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摘要：高层建筑质量大、高度高，容易出现垂直位移，因此为保证高层建筑安全应对其垂直位移进行精密水准测量。高层建筑较为常见的垂直位移表现形式为沉降，鉴于此本文对高层建筑沉降的精密水准测量进行探讨，以期高层建筑位移监测提供参考。
关键词：精密水准测量；高层建筑；垂直；监测
高层建筑沉降的精密水准测量涉及的专业知识和监测内容较多，其中观测基准网和观测点的布设，以及数据的分析至关重要，在整个测量中处于中心地位。
一、沉降观测基准网和观测点布设
观测基准网和观测点布设是精密水准测量的基础环节，会直接影响监测数据的准确性，因此施工时应引起高度的重视。
1.水准控制网的布设
建设单位应根据高层建筑的规模和实际环境，制定切实可行的测量方案，并在严格遵守布网规范标准的基础上，对水准控制网进行布设。实际布设过程中应重点把握以下几项内容：首先，如测量范围内建筑物较少，应将观测点和控制点布设成单一层次。否则应布设成两个层次，即扩展网（由观测点、工作基点、基准点组成）和控制网（由基准点组成），其中扩展网由观测点和其联测的控制点构成，控制网主要由控制点构成；其次，利用水准测量方法对其进行测量，测量精度应达到一等测量精度要求。另外，还应根据要求定期复测；再次，一般每个测区水准基点至少应控制在三个，不过当选择的点位稳定性较好，而且测区较小时水准基点数量可少于三个，不过如将基准点考虑在内仍不能少于三个。另外，埋设基准点的位置不能选择在滑坡、松软区域内，尤其应注意避开管道设施；最后，应根据点位地质的实际状况选择水准点标石。针对沉降观测通常可使用混凝土基本水准标石。另外，基准点可选择混凝土预制桩充当，一般规格为上底0.25×0.25，下低0.55×0.55，高度为0.7m。并在桩上设置一φ16mm的金属标志，而且埋深工作应在观测前一月完成。
2.观测点的布设
参考监测区设置的水准控制网，综合分析设计图纸和观测点埋设要求等内容确定观测点。另外，为了保证施测均沿相同的路线，应在观测点和控制点设置固定的观测路线，并在转点和架设仪器站点进行标记。
二、观测过程的实施
1.观测准备
观测之前施工单位应将观测所用的仪器送到专业部门检定，以确保各种仪器处在最佳的状态，进而确保监测数据准确，监测精度满足标准要求。
2.观测过程控制
首先，观测时应按照制定的观测方案进行，尤其当观测点和基准点稳定后应及时组织人员进行首次观测。另外，高层建筑通常存在多层或一层地下结构，因此观测应注意从基础开始；其次，首次观测获得的数据是今后观测对比的主要依据，因此应尽可能提高观测精度。一般利用DS05级精密水准仪和配套的精密铟钢水准尺进行观测。为保证首次观测结果的准确性，每个观测点应进行两次观测；最后，高层建筑每升高一层均应进行沉降观测，直到达到标高后埋设永久性观测点，要求首年每个季度均应进行观测，次年每半年进行一次观测，直到沉降达到稳定。
3.水准点稳定性分析
实际观测时水准点不可能稳定不变，因此为提高观测精度观测控制网需进行外业定期复测，并需同步分析沉降观测情况，最后通过对比分析选择稳定性较好的基准点。实际施工中水准点检验和分析包含两种情况。
（1）起始点不固定
针对起始点不固定的区域，应将各点第一次观测的数据当做最初高程，并利用间接观测平差原理采用节点方法，计算各水准高程闭合差矩阵V。计算公式1如下：
上式中的字母代表的含义如表1所示：
字母 H P p
含义 所有水准点高程列矩阵 所有水准点高程权矩阵 两个水准点间线路权矩阵
根据公式1可计算出不同观测点第一次的观测高程，为后期对每个观测点进行重复观测做参考。
（2）起始点固定
当起始点固定时，可单独平差每次的观测结果进而获得不同观测点的高程数据，并对其进行假设检验。然后依据统计量将F分布构造出来，并选取置信水平，通过查表获得F的置信区间。检验时如假设能够通过，则结束检验，否则需对变化值进行重复分组，直到假设接受为止。经过这样的处理，便可获得稳定性强的水准点。
总之，不管水准点起始点是否固定，每次观察时均需复核水准基点，将复核后的数据进行平差并将其和零周期数值进行对比，如果沉降量未超过2倍的测量中误差，可认为水准基点是稳定的。针对一般的工程而言，沉降观测时，如果每天的沉降小于0.01～0.04mm时则可认为建筑工程进入稳定阶段。
