４４ ・北京测绘・ ２０１３年第４期 高精度电子水准仪在高层建筑物沉降观测中的应用 刘 岩 董仲宇 （１＿辽宁水利职业学院，辽宁沈阳１１０１２２；２．辽宁省征地事务局，辽宁沈阳１１００３２） ［摘 要］ 简述对城市高层建筑物进行变形监测的意义，介绍了索佳ＳＤＬ１Ｘ高精度电子水准仪的功能， 阐述某高层建筑物沉降观测基准点和沉降点的布设和观测方案、沉降观测的数据处理与成果管理，并对高层 建筑物沉降进行了简单的变形分析。 ［关键词］ 电子水准仪 高层建筑物 沉降观测 ［中图分类号］Ｐ２５８ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００７—３０００（２０１３）ｏ４—４ 随着我国城市化进程的加快、城市用地的紧 缺，高层建筑越来越多，对于高层建筑的施工要 求也越来越严格，高层建筑施工必须要进行沉降 观测，通过在施工、竣工验收及竣工后的沉降观 测的全过程监控，来指导高层建筑施工的进行。 工程＋０．０００ｍ相当于绝对标高４６．３ｍ，基础底 标高为一８．２ｍ，该区地势平坦，地面标高高差不 大，该工程设计使用年限为５ｏ年，建筑结构安全 等级为二级。本工程建筑物的沉降是由地基、基 础和上部结构以及降水共同作用的结果，其沉降 量特别是差异沉降量若超过一定的限度，就会影 响建筑物的正常使用和安全。在施工期间，对该 工程根据所增加层数和荷载情况逐步进行沉降 为此，在建筑物施工和运营期间，对它们进行定 期监测，根据已测数据进行分析和研究，对其做 出相应预测预报是非常必要的。高层建筑沉降 观测能够有效地得出建筑物的沉降规律，以便于 观测，以掌握、监控建筑物的沉降情况，分析是否 正常，若有异常情况发生，需及时分析采取相应 及时采取有效的措施，避免高层建筑因沉降原 因，而产生影响结构使用功能的裂缝或造成建筑 物主体结构的破坏，能够提高高层建筑的安全 性，延长高层建筑的使用寿命。现以沈阳某建筑 群沉降观测为例，应用索佳ＳＤＬ１Ｘ高精度电子 水准仪，就建筑物变形观测及其数据处理方法等 有关问题进行探讨。 的措施，以保证建筑物的施工安全。 ３沉降观测的方案设计 ３．１水准基点的布设 在现场踏勘的基础上，沉降观测的水准基点 选在施工影响范围以外地基比较稳定的现有建 筑物上。水准基点ＢＭ４、ＢＭ５、ＢＭ６三个点为一 ｌ索佳ＳＤＬＩＸ电子水准仪简介 ＳＤＬ１Ｘ电子水准仪是索佳公司生产的、高精 组，组成闭合水准路线并定期进行观测，根据观 测成果选其中比较稳定的点起算基点。水准基 点布置图见图１（ａ）。 ３．２工作基点的布设 因水准基点距变形观测点较远，一方面为了 减少观测误差的积累；另一方面也为了观测方 度的电子水准仪，其水准测量精度可达±０．２ ｍｍ／ｋｍ。另外，该仪器还首次集成自动调焦功 能，大大提高了水准测量的效率，双轴倾斜补偿 功能进一步保证了水准测量的准确性。 ２某建筑群沉降观测工程简介 沈阳某建筑群主要由八个单体工程组成，每 单体工程占地面积８５８ｍ ，建筑面积２３０００ ｍ。， 便，在所布设的水准基点的基础上又布设了工作 基点（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）。工作基点布置图见图１（ｂ）。 ３．３沉降观测点的布设 按沉降观测点的布置要求，在１＃、３＃、４＃、 地下一层，地上三十层，高度达９８．８５ｍ，均为筏 板基础，剪力墙结构，地基持力层为砾砂层。本 ５＃、７＃、８＃、９＃、１０＃每栋楼布置六个沉降观 测点，各楼变形观测点选在距一楼地面距离约０． ［收稿日期］２０１ ３ ０４—０２ ［作者简介］刘岩（１９８１一），男，汉族，辽宁鞍山人，讲师，主要从事三维地质建模及工程测量等方面的研究工作。 ２０１３年第４期 ・北京测绘・ ４５ ＢＭ４ （ａ） 图２ ７＃楼沉降观测点布置图 Ｂ 其中ｎ为闭合环线测站数。精度在要求范 围内，取其平均值作为沉降点变形观测的高程起 算值。对于各沉降观测点，采用二等水准精度进行 联测，其环线闭合差为：－４－０．