沉降观测基础知识.doc

1.变形观测概述
1.1 变形观测发展概况
工程建设，已经有数千年的历史了。
15世纪初，世界上首次变形观测。
19世纪初，人们开始对建筑物变形给以极大关切，一些国家开始对建筑物进行沉陷和水平位移观测，并成立了一些专业的研究机构。
我国目前也很重视对大型工程建筑物的变形观测。
目前国际、国内变形观测工作对象主要有：工程建筑物（包括高层建筑、工业与民用建筑、桥梁、隧道、水工建筑物、古建筑等）的变形；地壳变形等研究的主要课题有：变形观测方案的优化设计、对观测值的评价和筛选、变形测量结果的几何分析和变形原因的解释等。下面简单介绍一下我国变形观测的发展情况。
1）变形观测的方法和手段
目前国内变形观测的主要方法仍是常规的大地测量方法：即用经纬仪测角、用测距仪或铟钢尺测距、用精密水准仪测高。二十世纪八十年代以来，新的观测方法不断出现：
（1）利用地面摄影测量方法作变形观测。
（2）三维变形监测网已用于大坝变形观测。
（3）非大地测量方法和一些专用仪器也越来越多地应用在变形观测中。
（4）GPS技术在变形观测中的应用。
2）变形观测方案的优化设计
优化设计的内容包括：控制网的图形、经济指标、精度指标、对已有网的改进等。设计的目标函数有精度、灵敏度、可靠性和经济四个指标。
优化设计方法有两种。一是计算机模拟法；二是计算机解析法。
3）变形观测的数据处理
观测数据的数据量大、种类多、关系复杂。需把这些数据全部存入计算机中，建立变形观测数据库。

1.2 变形观测的一般问题
1）工程建筑物变形观测的意义和目的
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。
一般来讲，建筑物变形主要是由两个方面的原因引起的。一是自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度等；另一种是与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及动荷载（如风力、震动等）的作用。此外由于勘测、设计、施工以及运营管理工作做得不合理，也会引起建筑物的变形。
工程建筑物的变形按其类型来区分，可以分为相对静态变形和实时动态变形。
2）工程建筑物变形观测的内容
变形观测的任务是周期性地对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量。如果要求得瞬时变形，则应采用各种自动记录仪器记录其瞬时位置。
变形观测的内容，应根据建筑物的性质与地基情况来定，要求有明确的针对性，既要有重点，又要作全面考虑，以便能够正确反映建筑物的变化情况，达到监视建筑物的安全运营、
了解其变形规律的目的。例如：
（1）工业与民用建筑物：对于基础而言，主要观测内容是不均匀沉陷。对于建筑物本身来说，则主要是倾斜与裂缝观测。对于工业企业、科学试验设施与军事设施中的各种工艺设备、导轨等，其主要观测内容是水平位移和垂直位移。对于高大的塔式建筑物和高层房屋，还应观测其瞬时变形、可逆变形和扭转（即实时动态变形）。
（2）土工建筑物：以土坝为例，其观测项目主要有水平位移、垂直位移、渗透（浸润线）以及裂缝观测。
（3）钢筋混凝土建筑物：以混凝土重力坝为例，其主要观测项目分为：外部变形观测，有垂直位移（从而可以求得基础与坝体的转动）、水平位移（从而可以求得坝体的挠曲）以及伸缩缝的观测。内部变形观测，它一般是利用电学仪器（或其它仪器）进行定期观测。
（4）桥梁：其观测项目主要有桥墩沉陷观测、桥墩水平位移观测、桥墩倾斜观测、桥面沉陷观测、大型公路桥梁挠度观测以及桥体裂缝观测等。
（5）地表沉降：必须定期地进行观测，掌握其沉降与回升的规律，以便采取防护措施。
为了更全面地了解影响工程建筑物变形的原因及其规律，以及有些特种工程建筑物的要求，有时在其勘测阶段就要进行地表变形观测，以研究地层的稳定性。
3）变形观测的方法
至于工程建筑物变形观测的方法，要根据建筑物的性质、使用情况、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定。
垂直位移：多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量的方法进行观测。
水平位移：①对于直线型建筑物，如直线型混凝土坝和土坝，常采用基准线法观测。②对于混凝土坝下游面上的观测点，常采用前方交会法。③对于曲线型建筑物，如拱坝，可根据在廊道内布设的观测点，采用导线测量的方法。④对于拱坝顶部和下游面上的观测点，也可采用前方交会的方法。
混凝土坝挠度的观测，一般都是通过竖井以不锈钢丝悬挂的重锤线（通常称为正锤线），在一定的高程面上设置观测点，用坐标仪观测钢丝的位置，从而算得坝体的挠曲程度。
坝体和基础的倾斜或者转动，可在横向廊道内用倾斜仪观测，或采用液体静力水准测量，也可以用精密水准测量的方法，测定高差后再计算其转动角。
裂缝（或伸缩缝）观测则使用测缝计或根据其它的观测结果进行计算。对于工业与民用建筑物、地表变形观测，也可采用地面摄影测量的方法测定其变形。
4）变形分析概述
通过变形观测取得第一手的资料，可以监视工程建筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因，采取措施，防止事故发生；并改善运营方式，以保证安全。所以说，变形观测是工程管理工作的耳目。其次，通过在施工和运营期间对工程建筑物原体进行观测，分析研究，可以验证地基与基础的计算方法、工程结构的设计方法，对不同的地基与工程结构规定合理的允许沉陷与变形数值，为工程建筑物的设计、施工、管理和科学研究工作提供资料。
为了达到上述各项目的，从建筑物开始施工就进行观测，一直持续到变形终止。
5）建筑物变形观测的精度
见表1-1～表1-3。