另外，水准基点观测结束后需对工作基点进行观测，将观测数据平差处理后，如满足标准允许范围，则将其当做位移起测点的初始值。如果基准点复核平差值和零周期值超过限差，则需认真检查测量数据检查是否有异常数据出现，同时检查基准点是否被破坏，如經过检查未发现异常则重新进行测量，平差后如仍出现超限现象，则需结合之前测量数据找出沉降均匀的点代替基准点进行测量，分析测量数据进行平差直到满足测量允许范围。
三、观测数据的分析和处理
1.收集整理观测资料
对每次的观测结果进行整理，如数据准确性满足标准要求后计算平差，以此获得不同观测点的高程值，进而计算出沉降量。观测点不同周期沉降量计算公式如下所示：（N、i分别表示观测点和观测周期），计算累计沉降量使用公式。
2.汇总观测统计表
汇总观测统计表需完成观测记录的整理、沉降量的计算、关系曲线的绘制以及沉降预测四项工作，其中整理观测记录时首先需检查外业手簿相关数据是否有无，精度是否满足观测目标要求；其次，对水准点之间的关系进行认真分析，确定稳定性较好的水准点，应将其当做基准对闭合差进行分配，以此计算观测点和水准点的高程。依据计算出的高程数据，便可求得该次观测时的沉降量以及累计沉降量，同时将荷载、日期等参数记录到相关的表格中。为了更加清晰的认识沉降量、荷载以及时间的关系，需绘制时间与荷载、沉降量关系图。另外，能够反映三者关系的曲线通常可绘制在同张图上，其中图中的上半部分可绘制荷载与时间的关系，下半部分可绘制时间与沉降量之间的关系。
结合高层建筑沉降量统计表以及绘制的时间与荷载、沉降量之间的关系图，能够预测高层建筑的沉降情况，进而为施工的进行提供参考。另外，在此基础上还可利用下列公式，计算出因沉降引起的建筑物倾斜情况。
其中，字母、为m、n两点的总沉降量，指m到n的距离。
四、总结
高层建筑不均匀沉降监测属于垂直位移监测的重要内容，在保证高层建筑质量发挥重要作用。为此，为保证监测结果准确性，提高监测精度，应采用精密水准测量方法进行测量，并严格按照监测规范标准实施。
参考文献：
[1] 王雷霆. 论精密水准测量在地面沉降监测中的应用[J]. 华北国土资源. 2013（02）
[2] 王玉琢. 精密水准测量的施测及精度探究[J]. 门窗. 2013（01）
[3] 赵庆林，王克忠，刘磊. 精密水准测量的施测及精度分析[J]. 黑龙江科技信息. 2011（09）
关键词：精密水准测量；高层建筑；垂直；监测
高层建筑沉降的精密水准测量涉及的专业知识和监测内容较多，其中观测基准网和观测点的布设，以及数据的分析至关重要，在整个测量中处于中心地位。
一、沉降观测基准网和观测点布设
观测基准网和观测点布设是精密水准测量的基础环节，会直接影响监测数据的准确性，因此施工时应引起高度的重视。
1.水准控制网的布设
建设单位应根据高层建筑的规模和实际环境，制定切实可行的测量方案，并在严格遵守布网规范标准的基础上，对水准控制网进行布设。实际布设过程中应重点把握以下几项内容：首先，如测量范围内建筑物较少，应将观测点和控制点布设成单一层次。否则应布设成两个层次，即扩展网（由观测点、工作基点、基准点组成）和控制网（由基准点组成），其中扩展网由观测点和其联测的控制点构成，控制网主要由控制点构成；其次，利用水准测量方法对其进行测量，测量精度应达到一等测量精度要求。另外，还应根据要求定期复测；再次，一般每个测区水准基点至少应控制在三个，不过当选择的点位稳定性较好，而且测区较小时水准基点数量可少于三个，不过如将基准点考虑在内仍不能少于三个。另外，埋设基准点的位置不能选择在滑坡、松软区域内，尤其应注意避开管道设施；最后，应根据点位地质的实际状况选择水准点标石。针对沉降观测通常可使用混凝土基本水准标石。另外，基准点可选择混凝土预制桩充当，一般规格为上底0.25×0.25，下低0.55×0.55，高度为0.7m。并在桩上设置一φ16mm的金属标志，而且埋深工作应在观测前一月完成。
2.观测点的布设
参考监测区设置的水准控制网，综合分析设计图纸和观测点埋设要求等内容确定观测点。另外，为了保证施测均沿相同的路线，应在观测点和控制点设置固定的观测路线，并在转点和架设仪器站点进行标记。
二、观测过程的实施
1.观测准备
观测之前施工单位应将观测所用的仪器送到专业部门检定，以确保各种仪器处在最佳的状态，进而确保监测数据准确，监测精度满足标准要求。
