房屋沉降監測中的誤差分析及控制方法

   日期：2017-05-15

? ? 房屋沉降監測過程中，難免會出現一些誤差。當出現房屋監測誤差時，需要從儀器、觀測人員、觀測時間、觀測點、觀測路線等多個角度考慮，控制誤差范圍。

一、儀器誤差

01 儀器校正后的殘余誤差

? ? 儀器校正后，還存在I角校正殘余誤差；儀器長期使用或受震動影響，使望遠鏡視準軸與水準管軸不平行，這種誤差屬于系統誤差，誤差大小同儀器與水準尺的距離成正比。

? ? 這種誤差的控制方法是：將儀器盡量安置在前、后視距離相等的地方，這樣就可以消除或減弱此項誤差的影響。

02 水準尺誤差

? ? 由于水準尺刻劃不準確，尺長變化、彎曲等影響，水準尺必須經過檢驗才能使用。

? ? 1）尺的接頭誤差的影響：控制方法可以通過在水準測段內用同一根尺子，并把測段站數目布設成偶數站。
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? ? 2）尺的零點誤差的影響：控制方法可以通過在一個水準測段內，兩根水準尺交替輪換使用，即在本測站用作后視尺，下測站則用為前視尺，并把測段站數目布設成偶數，則在高差中相互抵消。標尺的零點差可在一水準段中使測站為偶數的方法予以消除。


二、觀測誤差

01 人員本身

? ? 觀測人員必須熟悉測量學的基本理論知識，熟練掌握水準儀器的操作規程，并且針對不同的工程特點、具體情況能采用不同的觀測方法和觀測程序，對觀測過程中出現的問題能及時分析出原因，能正確的運用誤差理論進行水準網平差計算。

? ? 由于每個人使用儀器和讀數的習慣不一樣，如果變換觀測人員，就容易引起儀器操作誤差和讀數誤差。控制方法：在每次觀測時，保證人員固定不動，減小觀測誤差(偶然誤差)，這對提高沉降觀測精度也有一定的作用。

02 視差影響

? ? 當存在視差時，尺像不與十字絲平面重合，觀測時眼睛所在的位置不同，讀出的數也不同，因此，產生讀數誤差。減弱視差的控制方法是：在每次讀數前，要仔細進行物鏡對光，消除視差。?

03 水準尺傾斜影響

? ??水準尺如果是向視線的左右傾斜，觀測時可以通過望遠鏡十字絲很容易被察覺并糾正過來。但是，如果水準尺的傾斜方向與視線方向一致，則不容易被察覺。水準尺前后傾斜總是使尺上讀數增大。它對讀數的影響與尺的傾斜角和尺上讀數的大小即視線距地面的高度有關。尺的傾斜角越大，對讀數的影響就越大；尺上讀數越大，對讀數的影響就越大。

? ? 在一觀測段A—B中，令后視讀數為a，前視讀數為b。若后視水準尺傾斜（前或后），前視水準尺不傾斜，根據=+a-b得出：前視點的高程值增大；若后視水準尺不傾斜，前視水準尺傾斜（前或后），根據=+a-b得出：前視點的高程值減小；若前、后水準尺都傾斜（前或后）那么前視點高程值的增量=︱△a-△b︱。即使水準尺讀數很小、傾角很小時，尺子傾斜誤差的影響也是不可忽視的。一般水準尺傾斜角度較大時，立尺員才能能發現。這樣，觀測誤差就很大，不能滿足精度指標。

? ? 【控制方法】

? ??1）在水準測量中，要認真立尺，使尺處于鉛垂位置，尺上有圓水準氣泡的應使氣泡居中。

? ? 2）可使用搖尺法，即讀數時尺底置于點上，尺的上部在視線方向前后慢慢搖動，讀取最小的讀數。當地面坡度較大時，尤其應注意將尺子扶直，并應限制尺的最大讀數，最重要的是在轉點位置。

