城市沉降、山体滑坡、大坝监测等方面表现出极好的前。
(5)三维激光扫描技术。它是上世纪九十年代中期激光应用研究的又一项重大突破。通过高精度，高密集对监测对象进行立体空间面状扫描，获取监测体的整体数据，通过定期或周期对监测体的扫描数据对比分析，做出对检测对象的正确评估。目前国外已在该领域做了大量的研究，例如:OPTECH公司完成的韩Hoengscong水利大坝监测和瑞典Porjus水利大坝利用三维激光扫描技术的可行性研究，其研究结果均表明利用该项技术对坝体结构的监测，精度可以达到毫米的水平。
1.3 本文研究的主要内容
本文首先论述的是高层建筑物变形监测特点、技术应用领域、监测内容及分类；紧接着探讨高层建筑物的变形观测方案设计及数据处理；最后依据数据处理结果作为高层建筑物变形分析的重要依据，从而更好预防建筑物出现不均匀沉降，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，也为以后的勘察设计提供可靠的资料及相应的沉降数据。主要研究内容如下：
（1）广泛查阅资料，初步分析和探讨高层建筑物变形监测的内容、分类；
（2）深入分析和探讨高层建筑物的沉降观测和主体倾斜观测方案设计方法和分析处理数据处理技巧；
（3）探讨变形数据对建筑物变形的影响及更好的预防和发现高层建筑的变形来源
第二章建筑物的变形监测简介
一、变形观测的定义
变形观测是指对特定的建（构）筑物在其荷载情况下，在其外部周围（不受影响）布设观测网作为基准点，在观测建（构）筑物上布设观测点，定期地测量观测点相对基准点的变化量，对其定期观测的数值进行比较，了解观测物的变形随时间的发展情况，测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下，一定时间段内所产生的变形量及其数据的分析和处理工作。内容主要包括沉降、倾斜、位移、挠曲、风振等变形观测项目。
二、变形观测的目的
从宇宙中的星球到我们生活的地球及其地区、城市，甚至一个具体的建筑物以至物体的构件都存在着变形。变形总是存在的，但变形超过一定的限度会给我们的生命和财产带来危险。一个工程从施工开始到竣工，以及建成运营后很长一段时间，高楼（沉降）、大坝（位移）、高烟囱（倾斜）等变形是不可避免的，因而，变形观测的一个重要目的在于检查各种工程建筑物和地质构造的稳定性，对变形进行几何分析，掌握规律，预测预报变形，达到工程安全运行的目的。变形观测的另一个重要的目的是科学研究，对变形进行解释，验证工程建筑物的设计理论及地壳运动的假说和地质勘察资料和设计数据的可靠程度，研究变形的原因和规律，改进工程建筑物设计，建立正确的变形预报的理论与方法。
一、变形观测的特点
1 精度要求高。与其他测量工作相比，变形观测要求的精度高。用于实用的目的，一般要求精度达到1mm。在对建筑物变形观测中，为了准确地反映出建筑物的变形情况，测量的误差应小于变形量的1/10～1/20。
2 重复观测。变形观测网必须相隔一定时间进行重复观测，只有重复观测，才能从观测点坐标或高程的变化中发现变形。
3 严密地进行数据处理。有许多变形体的变形都较小，有时与测量误差有相同的数量级，故要对变形数据进行严格的平差，运用一些办法从含有观测误差的观测值中分离出变形信息。
4 与多学科相联系。变形观测工作不仅需要测量知识，还需要与土木工程和动力学工程等学科知识。
5．责任重大。由于变形量都是微小变化，它要求一丝不苟的认真工作，从带有误差的观测值中找出变形观测的规律，及时预报危害变形，使人们避免灾害，保证人们的生命和财产安全，因而变形观测责任重大。
二、变形观测的技术应用领域
伴随着时代的发展，变形观测的技术从常规的大地测量技术到现代的新科学技术方法，在不断更新进步。目前，变形观测技术包括常规大地测量技术、特殊变形测量技术、摄影测量技术和GPS技术。
1．常规的大地测量技术与特殊测量手段
常规的大地测量技术是应用水准测量的方法，通过测定高程、角度和边长或坐标来测定变形的技术。监测主要是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值，其主要观测内容包括精密高程测量、精密角度测量、精密距离测量等。其优点主要表现在能够提供变形体整体的变形状态；灵活性大，能适用于不同的监测精度要求、不同形式的变形体和不同的外界条件；观测量通过组成网的形式可以进行测量结果的校核和精度的评定，可以提供绝对变形信息。其缺点主要表现在观测时间长，外业工作量大, 布点受地形条件影响大,不易实现连续监测和自动化监测；在有些地方由于受到地形和外界条件等限制, 其工作效率和精度往往受到很大的影响。特殊测量手段也称传感器与激光技术测量，包括应变测量、准直测量和倾斜测量。它具有测量过程简单，可监测变形体内部的变形，容易实现自动化和连续监测等优点。但是，通常只能提供局部的和相对的变形信息。
2．摄影测量技术
摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。与其它变形监测技术相比较,摄影测量的优势体现在可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系；可用于规则、不规则或不可接触物体的变形监测；像片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析；监测工作简便、快速、安全等。近几年发展起来的数字摄影测量和实时摄影测量在建筑物及滑坡等变形监测中的成功应用,为摄影测量在变形监测中的应用开拓了更加广泛的前景。但由于摄影距离不能过远,且大多数的测绘部门不具备摄影测量所需的仪器设备,因而摄影测量技术在变形监测中的应用尚不普及。
3．GPS测量技术