2.观测过程控制
首先，观测时应按照制定的观测方案进行，尤其当观测点和基准点稳定后应及时组织人员进行首次观测。另外，高层建筑通常存在多层或一层地下结构，因此观测应注意从基础开始；其次，首次观测获得的数据是今后观测对比的主要依据，因此应尽可能提高观测精度。一般利用DS05级精密水准仪和配套的精密铟钢水准尺进行观测。为保证首次观测结果的准确性，每个观测点应进行两次观测；最后，高层建筑每升高一层均应进行沉降观测，直到达到标高后埋设永久性观测点，要求首年每个季度均应进行观测，次年每半年进行一次观测，直到沉降达到稳定。
3.水准点稳定性分析
实际观测时水准点不可能稳定不变，因此为提高观测精度观测控制网需进行外业定期复测，并需同步分析沉降观测情况，最后通过对比分析选择稳定性较好的基准点。实际施工中水准点检验和分析包含两种情况。
（1）起始点不固定
针对起始点不固定的区域，应将各点第一次观测的数据当做最初高程，并利用间接观测平差原理采用节点方法，计算各水准高程闭合差矩阵V。计算公式1如下：
上式中的字母代表的含义如表1所示：
字母 H P p
含义 所有水准点高程列矩阵 所有水准点高程权矩阵 两个水准点间线路权矩阵
根据公式1可计算出不同观测点第一次的观测高程，为后期对每个观测点进行重复观测做参考。
（2）起始点固定
当起始点固定时，可单独平差每次的观测结果进而获得不同观测点的高程数据，并对其进行假设检验。然后依据统计量将F分布构造出来，并选取置信水平，通过查表获得F的置信区间。检验时如假设能够通过，则结束检验，否则需对变化值进行重复分组，直到假设接受为止。经过这样的处理，便可获得稳定性强的水准点。
总之，不管水准点起始点是否固定，每次观察时均需复核水准基点，将复核后的数据进行平差并将其和零周期数值进行对比，如果沉降量未超过2倍的测量中误差，可认为水准基点是稳定的。针对一般的工程而言，沉降观测时，如果每天的沉降小于0.01～0.04mm时则可认为建筑工程进入稳定阶段。
另外，水准基点观测结束后需对工作基点进行观测，将观测数据平差处理后，如满足标准允许范围，则将其当做位移起测点的初始值。如果基准点复核平差值和零周期值超过限差，则需认真检查测量数据检查是否有异常数据出现，同时检查基准点是否被破坏，如經过检查未发现异常则重新进行测量，平差后如仍出现超限现象，则需结合之前测量数据找出沉降均匀的点代替基准点进行测量，分析测量数据进行平差直到满足测量允许范围。
三、观测数据的分析和处理
1.收集整理观测资料
对每次的观测结果进行整理，如数据准确性满足标准要求后计算平差，以此获得不同观测点的高程值，进而计算出沉降量。观测点不同周期沉降量计算公式如下所示：（N、i分别表示观测点和观测周期），计算累计沉降量使用公式。
2.汇总观测统计表
汇总观测统计表需完成观测记录的整理、沉降量的计算、关系曲线的绘制以及沉降预测四项工作，其中整理观测记录时首先需检查外业手簿相关数据是否有无，精度是否满足观测目标要求；其次，对水准点之间的关系进行认真分析，确定稳定性较好的水准点，应将其当做基准对闭合差进行分配，以此计算观测点和水准点的高程。依据计算出的高程数据，便可求得该次观测时的沉降量以及累计沉降量，同时将荷载、日期等参数记录到相关的表格中。为了更加清晰的认识沉降量、荷载以及时间的关系，需绘制时间与荷载、沉降量关系图。另外，能够反映三者关系的曲线通常可绘制在同张图上，其中图中的上半部分可绘制荷载与时间的关系，下半部分可绘制时间与沉降量之间的关系。
结合高层建筑沉降量统计表以及绘制的时间与荷载、沉降量之间的关系图，能够预测高层建筑的沉降情况，进而为施工的进行提供参考。另外，在此基础上还可利用下列公式，计算出因沉降引起的建筑物倾斜情况。
其中，字母、为m、n两点的总沉降量，指m到n的距离。
四、总结
高层建筑不均匀沉降监测属于垂直位移监测的重要内容，在保证高层建筑质量发挥重要作用。为此，为保证监测结果准确性，提高监测精度，应采用精密水准测量方法进行测量，并严格按照监测规范标准实施。
参考文献：
[1] 王雷霆. 论精密水准测量在地面沉降监测中的应用[J]. 华北国土资源. 2013（02）
[2] 王玉琢. 精密水准测量的施测及精度探究[J]. 门窗. 2013（01）
[3] 赵庆林，王克忠，刘磊. 精密水准测量的施测及精度分析[J]. 黑龙江科技信息. 2011（09）