建筑物沉降观测培训讲义

单面双刻划标尺
双面标尺和塔尺 条码式电子水准仪标尺
尺垫

尺垫是在连续水准测量过程中，放置在高程传递的转点上， 以防止观测过程中水准尺下沉的装置。
尺垫
水准仪的使用

在一个测站上，水准仪的基本操作程序包括以下
步骤： 安置仪器 粗略整平 对光和照准 精确整平（仅微倾式水准仪需要） 读数
1. 2. 3. 4. 5.




常用沉降观测方法

水准测量（即几何水准）方法；
静力水准测量（基本原理是连通管原理）；


电磁波测距三角高程测量方法；
传感器；

高精度GPS测量等。
沉降观测的相关规范

现行的国家建筑物变形测量行业标准为国家建设部2007年9月4日发布，
2008年3月1日开始实施的《建筑变形测量规范》 JGJ 8-2007。该规范
消除视差

视差是指眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像 （水准尺像）有相对运动。视差对照准和读数影响很大， 故在读数前必须予以消除。视差产生的原因是目标像平 面与十字丝平面不重合。消除方法是仔细重新进行物镜 对光，如果仍然不能消除，须再重新进行目镜对光，直 至成像清晰、读数不变为止。
精平与读数
相邻地基沉降

相邻地基沉降是由于毗邻的建筑间的荷载差异引起的相邻地基土应力 重新分布而产生的附加沉降。 随着经济的发展，城市建设速度加快，城市单位土地面积上的建筑荷 载力在不断增加，建筑物的密集日益加剧。新建建筑物的荷载差异造 成的对周围环境，尤其是对相邻建筑物的影响也日益突出。为了检测 和评估新建建筑物对相邻建筑物的影响程度，以保证这些建筑和用户 的安全，相邻地基沉降的观测也越来越重要。 目前，从开展的建筑物沉降工作量来看，施工场地周围建筑物的沉降 观测占着很大比重，且往往与周边居民的利益息息相关，受到高度重 视。这类沉降观测除了经济效益外，同时具有很高的社会效益，从业 者除应具备很强的业务能力之外，也要有很强的社会责任感。
2.2水准测量原理

通常，水准测量有高差法和仪高法两种各种测量方法， 其中，仪高法的观测精度较低，不适于做高精度的沉 降观测，因此，下面主要介绍高差观测法。

水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”， 测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高 程。
2.2水准测量原理
标尺读数与测点地势的关系。。。
根据公式
，当hAB为负值时，
表示沿观测路线方向地势为下坡，相反为上坡。
2.2水准测量原理

转点的概念：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太 大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临 时传递高程的立尺点，称为转点。

由多个测站和多个转点的成组连接，形成一个测段，就是 连续水准测量方法。
连续水准测量
基座主要由轴座、脚螺旋、 底板和三角压板组成，其作 用是支撑仪器上部并用连接 螺旋与三脚架连接。
水准尺及种类

水准测量使用的标尺称为水准 尺，是水准测量的高差度量工 具，主要有：单面尺、双面尺 和塔尺等几种类型，以及配合 电子水准仪使用的条码标尺。 通常用干燥、优质的木材制成， 也有用玻璃钢、铝合金等材料 பைடு நூலகம்成。用于建筑物沉降等高精 度的水准测量时，应该采用温 度膨胀系数很小的因钢标尺， 除条码尺外，一般最小刻划为 0.5厘米。
安置仪器

安置仪器的过程是将水准仪器安置到脚架上的过程。仪器安置高 度应适中（与观测员身高相适应），目估架头大致水平，并牢固 地架设在地面上。
粗略整平

粗略整平简称粗平，是转动三个脚螺旋使圆水准器气泡居中，达到仪 器竖轴竖直，仪器旋转时，为视线在各方向精确水平创造条件。 1、方法：对向转动脚螺旋 1 、 2 ——使气泡移至 1 、 2 方向的中 间——转动脚螺旋 3 ，使气泡居中。

建筑物变形测量规范规定，建筑 物的沉降观测应尽量采用闭合水 准路线进行沉降点的高程联测。
附合水准路线

两个不同的已知水准点之间的水准测量路线，称为附合水 准路线。如从已知点BM1到已知点BM2的水准测量方法。
支水准路线

由一个已知点BM1到某一待定水准点A的水准测量路线， 称为水准支线。由于水准支线没有路线闭合（或附合差） 校核，路线高差没有多余观测而无法进行路线高差的平差 计算，因此，除非不具备闭合和附合路线条件，不宜在高 精度的水准测量中采用。
气压高程测量