全球定位系统的应用给测量技术带来一场深刻的革命。由于GPS测量具有测站间无需通视、高效、高精度、快速、全天候、可实现无人值守、能同时测定点的三维位移等优点，所以在近年来GPS技术在变形监测中已获得越来越广泛的应用。如用于大地形变监测与地震预报、大坝变形监测、地表沉降观测、山体滑坡变形监测、高层建筑物形变监测等。利用GPS 技术, 可实现数据采集、数据处理以及变形分析的自动化。目前,采用GPS定位技术进行精密工程测量和大地测量,平差后控制点的平面位置精度为1mm～2mm ,高程精度为2mm～3mm 。据相关资料介绍,国外从20世纪80年代开始用GPS进行变形监测。自90年代以来,世界上许多国家纷纷布设地壳运动GPS监测网,为地球动力学研究和地震与火山喷发预报服务。例如,日本国土地理院从1993年开始了GPS连续观测网的筹建工作,到94 年日本列岛已建立由210个GPS 连续观测站组成的连续监测系统(COSMOS) ,目前的观测站总数已发展到1000多个。该系统于1994 年10月1日正式起用,10月4日就监测到北海道东部近海8.1级大地震,并清晰地记录了地震前后的地壳形变。此后,又成功地捕捉到三陆远海地震及兵库县南部地震的地壳形变。1995 年1月17日16时35 分,在日本阪神7.2 级大地震后,该系统在进行快速、准确、精细地监测与分析地壳运动方面起到了很大的作用。
2.3.1 建筑物的变形监测主要内容
建筑物变形观测主要内容包括以下几点：
1．基准点设置　
为了在变形观测中测定绝对位移，选择不变动的基准点是很重要的。基准点一般分工作基准点和基准点两级。工作基准点设置在建筑物附近的稳固位置，直接用于测定观测点的位置变化；基准点一般选在变形范围外远离建筑物的地区。沉降观测的基准点通常成组设置,用以检核工作基准点的稳定性。其检核方法一般采用精密水准测量的方法。位移观测的工作基准点的稳定性检核通常采用三角测量法进行。由于电磁波测距仪精度的提高，变形观测中也可采用三维三边测量来检核工作基准点的稳定性。在基准线观测中，常用倒锤装置来建立基准点。这种装置是把不锈钢丝的一端固定在一个锚块上，将此锚块用钻孔的方法浇固在基岩中。不锈钢丝的另一端同一浮体相连接，钢丝被拉紧而处于竖直位置，以它作基准，用坐标仪可以测定工作基准点的位移。变形观测中设置的基准点应进行定期观测，将观测结果进行统计分析，以判断基准点本身的稳定情况。
2．沉降观测
沉降观测是指测定建筑物或其基础的高程随时间变化的工作。建筑物在施工和运营期间，对埋设在基础和建筑物上的观测点，定期用精密水准测量的方法测定它们的高程，比较观测点不同周期的高程即可求得其沉降值。有时也可用地面立体摄影测量的方法及液体静力水准测量的方法测定沉降值。在液体静力水准测量中，可采用探针探测液面高程，也可采用将液面高程的变化用传感器输出等方法实现自动化观测。
3．位移观测
位移观测是测定建筑物上某些点的平面位置随时间变化的工作。建筑物位移可能是任意方向的，也可能发生在某一特定方向。任意方向位移的测定常用前方交会法，或地面立体摄影测量的方法测定；对某些不宜用交会法观测的建筑物，也可采用导线测量方法，位移值均由比较不同观测周期所得的观测点坐标求得。特定方向位移的测定常用基准线法，即以垂直于位移方向的固定不变的铅垂面为观测基准面，定期测定建筑物相对于它的偏离值，以计算位移值。此外，水平位移的测量，可采用边角交会法、极坐标法等。还可采用视准线法，此法的观测基准面由经纬仪的视准线和仪器竖轴建立。根据测定观测点偏离值的方法不同，视准线法又分为测小角法和活动觇牌法。20世纪60年代初，又采用了以激光束代替经纬仪视准线的激光经纬仪准直法和利用光干涉原理的波带板激光准直法。这些方法虽然大大提高了照准精度，但仍不能克服大气折射的影响。在某些特定条件下，可采用引张线法，即用拉紧的钢丝作为基准线。近年来在激光准直法和引张线法中已采用光电传感技术，实现了观测的自动化。
4．裂缝观测
裂缝观测是测出建筑物因基础有局部不均匀沉降而使墙体出现的裂缝。一般在裂缝两侧设置观测标志，定期观测其位置变化，以取得裂缝的大小和走向等资料。建筑物、构筑物和水坝的裂缝观测，宜在裂缝两侧设置观测标志，对于较大的裂缝，至少应在其最宽处及裂缝末端各布设一对观测标志。裂缝可直接量取或间接测定，分别测定其位置、走向、长度和宽度的变化等。
5．挠度观测
挠度观测是测定建筑物受力后挠曲程度的工作。观测方法是测定建筑物在铅垂面内各不同高程点相对于底部的水平位移值。高层建筑物通常采用前方交会法测定。对内部有竖直通道的建筑物，挠度观测多采用垂线观测，即从建筑物顶部附近悬挂一根不锈钢丝，下挂重锤，直到建筑物底部。在建筑物不同高程上设置观测点，以坐标仪定期测出各点相对于垂线最低点的位移。比较不同周期的观测成果，即可求得建筑物的挠度值。如果采用电子传感设备，可将观测点相对于垂线的微小位移变换成电感输出，经放大后由电桥测定并显示各点的挠度值。
6．倾斜观测
倾斜观测是测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力不均匀而产生垂直偏差。建筑物（构筑物）主体的倾斜观测，通常测定顶部及其相应底部观测点，定期观测其相对位移值，也可直接观测顶部中心点相对于底部中心点的位移值的偏移值。对整体刚度较好的建筑物的倾斜观测，可采用基础差异沉降推算主体倾斜值。
7．振动观测
振动观测是对于高层建筑物和机械设备往返摆动情况的观测工作。高层建筑物在风力、日照和温度的影响下,某些机械设备在动荷重的状态下,都会发生动。传统的变形观测方法无法满足这方面观测的要求。利用光电系统可以将观点坐标自动记录在纸带上，从而求得建筑物的振动频率和振幅大小。自动倾斜仪能将精密水准气泡的微小倾斜转换成电信号输出，可用于观测转动角的往返变动。利用电子水准器同时测定不同高度的转动角，通过换算可以求得建筑物顶点的振动。
8．资料整理和分析　
变形观测资料的整理，通常是将各种变形值编绘成各种图表，如变形值过程线和建筑物变形分布图等。这些图表可用于初步了解建筑物的状况、变形规律，判断建筑物的运营是否正常。
变形观测资料的分析，包括验证变形是否存在，分析产生变形的原因，推求变形值同影响因素之间的函数关系。对于前者主要用统计检验方法；对于后者，多应用回归分析方法，求得的函数关系称为回归方程。回归方程不仅可用来定量分析变形的规律，还可以作变形预报。
此外，还有对滑坡进行的滑坡观测等等一些观测，不同的观测对象和变形观测目的，变形观测的内容不相同。但是不同的观测体，其变形观测的主要的内容是基本一样的。
2.3.2 建筑物的变形监测分类