３ ｍｍ，其中ｎ为闭 合环线测站数。观测点设置完毕后，立即进行首次 ｈ８ （ｂ） 图１水准基点布置图 观测，以后大楼每完成一层，观测一次。大楼验收 后，第一年每三个月观测一次，验收使用一年后，每 半年观测一次，若隔半年的最大沉降量不超过 ３ｍｍ，则可停止观测。每次观测往、返两个闭合环， 观测结果在“工程测量规范”允许的限差范围内，则 取往、返测各点的平差值的均值为本次观测的各沉 ２米处，并用膨胀螺栓作为观测点标记。沉降观 测点布置略图见图２（以７＃楼为例）。 ４沉降观测的工作实施 根据“工程测量规范”和本项目沉降观测技 术设计的要求，我们对于新埋设的三个基准点， 在埋设后一个月内，用一等水准精度联测，连续 降点的最或是高程。进行沉降观测期间，实现了观 测路线固定、人员固定、仪器固定，转点均设置了固 定的钢筋桩，我们采用ＳＤＬ１Ｘ电子水准仪进行观 测，简化了操作过程，提高了观测精度，降观测数据 汇总表见表１（以７＃楼为例）。 观测三个闭合环，其环线闭合差为：４－０．１５√ ｍｍ， 表１ ７＃楼沉降观测数据汇总表 ５沉降观测的数据处理与成果管理 ＳＤＬ１Ｘ电子水准仪采用记忆模块进行自动 记录，每次观测后，通过ＰＣＭＣＩＡ卡将数据导入 计算机进行数据处理，实现了沉降观测过程的高 度自动化。根据仪器记忆模块记录的数据格式 ４６ ・北京测绘・ ２０１３年第４期 可编写相应的数据处理程序，得到各测段的高差 和各监测点与起算点的高差，然后进行全网平 差，求得各水准基地和工作基点的高程值。再按 测站平差计算沉降观测点的高程值，进而可以计 算各沉降观测点的本次沉降量和累计沉降量。根 据本次沉降量和累计沉降量，可以绘制沉降一荷载 时间曲线图及沉降等值线（以７＃楼为例）。 （１）７＃楼沉降荷载一时间曲线图 在７＃楼各沉降观测点中，２号点沉降量最大 为２０．０４ｍｍ，６号点沉降量最小为１５．１６ｍｍ。平 均沉降值为１７．１２ｍｍ，日均沉降值为０．０４６ｒａｍ／ ｄ。７＃楼沉降一荷载一时间曲线见图３。 耍 Ｊ０ ３０ ＿＿ 亨 ０ 薹１０ 二０ ＊ １０ 莓２０ 嚣 ： （】 Ｉ¨１Ｈ ｌ（人） 一 瓤一 两 一两 蹲… 一瓣渤 符荣癣缓 ｜ ０ 图３ ７＃楼沉降一荷载一时间曲线 （２）７＃楼沉降等值线 根据每栋楼的各观测点的总沉降值，可绘制 出沉降等值线图，如图４，从而直接反映出各沉降 点的差异沉降情况。 ７—１ （１５．２６ｍ） ７—５ ７－２ （１７．５３Ⅱ ） （２ｏ．０４ｍａ） ７－４ ７—３ （１６． （１７．７７Ⅱｎ） 图４ ７＃楼沉降等值线 ６沉降观测中常遇到的问题及其处理 在沉降观测中常遇到一些矛盾现象，并从沉 降与时间关系曲线上表现出来。对于这些问题， 必须分析产生的原因，予以合理的处理，常见有 下列几种现象。 （１）曲线在首次观测后即发生回升现象。产 生这种现象的原因，一方面可能是初测精度不 高；另一方面也可能是施工区内降水变化引起 的；如果是施工区内降水变化引起的，则属正常 现象。如果是因为初测精度不高所引起的，曲线回 升超过５ｒａｍ，应将第一次观测成果作废，而采用第 二次观测成果作为首测成果，如曲线回升在５ｍｍ 之内，则可调整初测标高与第二观测标高一致。 （２）曲线在中间某点突然回升。发生这种现 象的原因，多半是因为水准点或观测点被碰动所 致，而且只有当水准点碰动后低于被碰动前的标 高及观测点被碰动后高于被碰动前的标高时，才 会出现回升现象的可能。由于水准点或观测点 被碰动，其外形必有损伤，比较容易发现。如水 准点被碰动时，可改用其他水准点来继续观测。 如观测点被碰动后已松动，则必须另行埋设新 点；若碰动后点为尚牢固，则可继续使用，但因为 标高改变，对这个问题必须进行合理的处理，其 办法是：选择结构、荷重及地质等条件都相同的 临近另一沉降观测点，取该点在同一期间内的沉 降量，作为被碰动观测点的沉降量。此法虽不能 真正反映观测点的沉降量，但如果选择适当，可 得到比较接近实际情况的结果。 （３）曲线自某点起渐渐回升。产生此种现象 一般是由于水准点下沉所致，如采用设置于建筑 物上的水准点，由于建筑物尚未稳定而下沉；或 者新埋设的水准点，由于埋设地点不当，时间不 长，以致发生下沉现象。水准点是逐渐下沉的， 而且沉降较小，但建筑物初期沉降量较大，即当 建筑物沉降量大于水准点沉降量时，曲线不发生 回升，到了后期，建筑物下沉逐渐稳定，如水准点 继续下沉，则曲线就会发生逐渐回升现象。因此 在选择或埋设水准点时，特别在建筑物上设置水 准点时，应保证其点位的稳定性，如已查明确系 水准点下沉的原因，则应测出水准点的下沉量， 以便修正观测点的标高。 （４）曲线的波浪起伏现象。曲线在后期呈现 波浪起伏现象，此种现象在沉降观测中最常遇 到。其原因往往不是建筑物下沉所致，而常常是 测量误差所造成的。曲线在前期波浪起伏所以 不突出，是因建筑物下沉量大于测量误差之故， 但到后期，由于建筑物下沉极微或已接近稳定， 因此在曲线上就出现测量误差比较突出的现象。 处理这种现象时，应根据整个情况进行分析，决 定自某点起，将波浪形曲线改成水平线。 （５）曲线中断现象。产生这种现象的原因是 ２０１３年第４期 ・北京测绘・ 京：测绘出版社，１９９８． ４７ 有的观测点在现场不具备观测条件，而产生漏测 情况，致使某一期此观测点没有沉降值，而使沉 降曲线中断。为了将曲线连接起来使其连续，可 按照处理曲线在中间某点突然回升现象的办法， ［２］郭鸿鹏．高精度电子水准仪在城市高层建筑物沉降观 测中的应用仁［Ｊ］．地矿测绘，２０００，（３）：４１—４４． ［３］冯云德．建筑物沉降观测技术方法探讨Ｉ－Ｊ］．北京测 绘，２００９（４）：８８～９Ｏ． 估求出未作观测期间的沉降量。 实践证明，对高层建筑物进行全面的、系统 ［４］温宇斌．建筑物沉降观测的实践及探讨Ｉ－Ｊ］．测绘通 报，２００２（１１）：３７—３９． 的、长期的沉降观测，掌握高层建筑物的沉降规 律，发现数据异常，及时分析原因，并采取工程补 ［５］独知行．高层建筑物整体变形观测及分析方案［Ｊ］． 工程勘察，２０００（２）：５５—５８． 救措施，对于确保高层建筑物在施工期间和投入 运营后的安全，具有非常重要的意义。 参考文献 ［１］陈永奇，吴子安，等．变形监测分析与预报［Ｍ］．北 ［６］索佳测绘仪器贸易（上海）有限公司．索佳ＳＤＬ１Ｘ 水准仪使用说明书［Ｍ］．上海：索佳测绘仪器贸易（上 海）有限公司，２００９． Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｖｅｌ ｔｏ Ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ＬＩＵ Ｙａｎ ＤＯＮＧ Ｚｈｏｎｇ—ｙｕ （１．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１０１２２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｌａｎｄ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｌｉａｏｎｉｎｇ １ １００３２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｔｈｅ ｍｅａｎｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｕｒｂａｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｂｏｕｔ ＳＤＬ１ Ｘ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｌｅｖｅ１．