根据大气压力随高程变化的规律，用气压计测定两点的气压差推算高 差的方法。大气压力常以水银柱高度表示，温度为0℃时 ，在纬度 45°处的平均海面上大气平均压力约为760毫米水银柱。 每升高约11 米，大气压力减少1毫米水银柱。一般气压计读数精度可达0.1毫米水 银柱，约相当于1米的高差。由于大气压力受气象变化的影响较大， 气压高程测量精度低于水准测量和三角高程测量，主要用于高差较大 的丘陵地和山区的勘测工作。通常用空盒气压计和水银气压计，前者 便于携带，多用于野外作业，后者常用于固定测站或检验前者。

水准路线

由一系列水准点间进行水准测量所经过的路线，称为水 准路线。 水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下三 种形式： 闭合水准路线 附合水准路线

1. 2.
3.

支水准路线
以上三种水准路线，我们叫做单一水准路线。
闭合水准路线

由已知点水准点BM1经过一系列 的未知高程点的水准测量之后， 又回到原已知点BM1的水准路线 称为闭合水准路线（或简称水准 环线）。


场地地面沉降

由于长期降雨、管道漏水、地下水位大幅度变化、大面积堆载、地裂缝、大 面积侵蚀、砂土液化以及地下采空等原因引起的一定范围内的地面沉降称为 场地地面沉降。 90年代开展的“昆明市地面沉降研究”是我省到目前为止开展的最大规模的 城市地面沉降观测研究项目。研究区包括昆明 4个城区及呈贡县城在内的面 积约 2500KM2的范围。 本项目承担单位是云南省地震局，采用传统的大地测量方法进行监测，以期 查明昆明市地面沉降的分布范围、总体状况及沉降的量级和速率。 1、水平形变监测是为了探讨监测区内活动断裂是否对昆明地面沉降有直接或 间接的制约作用，测量作业采用美国K+E公司生产的RM－Ⅲ型精密激光测距 仪。 2、通过Ⅰ等精密水准测量重复观测各水准点的高程变化，精确地了解地面的 垂直运动。
建筑物沉降的定义

建筑物沉降是地基、基础和上层结构共同作用的结果，属 于建筑物变形范畴。其定义是建筑物地基、基础及地面在 荷载作用下产生的竖向移动。根据其方向，可以分为上升 和下沉。建筑物的竖向下沉或上升值称为沉降量。规范规 定，当数值大于零时为下沉，反之为上升。但是这与人们 的思维习惯和常见的数学坐标轴方向相反，因此，在日常 作业中，我们往往采取“正升负降”的表示习惯，实际工 作中，对资料的处理方面要与施工方、监理方等相关单位 方充分沟通，便于资料的分析使用，避免造成对建筑物的 变形状况的错误判断。
电子水准仪能够自动进行读
数，取代人工读数，可以极 大地提高观测效率、减少出 错概率。
电子水准仪
水准仪的结构

水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。
望远镜的作用是准确
瞄准目标并在水准尺 上进行读数。
水准仪的水准器有圆 水准器和管水准器两 种，其作用是标示仪 器竖轴是否竖直，视 准轴是否水平的部件。

读数方法示意

精密水准仪配套使用的水 准尺，尺面注记的特点是： 尺面注记的各分划数值均 为实际长度的2倍，即5cm 的格值注记为1分米。 因此，在尺面上读数的1/2 才是实际读数。所以用这 种尺测量高差时，须将观 测高差值除以2，才是实际 高差。

2.4水准测量的实施与成果整理

通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点， 水准点可作为引测高程的依据。水准点有永久性和临时性 两种。永久水准点是国家有关专业测量单位，按统一的精 度要求在全国各地建立的国家级的水准点。 沉降观测中埋设的沉降观测点属于临时水准点，一般在项 目完成之后就不再使用。
第二讲、水准测量基本理论和方法

内容：理解水准测量的基本原理；掌握微倾式水准仪、自 动安平水准仪的构造特点、水准尺和尺垫；掌握水准仪的 使用及检校方法；掌握水准测量的外业实施（观测、记录 和检核）及内业数据处理（高差闭合差的调整等）方法；
了解水准测量的注意事项、精密水准仪操作方法。