变形观测从观测类别可分为：建（构）筑物地基和基础变形观测和建（构）筑物变形观测。
1．建（构）筑物地基和基础变形观测：
① 基坑回弹测量
② 地基分层沉降测量
③ 建筑物的沉降测量
2．建筑物上部变形观测有：
① 沉降观测 ② 位移观测 ③ 裂缝观测
④ 挠度观测 ⑤ 倾斜观测 ⑥ 振动观测
沉降观测、位移观测、裂缝观测、挠度观测、倾斜观测、振动观测等，其都与建（构）筑物的安全性、不稳定程度有关。除了以上观测种类外，对于滑体我们还要进行滑坡观测等。为了我们的生命和财产安全，我们必须对周围变形体的变形做出正确的判断。
2.4 高层建筑物的变形监测技术发展前景
随着社会的进步，科学技术的飞越，变形观测技术和方法正在由传统的单一监测模式向点、线、面立体交叉的空间模式发展。在变形体上布置变形观测点,在变形区影响之外的稳定地点设置固定观测站，用高精度仪器定期监测变形区内网点的三维位移变化是获得变形体变形的一种行之有效的外部监测方法。这些技术和方法也将伴随着社会的发展，而不断的发展。
一、地面观测技术及其发展趋势
① 在20世纪80年代以前,变形观测主要是采用常规大地测量和某些特殊测量技术。常规大地测量是采用经纬仪、水准仪、测距仪、全站仪等常规测量仪器测定点的变形值,它是目前变形观测的主要手段。在大多数国家中,传统的常规大地测量方法仍然是人类进行工程建筑物变形监测的主要手段。而且在一些有关的技术领域内,其他技术尚无法替代传统的常规大地测量方法。所以传统的测量方法,在国民经济建设中仍有巨大的作用。特殊测量手段包括应变测量、准直测量和倾斜测量,它具有测量过程简单、可监测变形体内部的变形、容易实现自动化监测等优点,但通常只能提供局部的和相对的变形信息。
② 地面测量技术发展方向的代表是测量机器人，其在工程测量和三维工业测量以及变形监测等领域正越来越广泛地得到应用。比如在小浪底外部变形监测中的应用,其试验成果明显优于常规方法。
二、摄影测量方法及其发展趋势
① 摄影测量技术包括地面摄影测量技术和航空摄影测量技术。近十年来,近景摄影测量在隧道、桥梁、大坝、滑坡、结构工程及高层建筑变形监测等方面得到了很好的应用。与其它变形监测技术相比较,近景摄影测量的优点体现在：可在瞬间精确记录下被摄物体的信息及点位关系；可用于不规则或不可接触物体的变形监测；像片上的信息丰富、客观而又可长期保存,有利于进行变形的对比分析；监测工作简便、快速、安全。
② 近些年来，随着计算机技术的飞速发展，摄影测量已进入了数字摄影测量新时代。数字摄影测量通过将摄影的相片转换成数字影像或用特殊摄影机直接获取被摄物体的“数字影像”，然后利用数字影像处理技术和数字影像匹配技术获得同名像点的坐标，进而计算对应物点的空间坐标。近几年来，数字摄影测量技术也在建筑物及滑坡等变形监测中得到了成功的应用，并显示出良好的应用前景。
③ 伴着时代的发展，地面摄影测这种新技术将会在变形监测中发挥越来越大的作用。
3． GPS测量技术及其发展趋势
① 全球定位系统的应用是测量技术的一项巨大变革。在变形监测方面，与传统方法相比较，GPS技术不仅具有精度高、速度快、操作简便等优点，而且利用计算机技术、数据通信技术及数据处理与分析技术等进行集成，可实现从数据采集、传输、管理到变形分析及预报的自动化，达到远程在线实时监控的目的。
② 近些年来，随着GPS卫星定位技术的发展和精度的提高，使GPS技术在变形监测方面得到了广泛的应用，特别是在板块运动、地表沉降、大坝自动化监测、陆海垂直运动监测、滑坡监测等方面，获得了令人满意的结果和精度，为管理和决策提供了重要的依据。随着技术的进步，建立GPS变形监测在线实时分析系统，建立“3S”集成变形监测系统，建立GPS与其它变形监测技术集成组合的综合变形监测系统等这一些，都是GPS 技术在变形监测方面的未来发展趋势。以后GPS技术在变形监测方面将有更长远的发展。
第三章高层建筑物的变形观测方案设计
高层建筑从施工准备起，到全部工程竣工后的一段时间内，应按施工与设计的要求，进行沉降、位移和倾斜等变形观测。一般分两部分：一部分是观测高层建筑施工造成周围邻近建(构)筑物和护坡桩的变形以及日照等对建筑物施工影响的变形，以保证安全和正确指导施工，这是直接为施工服务的变形观测；另一部分是在整个施工过程中和竣工后，观测高层建筑各部位的变形，以检查施工质量和工程设计的正确性，并为有关地基基础与结构设计反馈信息。由于各种因素的影响工程建筑物以及其设备的运营过程中，都会产生变形。这种变形如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工和运营期间，必须对它们进行变形观测。
一、测量执行的技术标准
1、《工程测量规范》（GB 50026-93）
2、《建筑变形测量规程》（JGJ/T 8-97）
3、《国家一、二等水准测量规范》（GB90204-92）
二、精度要求
根据工程的实际情况，及此次变形观测的目的，本次变形观测精度要求应符合《工程测量规范》
变形测量的等级划分和要求表1
变形测量等级垂直位移测量水平位移测量使用范围
变形点的高程中误差(mm) 相临变形点高差中误差(mm) 变形点的点位中误差(mm)
一等 ±0.3 ±0.1 ±1.5 变形特别敏感的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物、重要古建筑精密工程设施等
二等 ±0.5 ±0.3 ±3.0 变形比较敏感的高层建筑、高耸构筑物、古建筑重要工程设施和重要建筑场地的滑坡监测等
三等 ±1.0 ±0.5 ±6.0 一般性的高层建筑、工业建筑、高耸构筑物滑坡监测等
四等 ±2.0 ±1.0 ±12.0 观测精度要求较低的建筑物、构筑物和滑坡监测等
垂直位移监测网的主要技术要求表2
等
级
相邻基准点高差中误差(mm) 每站高差中误差(mm) 往返较差、附合或环线闭合差(mm) 检测已测高差较差(mm) 使用仪器、观测方法及要求
一
等
0.3 0.07 0.15 0.2 DS05型仪器，视线长度前≤15mm,前后视距差≤0.3mm，视距累积差≤1.5mm。宜按国家一等水准测量的技术要求施测
二
等