? ? 3）尺子上加裝圓水準氣泡。


三、外界條件的影響



01 儀器下沉

? ? 儀器下沉是指由于測站處的土質松軟使儀器發生下沉，視線降低，從而使得前視讀數減小，算得的高差增大，引起高差誤差。減弱儀器下沉誤差的影響可以有以下三中方法：

? ? 1）采用雙面尺法或變更儀器高法時，第一次是讀后視讀數再讀前視讀數，而第二次則先讀前視讀數再讀后視讀數。即“后、前、前、后”的觀測程序。這樣的兩次高差的平均值即可消除或減弱儀器下沉的影響。

? ? 2）盡可能將儀器安置在堅硬的地面處，并將腳架踏實。

? ??3）加快觀測速度，盡量縮短前視讀數與后視讀數間的時間差。

02 尺墊下沉?

如果儀器在搬到下一站尚未讀后視讀數的一段時間內，在轉點發生尺墊下沉，將會使下一站后視讀數增大，算得的高差也增大，從而引起高差誤差。控制尺墊下沉影響的的方法是：

? ? 1）將轉點設在比較堅硬的地方。

? ? 2）在特殊情況下，轉點要設在土質松軟的地方，則必須放置尺墊，并將其踩實，以防止水準尺在觀測過程中下沉；同時在土質很松軟的地方，踩實后不要立即進行觀測，要等一會兒，防止踏實的土松軟反彈。

03 地球曲率的影響

? ? 用水準測量的方法求地面兩點間的高差，借助了水準儀所提供的水平視線。兩點間高差應該是分別通過這兩點水準面間的垂直距離，但水準面是一個曲面，水平視線相當于水準儀所在水準面的切線。因此用水平視線代替大地水準面地尺上讀數會產生水準面曲率誤差C。

? ? 當儀器到兩水準尺的距離和相等時，A、B兩點尺上的讀數a和b求得的高差=a-b可消除水準面曲率誤差的影響。

? ? 地球半徑R=6371Km，當D=80m時，Δh=0.53㎜；當D=60m時，Δh=0.28㎜；當D=40m時，Δh=0.12㎜；當D=20m時，Δh=0.03㎜；地球曲率對高差的影響，即使是很短的距離內也必須考慮。要控制地球曲率對高差的影響的方法是：將儀器安置在前、后視點大致等距的地方。

04 大氣折光的影響

? ? 一般由于大氣折光，視線并非是水平，而是一條曲線，曲線的曲率半徑為地球半徑的7倍，其折光量的大小對水準讀數產生的影響為折光影響與地球曲率影響之和為?
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【控制方法】

? ? 1）保持視線距離地面的角度不應小于0.3m，因為視線離地面越近，折射越大。

? ??2）選擇有利的時間。一天之中，上午10點至下午4點這段時間大氣比較穩定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測時，尺像會有跳動，影響讀數，應避開這段時間，陰天、有微風的天氣可全天觀測。

? ? 3）基本保證前視水準尺和后視水準尺到測站的距離相等，這樣就可以消除大氣折光在高差中的影響。

05 溫度對儀器的影響

? ? 溫度會引起儀器的部件漲縮，因此可能引起視準軸的構件（物鏡，十字絲和調焦鏡）相對位置的變化，或者引起視準軸相對與水準管軸位置的變化。光學測量儀器是精密儀器，不大的位移量可能使軸線產生幾秒偏差，從而使測量結果的誤差增大。不均勻的溫度對儀器的性能的影響尤為較大。

【控制方法】

? ? 1）盡量選在溫度均勻適宜的情況下測量，觀測時應注意撐傘遮陽。

? ??2）在數據處理時要加上溫差改正系數。


四、觀測時間的影響

? ? 建筑物的沉降觀測時間有嚴格的限制條件，特別是首次觀測必須按規范要求、按時進行觀測。若不能得不到原始數據，或首次觀測數據有誤差，那么整個觀測就了觀測意義。

? ? 施工各階段的復測，應該根據工程的性質、進度、以及地基土質情況、基礎荷重增加情況等定時進行，不能漏測或補測，以保證得到準確的沉降觀測數據建筑物沉降的真實情況和變形規律。若觀測周期不規律，從誤差理論角度上分析，觀測成果不能準確反映沉降曲線的細部變化。