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｄａｔｕｍ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｓｕｔ）ｓｉｄｃｎｃｃ ｐｏｉｎｔｓ，ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍａ，ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓ— ｉｎｇ ｏｆ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔＯ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｒｅ ｅｘｐｌｉｃａｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｌｅｖｅｌ；ｈｉｇｈ ｂｕｉｌｄｉｎｇ；ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ （上接第６８页） ｏｂｊｅｃｔ—ｏｒｉｅｎｔｅｄＤａｔａＭｏｄｅｌｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｄａｔａ— ［７］Ｐｅｕｑｕｅｔ Ｄ Ｊ，Ｄｕａｎ Ｎ．Ａｎ Ｅｖｅｎｔ～Ｂａｓｅｄ Ｓｐａｔｉｏ— Ｔｅｍｐｏｒａｌ Ｄａｔａ Ｍｏｄｅｌ（ＥＳＴＤＭ）ｆｏｒ Ｔｅｍｐｏｒａｌ Ａｎａｌ— ｂａｓｅｓ［－Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎ２ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓ— ｔｅｒｎｓ，１９９０，４（４）：３６９—３８３． ｙｓｉｓ ｏｆ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９５，９（１）：７－２４． ｒ １１］Ｗｏｒｂｏｙｓ Ｍ Ｆ．Ａ Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｐｌａｎａｒ Ｇｅｏ— ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｏｂｊｅｃｔ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａ— ｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，１９９２，６（５）：３５３—３７２． Ｅ８］龚健雅．ＧＩＳ中面向对象时空数据模型［Ｊ］．测绘学 报，１９９７，２６（４）：２８９－２９８． ［１２］尹章才．土地划拨中的时空数据模型研究［Ｊ］．国土 资源遥感，２００２，（４）：７０—７５． ［９］黄明智，张祖勋．时空数据模型的Ｎ１ＮＦ关系基础 Ｉ－Ｊ］．测绘学报，１９９７，２６（１）：１—６． ［１３］张保钢，秦学秀．北京市规划道路管理查询系统的设 计与实现［Ｊ］．国土资源遥感，２００４，（３）：６９—７２． Ｅｌｏ］Ｗｏｒｂｏｙｓ Ｍ Ｆ，Ｈｅａｒｎ ｓｈａｗ Ｈ Ｍ，ＭＡＧＵ ＩＲＥ Ｄ Ｊ． Ｓｐａｔｉｏ－ｔｅｍｐｏｒａｌ Ｄａｔａ Ｍｏｄｅｌ ＹＡＮＧ Ｚｈｉ—ｘｕｅ （Ｌｏｎｇｙａｎ Ｊｉｎｇｗｅｉ Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｌｏｎｇｙａｎ Ｆｕｊｉａｎ ３６４０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐａｔｉｏ—ｔｅｍｐｏｒａｌ ｄａｔａ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ，ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ 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