0.5 0.13 0.30 0.5 DS05型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施测
三
等
1.0 0.30 0.60 0.8 DS05型仪器或DS1型仪器，宜按本规范二等水准测量的技术要求施测
四
等
2.0 0.70 1.40 2.0 DS2型仪器或DS3型仪器，宜按本规范三等水准测量的技术要求施测
沉降观测点的精度要求和观测方法表3
等级高程中误差(mm) 相邻点高差中误差(mm) 观测方法往返较差，附合或环线闭合差(mm)
一等 ±0.3 ±0.15 按国家一等精密水准测量外，尚需设双转点，视线≤15m，前后视视距差≤0.3m，视距累积差≤1.5m；精密液体静力水准测量；微水准测量等 ≤0.15
二等 ±0.5 ±0.30 按国家一等精密水准测量；精密液体静力水准测量 ≤0.30
三等 ±1.0 ±0.50 按本规范二等水准测量；液体静力水准测量 ≤0.60
四等 ±2.0 ±1.00 按本规范三等水准测量；短视线三角高程测量 ≤1.40
由变形测量的等级划分和要求，根据本工程具体情况，可将本餐厅的变形观测划为第三等级，其精度要求按相应规定来要求。观测点高程中误差为±1.0 mm，相邻点高差中误差为±0.50 mm。观测技术要求按照《工程测量规范》二等水准测量的技术要求来施测。
三、仪器准备
为了满足本次观测精度要求，所用测量仪器为：精密水准仪加测微器与铟瓦钢尺配合组成精密水准仪，即DSZ2精密水准仪＋FS1平板测微器＋BGYCH铟瓦水准标尺+TC2003全站仪。

一、必须资料
主要收集资料：高层建筑物周围测区的地形图、行政区划图、交通路线图等；有关居民、交通运输、物资供应、地质、水文、地震、气象、土壤、冻结及地下水位深度等资料；已有的水准测量成果资料，包括路线图、点之记、技术总结、成果表等等。
二、定性分析
① 在对沉降观测法监测高层建筑物变形进行分析之前，要对层建筑物变形产生的原因进行探究，只有这样才能根据原因采取监测的措施。高层建筑物发生变形的原因主要有两方面，一是自然条件及其变化，即高层建筑物地基的工程地质，水文地质及土壤的物理性质等；二是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重，高层建筑物的结构，型式及动荷载（如风力、震动等）。此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理等方面工作做得不合理还会引起建筑物产生额外的变形。针对以上各种变形产生的原因，沉降观测法可以根据变形产生的原因而做出正确、有效的监测。高层建筑沉降观测是根据水准基点定期测出设置在变形体上的变形点的高程变化值。建筑物的沉降观测宜采用几何水准或液体静力水准测量方法。单个构件，可采用测微水准仪或机械倾斜仪器等测量。
② 根据建筑物实际情况，依照《工程测量规范》、《建筑物变形测量规程》规定，和高层建筑物出现不均匀沉降等情况引发的裂隙、倾斜等编写观测方案。由建筑物沉降和裂缝等特征可见，根据建筑物实地情况布设水准基点，再给建筑物四周布设具有沉降代表意义的观测点，把变形沉降观测网与水准基点连成闭合水准路线网。采用用精密几何水准测量观测变形点的高程，视水准基点为不沉降、不动点，计算观测点的高程，每一次观测的高程与前一次观测的高程比较之差为本次沉降量，第一次观测的高程与这一次观测的高程，为同一点这两时段的高差累计沉降量。
③ 用沉降量，和累计沉降量与观测时间的关系绘图表示，依据沉降关系计算出：沉降速度、倾斜度、建筑物不均匀情况带来的安全系数和沉降曲线公式等。
§3.4.1 观测点的布设
一、水准基点的布置
水准基点是垂直位移观测的基准，因此，水准基点应设在建筑物变形影响范围之外，距变形观测点20～100m之间，保证稳固不变，并永久保存，不受施工影响的安全地点。可按二、三等水准点标规格埋设标石，也可设在稳固的建筑物或基岩上，为了对水准基点进行校核一般点数不少于3个。
二、沉降观测点的布置
观测点布设在变形体上，并能正确反映其变形有代表性的特征点。点的位置和数量应根据地质情况、支护结构形式、基坑周边环境和建（构）筑物荷载情况而定。高层建筑物应沿其周围每隔10～20m设置一点。如2008年5月开工建设的33层泉州东海滨城一期F地块二期1#、2#楼工程，框架结构，分析其各种实际情况，根据其地质、支护及周围环境，每幢楼布置沉降观测点9个。观测点应埋
设稳固、不受破坏且能长期保存。点的高度，在朝向要便于垂直立尺观测。观测点的埋设形式应根据建（构）筑物结构、形式而设置，一般有以下几种形式，角钢埋设观测点，如图1（a）、设备基础观测点，如图1（b）、永久性观测点，如图1（c）。
图1 沉降观测点形式
除了沉降观测点数量、位置、形式的确定外，其标志选用也是一个重要内容，观测点的标志一般用圆钢φ20～25mm，角钢φ30×30mm制成，为了不影响建筑物外表的美观，并起装饰作用时，可用有色金属制成，而且观测标志应在建筑物施工的同时安在建筑物的基础上墙上或地下室、的适当位置为便于立尺观测，观测标志应离开墙面和地面一定距离，标志埋入墙体内的尺寸应大于外露尺寸的三倍。
三、主体倾斜观测点位的布置
⑴ 当从建筑外部观测时，测站点的点位应选在与倾斜方向成正交的方向线上距照准目标1.5～2.0倍目标高度的固定位置。当利用建筑物内部竖向通道观测时，可将通道底部中心点作为测站点；
⑵ 对于整体倾斜，观测点及底部固定点应沿着对应测站点的建筑主体竖直线，在顶部和底部上下对应布设；对于分层倾斜，应按分层部位上下对应布设；
⑶ 按前方交会法布设的测站点，基线端点的选设应顾及测距或长度丈量的要求。按方向线水平角法布设的测站点，应设置好定向点。
§3.4.2 沉降观测的方法及数据分析
沉降观测就是根据水准基点定期进行水准测量，测量出建筑物上观测点的高程，从而计算其下沉量。对于高层建筑、深基坑开挖、桥梁和水坝的沉降观测，通常采用精密水准仪，按国家二等水准测量的要求进行施测，将各观测点布设成闭合或附合水准路线联测到水准基点上。
一、沉降观测的周期和观测时间：