? ??沉降觀測必須嚴格按照觀測周期準時進行。一般建筑可在基礎完工后或地下室砌完后開始觀測，大型、高層建筑，可在基礎墊層或基礎底部完成后開始觀測。

? ? 建筑物每增高1 層觀測一次，如果遇到特殊情況如：
? ? 1）施工過程中如果暫時停工，在停工時及重新開工時應各觀測一次。停工期間，可每隔 2～3 個月觀測一次。

? ? 2）基礎附近地面荷重突然增加、遇到大暴雨時、周圍大量挖土方時都要及時進行觀測。雨季前后要聯測，檢查水準點的標高是否有變動。隨著時間的進展，沉降量也隨之增加。當高層建筑物竣工后任需要進行沉降觀測，觀測周期一般每月觀測一次，如果沉降速度減緩，可改為2～3個月觀測一次，直至沉降穩定為止。


五、水準點的影響

? ??水準點的影響有以下4個方面：
? ? 1）如果水準點頂端處理不善，如頂端擱置面不平、粗糙，則每次標尺擱放情況就會不同，導致觀測結果偏差大。

? ? 2）如果水準點材料的鋼度不夠，則材料容易變形，導致每次觀測時的標準不一樣，導致結果偏差大。

? ??3）如果觀測前未校驗水準點，如果出現沉降變化，用變化了的水準點作為觀測依據，結果自然偏差大。

? ? 4）基準點保護不好，如基準點內有雜物且沒有及時清理，觀測的依據被破壞了，導致觀測結果出現偏差。

? ? 【控制方法】

? ?布設專用的水準點，為便于相互檢查、核對，至少應設置 3 個或 3 個以上水準點，埋設地點必須穩定，避免受施工機具、車輛碰壓以及雜物影響。為便于觀測，水準點離被測建筑物不宜太遠，一般在 50 ～ 100m 范圍內。為防止冰凍影響，水準點應埋設在冰凍線以下 0.5m 處，水準點頂部都要蓋保護。


六、觀測點的影響

? ? 如果觀測點的點位、數量設置不合理，會影響沉降觀測精度。因此觀測點的點位和數量應該根據建筑物的結構特點、荷重、基礎形式和工程地質條件來設置，所選擇的點位能顯示建筑物的沉降情況。

? ? 一般情況下，可沿房屋四周每隔 15 ～ 30m 設一個觀測點，在建筑物的基礎轉角處、沉降縫或伸縮縫的兩側、新舊建筑物的基礎連接處和地質條件變化的地方，都應該布設觀測點。

? ? 常用的觀測點是利用直徑 20mm 的鋼筋，一端彎成 90°角，一端彎成燕尾形埋入墻內用長120mm的角鋼，在一端焊一鉚釘頭，另一端埋入墻內。


七、觀測路線的因素

? ??如果沒有制定合理的觀測路線，將會導致觀測路線、儀器支設位置、觀測距離不同，直接影響了觀測結果的準確性和精度。如果每次的觀測路線隨意，那么隨著測角度的不同，將會產生很大的誤差。

? ? 【控制方法】

? ?在實際的沉降監測中，建立合理的觀測路線，根據沉降觀測點的埋設要求或圖紙設計的沉降觀測點布置圖，確定沉降觀測點的位置。在控制點與沉降觀測點之間建立固定的觀測路線，并在架設儀器站點與轉點處做好標記樁，保證各觀測均沿統一路線施測。


八、結論

? ??隨著社會的發展，人均用地的日益減少，人們對高層建筑的需求越來越大，保證高層建筑物正常施工和功能安全的責任刻不容緩。

? ? 技術人員只有保證了高層建筑物沉降觀測第一手資料的準確性、精確性，才能在施工、竣工驗收及竣工后，更科學的檢驗施工質量。

? ? 而且采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下，通過三角高程的方法來代替幾何水準進行沉降觀測，可以減少勞動強度，但能否滿足精度要求，是值得在今后提高高層建筑沉降觀測精度中加以研究的問題。