重点：水准测量原理；水准测量的外业实施及内业数据处 理。
别表示“大地测量”和“水准仪”，其下标是该类仪
器每公里水准测量高差中数偶然中误差，以毫米计。 根据光学结构特点，水准仪又可以分为“微倾式”和 “自动安平式”水准仪两种。对于“自动安平式”水 准仪，其精度等级依次为DSZ05、DSZ1、DSZ3等，
其中的字母表示自动安平。
常见水准仪类型
微倾式水准仪
自动安平水准仪
连续水准测量
前进方向
h1=a1－b1 h2=a2－b2 …… 则： h AB = h 1 + h 2 +…… + h n = Σ h = Σ a － Σ b 结论： A 、 B 两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。
2.3水准仪和水准尺

为水准测量提供水平视线并在水准尺上读数的仪器称 为水准仪。水准仪的种类、型号很多，按其精度可以 分为DS05、DS1、DS3等型号。其中，“D”和“S”分
适用于工业与民用建筑的地基、基础、上部结构及场地的沉降观测、 位移测量和特殊变形测量。对建筑物变形观测所应采用的观测方法、
仪器设备、测量精度以及各种应提交的观测数据、成果、图件和分析
方法进行了规定，是建筑物变形测量工作必须严格执行的行业技术标 准。

此外，对于该《建筑变形测量规范》不能覆盖的沉降观测过程中遇到 的一些技术要求，应符合《国家一、二等水准测量规范》GB12897和 《国家三、四等水准测量规范》GB12898的相应规定。

难点：水准仪的检验与校正和内业数据处理。
2.1高程测量的概念

测量地面上各点高程的测量工作, 称为高程测量。 高程测量根据所使用的仪器和施测方法的不同，分为： 水准测量、三角高程测量、气压高程测量、流体静力 水准测量和GPS 高程测量。

水准测量具有观测精度高、观测和计算处理方法简单 的优点而得到广泛应用。
习惯采用的时间-累计沉降曲线
均匀沉降和差异沉降的概念

当同一建筑物不同部位在同一时间段的沉降量相同时，表 现为建筑物的均匀竖向下沉或上升，称为均匀沉降。相反， 由于建筑物的地基条件差异、基础及结构的设计和施工瑕 疵、各部位荷载差异或者外力干扰而造成的同一建筑不同 部位在相同时间段内存在的沉降量差值，称为差异沉降。 当一个建筑存在沉降差异时，往往表现为建筑物出现倾斜， 甚至由于结构体纵向受剪切而出现裂缝，将严重威胁建筑 物的安全。沉降观测中，引入了挠度的概念，用于表达建 筑的基础、上部结构或构件等在弯矩作用下因挠曲引起的 垂直于轴线的线位移。

转动微倾螺旋使符合水准器的气泡吻合，表示视线精确水平，随即可 以读数。对于自动安平水准仪，仪器内部有一个补偿透镜，能够对一 定范围内的视准轴不平行进行补偿，因此，该类水准仪没有管水准器， 不需要进行精平操作，调节脚螺旋使圆水准器居中，即可照准标尺进 行对光、读数。 电子水准仪也不需要精平操作，圆水准器居中，即可照准标尺进行对 光、读数。


2、规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。
圆水准器调节方法
对光和照准

对光和照准是为了精确读取水准标尺的刻划和注记而调整 望远镜的目镜、物镜的焦距和视线方向的过程。一般按以 下五个过程：
1、目镜对光 2、概略照准 3、物镜对光 4、精确照准 5、消除视差
目镜对光

调节目镜对光螺旋，使十字丝清晰。

在实际水准测量中， A 、 B 两点间高差较大或相距较 远，安置一次水准仪不能测定两点之间的高差。此时 有必要沿 A 、 B 的水准路线增设若干个必要的临时立 尺点，即转点（用作传递高程）。

根据水准测量的原理依次连续地在两个立尺中间安置 水准仪来测定相邻各点间高差，求和得到 A 、 B 两点 间的高差值。
目镜对光螺旋
望远镜十字丝
概略照准

松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜上的准星和照门 （缺口）瞄准水准尺，然后旋紧制动螺旋。
照门 准星 瞄准器
制动旋钮
物镜对光

转动物镜对光螺旋，使水准尺成像清晰。
物镜对光螺旋
精确照准

转动望远镜的微动螺旋，使十字丝纵丝照准水准尺边缘或 纵丝平分水准尺，以利于用中横丝的中央部分截取水准尺 读数。