① 建筑物施工阶段的观测，应随施工进度及时进行。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。观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高1～5层观测一次；工业建筑可按不同施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。如建筑物均匀增高，应至少在增加荷载的25％、50％、75％和100％时各测一次。施工过程中如暂时停工，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。
② 建筑物使用阶段的观测次数，应视地基土类型和沉降速度大小而定。除有特殊要求者外，一般情况下，可在第一年观测3～4次，第二年观测2～3次，第三年后每年1次，直至稳定为止。
③ 在观测过程中，如有基础附近地面荷载突然增减、基础四周大量积水、长时间连续降雨等情况，均应及时增加观测次数。当建筑物突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或2~3天一次的连续观测。
二、沉降观测点的观测方法和技术要求
① 作业中应遵守的规定：观测应在成像清晰、稳定时进行；仪器离前后视水准尺的距离，应力求相等，并不大于50m；前后视观测，应使用同一把水准尺；经常对水准仪及水准标尺的水准器和角进行检查。当发现观测成果出现异常情况并认为与仪器有关时，应及时进行检验与校正。
② 为保证沉降观测成果的正确性，在沉降观测中应做到五固定：即定水准点，定水准路线，定观测方法，定仪器，定观测人员。
③ 首次观测值是计算沉降的起始值，操作时应特别认真、仔细，并应连续观测两次取其平均值，以保证观测成果的精确度和可靠性
④ 每测段往测与返测的测站数均应为偶数，否则应加入标尺零点差改正。由往测转向返测时，两标尺应互换位置，并应重新整置仪器。在同一测站上观测时，不得两次调焦。转动仪器的倾斜螺旋和测微鼓时，其最后旋转方向，均应为旋进。
⑤ 每次观测均需采用环形闭合方法或往返闭合方法，当场进行检查。其闭合差应在允许闭合差范围内。
⑥ 在限差允许范围内的观测成果，其闭合差按测站数进行分配，计算高程。
三、沉降是否进入稳定阶段，有几种方法进行判断：
① 根据沉降量与时间关系曲线来判定；
② 对重点观测和科研观测工程，若最后三期观测中，每期沉降量均不大于倍测量中误差，则可认为已进入稳定阶段；
③ 对于一般观测工程，若沉降速度小于0.01～0.04mm/d，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。
四、沉降观测的工作方式
“分级观测”方式。将沉降观测的布点分为三级：水准基点、工作基点和沉降观测点，沉降观测分两级进行：（1）水准基点——工作基点；（2）工作基点——沉降观测点。如果建筑物施工场地不大，则可不必分级观测，但水准点应至少布设3个，并选择其中最稳定的一个点作为水准基点。
五、观测结果与结果判定
1、观测工作结束后，应提交下列成果：
⑴沉降观测成果表；
⑵沉降观测点位分布图；
⑶工程平面位置图及基准点分布图；
⑷ｐ—ｔ—ｓ（荷载、时间、沉降量）曲线图（视需要提交）；
⑸建筑物等沉降曲线图（如观测点数量较少可不提交）；
⑹沉降观测分析报告。
2、根据沉降量与时间关系曲线判定沉降是否进入稳定阶段。对重点观测和科研观测工程，若最后三个周期观测中每周期沉降量不大于倍测量中误差可认为已进入稳定阶段。一般观测工程，若最后100d的沉降速率小于0.01～0.04mm/ｄ，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。
§3.4.3 主体倾斜观测方法及数据分析
一、主体倾斜观测的方法
测定建筑物倾斜的方法有两类：一、直接测定法；二、间接推定（通过测量建筑物基础相对沉降的方法来确定建筑物的倾斜）。
（1）直接测定法
① 投点法。观测时，应在底部观测点位置安置量测设施（如水平读数尺等）。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法以所测每对上下观测点标志间的水平位移分量，按矢量相加法求得水平位移值（倾斜量）和位移方向（倾斜方向）。
对需要观测的建筑物，通常对建筑物的四个阳角进行倾斜观测，综合分析整栋建筑物的倾斜情况。经纬仪的位置如图3-1所示，其中要求经纬仪应设置在离建筑物较远的地方（距离最好大于1.5倍建筑物的高度），以减少仪器纵轴不垂直的影响。观测时瞄准墙顶一点M，向下投影得一点N，投影时经纬仪在固定测站很好地对中严格整平，用盘左、盘右两个度盘位置往下投影，分别量取水平距离，取其平均值即为NN1间的水平距离a。如图3-2所示，另外，以M点为基准，采用经纬仪测出角度α。H和H1也可用钢尺直接量取，或用手持式激光测距仪测定。
不便埋设标志的塔形、圆形建筑物以及竖直构件，可以照准视线所切同高边缘认定的位置或用高度角控制的位置作为观测点位。
位于地面的测站点和定向点，可根据不同的观测要求，采用带有强制对中设备的观测墩或混凝土标石。
对于一次性倾斜观测项目，观测点标志可采用标记形式或直接利用符合位置与照准要求的建筑物特征部位；测站点可采用小标石或临时性标志。
根据垂直角α可按下式算出高度
H=loga (4-1)
则建筑物的倾斜度
I=a/h (4-2)
建筑物该阳角的倾斜量β
β=i（H+H1） (4-3)
最后，综合分析四个阳角的倾斜度，即可描述整幢建筑物的倾斜情况。
② 测水平角法。对塔形、圆形建筑物或构件，每测站的观测，应以定向点作为零方向，以所测各观测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对底部中心的水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量和位移方向。
③ 前方交会法。所选基线应与观测点组成最佳构形，交会角宜在60骸�120褐洹Ｋ轿灰萍扑悖刹捎弥苯佑闪街芷诠鄄夥较蛑抵罱馑阕瓯浠康姆较虿罱换岱ǎ嗫刹捎冒疵恐芷诩扑愎鄄獾阕曛担僖宰瓴罴扑闼轿灰频姆椒ā�
④ 吊垂球法。应在顶部或需要的高度处观测点位置上，直接或支出一点悬挂适当重量的垂球，在垂线下的底部固定读数设备（如毫米格网读数板），直接读取或量出上部观测点相对底部观测点的水平位移量和位移方向；
⑤ 激光铅直仪观测法。应在顶部适当位置安置接收靶，在其垂线下的地面或地板上安置激光铅直仪或激光经纬仪，按一定周期观测，在接收靶上直接读取或量出顶部的水平位移量和位移方向。作业中仪器应严格置平、对中，应旋转180°观测两次取其中数。对超高层建筑，当仪器设在楼体内部时，应考虑大气湍流影响；
⑥ 激光位移计自动记录法。位移计宜安置在建筑物底层或地下室地板上，接收装置可设在顶层或需要观测的楼层，激光通道可利用未使用的电梯井或楼梯间隔，测试室宜选在靠近顶部的楼层内。当位移计发射激光时，从测试室的光线示波器上可直接获取位移图像及有关参数，并自动记录成果；
⑦ 正锤线法。锤线宜选用直径0.6～1.2mm的不锈钢丝，上端可锚固在通道顶部或需要高度处所设的支点上。稳定重锤的油箱中应装有粘性小、不冰冻的液体。观测时，由底部观测墩上安置的量测设备（如坐标仪、光学垂线仪、电感式垂线仪），按一定周期测出各测点的水平位移量。
⑧ 摄影测量法。当建筑物立面上观测点数量较多或倾斜变形比较明显时，也可采用近景摄影测量方法。
（2）间接推定法
按相对沉降间接确定建筑物整体倾斜时，所测建筑物应具有足够的整体结构刚度。可选用下列方法：
① 倾斜仪测记法。采用的倾斜仪（如水管式倾斜仪、水平摆倾斜仪、气泡倾斜仪或电子倾斜仪）应具有连续读数、自动记录和数字传输的功能。监测建筑物上部层面倾斜时，仪器可安置在建筑物基础面上，以所测楼层或基础面的水平角变化值反映和分析建筑物倾斜的变化程度；
② 测定基础沉降差法。可在基础上选设观测点，采用水准测量方法，以所测各周期的基础沉降差换算求得建筑物整体倾斜度及倾斜方向。
二、主体倾斜观测的周期
⑴主体倾斜观测的周期，可视倾斜速度每１～３个月观测一次。如遇基础附近因大量堆载或卸载、场地降雨长期积水等而导致倾斜速度加快时，应及时增加观测次数。
⑵施工期间的观测周期，应随施工进度并结合实际情况进行。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。观测次数与间隔时间应视地基与加荷情况而定。民用高层建筑可每加高1～5层观测一次；工业建筑可按不同施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。如建筑物均匀增高，应至少在增加荷载的25％、50％、75％和100％时各测一次。施工过程中如暂时停工，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。
三、结果判定
建筑物主体倾斜观测结果须小于倾斜容许值。建筑物主体倾斜的容许值见表3-1
建筑物主体倾斜的容许值表3-1
多层和高层建筑物的整体倾斜高耸结构基础的倾斜
建筑物高度倾斜允许值建筑物高度倾斜允许值
Hg≤24 0.004 Hg≤20 0.008
24＜Hg≤60 0.003 20＜Hg≤50 0.006
60＜Hg≤100 0.0025 50＜Hg≤100 0.005
Hg＞100 0.002 100＜Hg≤150 0.004
150＜Hg≤200 0.003
200＜Hg≤250 0.002
一、沉降观测实例
1、概况
某住宅楼为16层结构，施工期间需对该楼进行六次沉降观测，布设沉降观测点共6个，具体点位布置见下图：
2、检测仪器
水准仪DS1型； 2m精密铟钢水准标尺（两根）；
3、现场观测此次沉降观测采用仪器两次测高法进行观测；现场观测时，整个观测过程为一闭合回路；受现场条件限制时，可使用适当的转点进行观测。
4、原始记录整理
每次观测结束后，应及时计算出每次观测后各个测点的相对高程，同时计算出各个测点的本次沉降量和累计沉降量。计算如下：
（1）、本次沉降＝本次高程-上次高程
（2）、累计沉降＝本次高程-首次高程
六次沉降观测汇总结果见下
沉降观测成果表表3-4
观测点第一次第二次第三层第四次第五次第六次
沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）沉降量（mm）
本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计本次累计
1 0.00 0.00 2.08 2.08 2.03 4.11 1.65 5.76 0.83 6.59 0.35 6.94
2 0.00 0.00 1.57 1.57 2.51 4.08 1.47 5.55 0.69 6.24 0.22 6.46
3 0.00 0.00 1.83 1.83 2.55 4.38 1.61 5.99 0.63 6.62 0.20 6.82
4 0.00 0.00 1.36 1.36 2.76 4.12 2.12 6.24 0.75 6.99 0.31 7.30
5 0.00 0.00 1.51 1.51 2.15 3.66 1.90 5.56 0.58 6.14 0.27 6.41
6 0.00 0.00 1.70 1.70 1.91 3.61 1.82 5.43 0.60 6.03 0.16 6.19
5、观测结果总结
⑴、沉降量－时间曲线图(S-t)
取1#测点、2#测点、4#测点、6#测点为例，沉降量－时间曲线图如下所示：
⑵、沉降速率－时间曲线图(V-t)
取1#测点、2#测点、4#测点、6#测点为例，沉降速率－时间曲线图如下所示：
从沉降观测成果中可得，自2004年03月01日～2004年05月16日, 该楼的平均沉降量为6.69mm，最大沉降量为4#测点7.30mm，最小沉降量为6#测点6.19mm。最近一次平均沉降速率为0.0168mm/d，其中最近一次最大沉降速率为1#测点，最大值0.0233mm/d。
二、倾斜观测实例一
1、概况
某16层住宅楼，对该住宅楼的东、南、西、北四个楼角位置进行了倾斜测量。
2、检测仪器
采用拓普康GPT-6002LP全站仪
3、测量结果
（1）、倾斜测量成果说明
①、所有点位的偏移量均为该楼最上面点相对于最下面点（勒脚处）沿南北向或东西向的偏移量。
②、该楼楼角编号及楼角高度见下图所示：
（H=50.5）（H=50.5）
1# 2#
↑ 北
4# 3#
（H=50.5）（H=50.5）
住宅楼楼角编号及高度
（2）倾斜测量成果表
点号倾斜方向偏移方向偏移量（mm）倾斜率‰
1# 南北向南 9.4 0.5
东西向东 6.4 0.4
2# 南北向南 11.2 0.6
东西向西 3.2 0.2
3# 南北向南 6.4 0.3
东西向西 15.6 0.8
4# 南北向北 7.6 0.4
东西向西 17.9 1.0
第四章工程实例
一、工程建筑物变形观测的过程
(1) 筹备工作
设计单位要编写一个实施观测工作的技术任务书。其中包括水准标石和沉降标志的布设方案，定沉降的相对精度指标及观测周期和观测期限。承担观测工作的测量单位要根据技术任务书编写测量工作计划，计划必须包括:水准标石的布设略图及其类型、沉降标志的结构及其固定方法、水准测量线路略图、精度估算和观测方法以及平差计算方法。
(2) 外业布点、观测及成果处理
工作计划确定后,就要埋设高程控制标志和沉降标志。为此要沿测区的所有水准标石敷设水准路线，而水准标石的高程应在国家高程系统中确定。因此,要在这些水准标石和最近的一个国家高程点之间敷设水准路线。在测区建立高程控制之后,开始建筑物的沉降观测,对沉降标志进行水准测量的同时要测量建筑物体的温度,确定地下水位及其化学成分,以及获取对产生沉降原因能够做出正确解释的许多其他数据。在一期外业观测结束之后,要编绘标有水准标石和沉降标志之间的高差和距离的水准路线略图,计算闭合环的闭合差。如果闭合差在限差之内,则可以对线路进行平差,评定外业观测精度,并计算沉降速度。
(3) 建筑物沉降和地基相对变形的确定
最后的工作是编制标志的高程和沉降一览表,并附简短说明。有关建筑物地基沉降和变形的资料还要补充建筑物的温度和地下水位的波动曲线图,以及建筑物基础和墙壁的目视观测成果。
二、观测网点的布设方案
变形观测网是由水准基点和观测点组成。水准基点是沉降观测的基准点,是测定设置在变形区的观测点垂直位移的依据,它的构造与布设必须保证能够稳定不变和长期保存。
三、变形观测成果的精度评定
沉降监测的精度取决于监测目的、建筑物的结构和基础类型。FIG(国际测量工作者协会)于1981年第16届大会上提出,为实用目的观测值的中误差不应超过变形允许值的1/20~1/10;如果是为了研究变形的过程,则其中误差比上述数值更小,通常采用“以当时可能达到的最高精度”确定变形观测精度。
水准测量成果的精度评定目的为:
① 确定观测精度是否达到规定的要求;
② 及时发现粗差;
③ 计算水准路线的中误差和环线闭合差;
④ 为变形观测分析提供可靠的数据。
四、沉降观测自始至终要遵循“五定”原则
“五定”即沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降观测点,点位要稳定;所用仪器、设备要稳定;观测人员要稳定;观测时的环境条件基本一致;观测路线、镜位、程序和方法要固定。以上措施可以尽量减少观测误差,使所测的结果具有统一的趋向性,保证各次复测结果与首次观测的结果具有可比性,使所观测的沉降量更真实。
五、施测要求
仪器、设备的操作方法与观测程序要正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正,必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3~6个月后重新对所用仪器、设备进行检校。在观测过程中,操作人员要相互配合,工作协调一致,认真仔细,做到步步有校核。
六、观测中的注意事项
严格按测量规范的要求施测;前后视观测最好用同一水平尺;各次观测必须按照固定的观测路线进行;观测时要避免阳光直射,且各观测环境基本一致;成像清晰、稳定时再读数;随时观测,随时检核计算,观测时要一气呵成;在雨季前后要联测,检查水准点的标高是否有变动;将各次所观测沉降情况及时反馈有关部门,当建筑物每天(24 h)连续沉降量超过1 mm时应停止施工,会同有关部门采取应急措施。
七、工程概况
大庆市某办公楼,长56.4 m,高75.62m,为钢筋混凝土结构,1994年竣工,现拟进行外部装修,考虑到结构的稳定性问题,需要对其进行沉降变形监测。
八、监测方案设计
1、基准点与观测点的布设
工程建筑物的沉降观测是根据埋设在它们附近较为稳定的基准点进行的。基准点要埋设在沉降影响范围以外或设在已建多年、基础稳定的建筑物墙角上。大庆某办公楼长56.4 m,高75.62 m。在大楼四周,距主楼50~100 m处的固定地物上布点,或打5 m深的钻孔,下钢筒桩,作为固定的水准基准点,该水准基点在一个独立的高程水准网中,并在主楼四角上镶4根钢钉,作为主楼的目标观测点。本监测方案中设有4个水准基点、4个目标观测点。水准基点编号为BM1, BM2, BM3及BM4,目标观测点编号为M1,M2,M3及M4,，体见图1。
图1　基准点与观测点布设示意图
根据《工程测量规范》(GB50026-93)和大楼沉降观测技术要求,对四个基准点采用环形闭合水准线路观测,依据国家三等水准测量的有关技术要求。沉降点的观测采用环形闭合水准线路观测,依据国家三等水准测量的有关技术要求进行。环形闭合差不超过±4Lmm。
2、监测精度的确定及监测方案设计
根据FIG原则,结合该工程的实际情况和仪器等因素,有关变形监测的精度估算和方案设计如下:
规范规定建筑物倾斜的允许变形值为4‰,因此,就本工程来说测定顶部位移的中误差为
m x=75 620×4/1 000×1/2×1/20=7.562 mm,
图2 沉降观测值变化图
设:h为楼高, l为楼长,Δh为沉降差,则有:mΔh=14mx=56.475.62×7. 562=5. 64 min,其中mΔh为沉降误差。因为沉降误差是两个沉降点二次观测求得,故测定一个沉降点高程中误差为mΔ=mΔh2±5.642=±2.82 mm,即用沉降差来计算建筑物倾斜须保证最弱点的高程中误差不大于±2.82 mm,在支水准路线中保证终点的高程中误差不大于±2.82 mm。仪器使用DS1型水准仪、因瓦合金标尺,按光学测微法观测。按一级精密水准观测,读数取到0.01 mm。观测时段安排:在主楼回倾纠偏前观测两次,联测4个水准基准点及4个目标点,记录高程值,作为沉降观测的基础数据,在回倾纠偏施工过程中,每日通过4个基准水准点观测一次主楼上的4个目标点,记录每个目标点的高程值,并同前一日的高程值相比较,再同基础值相比较,查看沉降量,指导施工。回倾纠偏到位后,纠偏施工停止,一周后观测一次主楼上的目标点,下一次观测间隔一个月,如果楼体稳定,则每个季度观测一次,一年观测四次。由于纠偏施工刚刚完成,故本文仅列出在纠偏过程中各目标观测点的沉降数据及纠偏施工完成时的纠偏趋势图。对于沉降监测,每次均填写数据表,并及时交给纠偏施工人员。倾斜纠偏移值取位到0. 1 mm,沉降观测值取位到0.1 mm。从以上沉降观测值变化线图中可以看出,M4点的沉降先有一个增大的过程,而后趋于正常,这与工程实际是一致的,因为该建筑物的纠偏过程是将M1,M2,M3点基础下部挖空,让建筑物在自重的作用下逐渐回倾,达到预期位置后,M1,M2,M3,M4四个点再共同沉降并趋于稳定。经过对监测数据的分析,该数据准确、可靠,与工程实际完全吻合,达到了预期的目的,也说明该监测方案是合理可行的。
第五章结论与展望
一、结论
通过这次毕业设计,我对高层建筑物变形监测的重要性有了比较深刻的认识。同时对称降变形监测网的布设,方案的实施,数据的处理和分析有了比较清楚的了解。这对以后的工作定会有很大的帮助。
在毕业设计期间，为了今后能更快的适应工作，我针对高层建筑物的特点及结构有了初步了解，而且针对建筑物的变形监测有了更深刻的理论认知；并且针对一等水准进行了路线观测。有效地增强了我们的实际操作能力。期间，我还阅读了大量有关高层建筑物变形观测的书刊。系统地了解高层建筑物变形观测的基本技术过程。从开始方案的设计，监测点的布设，变形观测的外业工作和要求，到数据的精度分析和各种误差的来源以及对误差的分析。我还理论联系实际，利用在书本上学到的知识对实际工作进行分析。其中重点论述了高层建筑物的沉降变形监测和倾斜变形监测的布设方案、观测方法、数据分析等一系列变形观测过程，从而更好的对高层建筑物施工期间和试营期间的安全稳定提供科学的数据，为我们的人生安全带来确切的保障。
但本次设计时间较短，本人水平有限，文中难免有不全面或错误的地方。希望各位老师见谅。
二、展望
当前,随着城市化进程的深人发展 ,高层建筑不断涌现 ,对于高层建筑变形观测的重要性正越来越被人们认同。随着现代测绘技术的发展 ,建筑物沉降观侧方法已由传统的水准测量发展到全自动测量、数字摄影测量、GPS测量等多种方法相结合,实现快速、全面、准确获取建筑物沉降数据的目的。通过科学分析并妥善处理外业测量和成果整理中的主要问题 ,使降观测结果和沉降变化规律更加真实、可靠、为建筑物设计、施工、管理和防灾减灾提供科学的依据。
今天汁算机技术、无线电通讯技术、空问技术及地球科学的迅速发展，各种先进技术已从各自独立发展进人相互集成融合的阶段。特别在大范围灾害监测方面，将逐渐形成大时问尺度以遥感(Rs)为主,配合中长距离的GPS监测，小时问尺度监测以实时自动监测手段为主。形成从天上到地面，从面到点，各种监测技术优势互补的立体监测网络，技术集成为分析和研究各种灾变信息之问的相互关系提供技术支撑，是未来监测发展的必然趋势。加拿大New Brunswick大学开发的DIMONS系统已在美国加州Dia—mond Valley水库大坝监测中应用,在对水库三个坝的监测中，集成r 5台GPS和8台TCA测量机器人，实现对坝体上228棱镜监测点的自动测量。将GPS与InSAR集成，实现从离散点位测定进入到四维形变场的整体动态精确测定也开始备受关注。因此，现代变形监测技术未来的发展将体现在数据获取的高精度、自动化，监测设备多层次的集优化，变形数据分析的专业化、信息化，监测信息共享的网络化。
纵观近十年变形监测系统技的发展应用技术，我们可预测到：
1．变形监测系统的设计与建立将与工程的设计与建设同步进行，监测系统不仅为运营管理服务，而且要为施工控制服务，将施工期和运营期的监测数据更全面完整地进行采集，以便更精准地评判建筑物的工作性态。
2．变形监测技术将向高精度、自动化、智能化方向发展。一方面监测仪器的性能(精确性、稳定性、耐用性等)将不断提高，从而提高监测系统的整体可靠性；另一方面监测仪器的自动化水平也将不断提高，并向智能化方向发展。
3．空问技术的应用将进一步普及和提高。一方面卫星定位技术在变形监测中的应用将进一步推广，其测量的精度和可靠性将得到进一步的提高，系统的造价进一步降低；另一方面基于遥感影像的大面积监测技术水平将不断提高，应用面将不断扩大。
4．新的数学理论和方法将在监控模型的建立中得到应用。神经网络、小波分析、遗传规划等先进的数学方法，将完善和补充传统监控模型的不足，同时，这些理论与传统方法有机结合，将使传统的监控模型更为完善。
为此，未来建筑物的变形监测技术将全面实行高精度、自动化、智能化的发展方向，这样不仅可以给建筑物的施工和试营期间的稳定性、安全性提供可靠科学的信息，更能更好的管理工程建筑运作，使之发挥最好最大的效益！
致谢
本文的研究工作是在导师向剑的悉心指导下完成的，从论文的选题、研究思路到修改定稿都凝聚着恩师的心血和汗水。在四年的学习生活中，导师渊博的知识、严谨的治学态度、精湛的学术水平以及勤奋的工作作风使我受益匪浅，是我今后学习的榜样。在三年多的大学生学习过程中，导师不仅给与学生学业上的指导和启发，更给与学生生活的关怀，事业的支持，人生的教诲，学生取得的每一点进步都渗透着老师您的心血。在我遇到巨大困难的时候，是导师及各位专业老师的理解和支持给了我坚持的勇气，在这里我谨向导师致以深深的谢意和崇高的敬意!感谢四年来江西理工大学应科院传授给我知识的老师们!感谢我的家人，他们的支持和关爱是我的坚强后盾，感谢他们对我的培养、理解和支持!
最后,衷心感谢百忙中抽出宝贵时间对本文进行评审的领导、老师!在此感谢所有关心、支持我的老师、亲人和朋友!

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