表1-1 建筑变形测量的等级及其精度要求
变形测量等级
沉降观测
位移观测
适 用 范 围
观测点测站
高差中误差
观测点
坐标中误差
特级
±0.05 mm
±0.3 mm
特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测
一级
±0.15 mm
±1.0 mm
高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测
二级
±0.50 mm
±3.0 mm
中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
三级
±1.50 mm
±10.0 mm
低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
注：① 观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量观测相邻观测点相对高差中误差；② 观测点坐标中误差，系指观测点相对测站点（如工作基点等）的坐标中误差、坐标差中误差以及等价的观测点相对基准线的偏差值中误差、建筑物（或构件）相对底部定点的水平位移分量中误差。

表1-2 最终沉降量之观测中误差的要求
序号
观测项目或观测目的
观测中误差的要求
1
绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）
①对于一般精度要求的工程，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选±0.5mm、±1.0mm、±2.5mm；②对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定。
2
（1）相对沉降（如沉降差、基础倾斜、局部倾斜等）
（2）局部地基沉降（如基坑回弹、地基土分层沉降）以及膨胀土地基变形
不应超过其变形允许值的1/20。
3
建筑物整体性变形（如工程设施的整体垂直挠曲等）
不应超过允许垂直偏差的1/10。
4
结构段变形（如平置构件挠度等）
不应超过变形允许值的1/6。
5
科研项目变形量的观测
可视所需提高观测精度的程度，将上列各项观测中误差乘以1/5～1/2系数后采用。

表1-3 最终位移量之观测中误差的要求
序号
观测项目或观测目的
观测中误差的要求
1
绝对位移（如建筑物基础水平位移、滑坡位移等）
通常难以给定位移允许值，可直接由表1-1选取精度等级。
2
（1）相对位移（如基础的位移差、转动挠曲等）
（2）局部地基位移（如受基础施工影响的位移、挡土设施位移等）
不应超过其变形允许值分量的1/20（分量值按变形允许值的1/采用，下同）。
3
建筑物整体性变形（如建筑物的顶部水平位移、全高垂直度偏差、工程设施水平轴线偏差等）
不应超过其变形允许值分量的1/10。
4
结构段变形（如高层建筑层间相对位移、竖直构件的挠度、垂直偏差等）
不应超过其变形允许值分量的1/6。
5
科研项目变形量的观测
可视所需提高观测精度的程度，将上列各项观测中误差乘以1/5～1/2系数后采用。
6）建筑沉降观测的等级划分及其精度要求
1. 建筑沉降观测的等级划分及其精度要求见表1-4
表1-4 建筑物沉降观测的等级及其精度要求
变形观测等级
观测点测站高差中误差(mm)
适用范围
特级
±0.05
特高精度要求的特种精密工程和重要科研项目变形观测
一级
±0.15
高精度要求的大型建筑物和科研项目变形观测
二级
±0.50
中等精度要求的建筑物和科研项目变形观测；重要建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
三级
±1.50
低精度要求的建筑物变形观测；一般建筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测
注：①观测点测站高差中误差，系指几何水准测量测站高差中误差或静力水准测量相临观测点相对高差中误差；
②沉降水准测量闭合差要求：一级小于0.3mm，二级小于1.0mm（其中n为测站数）

检测依据
《建筑变形测量规范》 JGJ 8 - 2007
《建筑地基基础设计规范》 GB50007 - 2002
《建筑物沉降观测方法》 DGJ32/J18 - 2006
《工程测量规范》 GB 50026 - 2007

2. 变形测量的精度等级确定原则
对一个实际工程，变形测量的精度等级应先根据各类建（构）筑物的变形允许值按表1-2和表1-3的规定进行估算，然后按以下原则确定：
（1）当仅给定单一变形允许值时，应按所估算的观测点精度选择相应的精度等级；
（2）当给定多个同类型变形允许值时，应分别估算观测点精度，并应根据其中最高精度选择相应的精度等级；
（3）当估算出的观测点精度低于表1-1中三级精度的要求时，宜采用三级精度；
（4）对于未规定或难以规定变形允许值的观测项目，可根据设计、施工的原则要求，参考同类或类似项目的经验，对照表1-1的规定，选取适宜的精度等级。
7）建筑物变形观测的频率
在施工过程中，频率应大些，一般有三天、七天、半月三种周期，到了竣工投产以后，频率可小一些，一般有一个月、两个月、三个月、半年及一年等不同的周期。在施工期间也可以按荷载增加的过程进行观测，即从观测点埋设稳定后进行第一次观测，当荷载增加到25％时观测一次，以后每增加15％观测一次。竣工后，一般第一年观测四次，第二年观测两次，以后每年一次。在掌握了一定的规律或者变形稳定后，可减少观测次数。这种根据日历计划（或荷载增加量）进行的变形观测称为正常情况下的系统观测。

1.3沉降观测中的几个概念
1）沉降观测的几个主要参数和基本概念：
1.高程的概念
绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，也称“海拔”。
相对高程：当采用绝对高程有困难时，可采用假定的水准面作为起算高程的基准面，地面点到假定水准面的铅垂距离，称为相对高程。

设计高程：工程设计人员在施工图中明确给出该单位工程的±0.000相当于绝对高程值，这个确定的绝对高程值叫设计高程，也叫设计标高。
建筑标高：在工程设计中，每一个独立的单位工程都有它自身的高度起算面，一般取首层室内地坪高度为±0.000，单位工程本身各部位的高度都是以±0.000为起算面算起的相对标高，称为建筑标高。
高差：两个地面点之间的高程差称为高差。
2.水准点（BM）：水准点有永久性和临时性两种。由测绘部门按国家规范埋设和测定的已知高程的固定点，作为在其附近进行水准测量时的高程依据，叫永久水准点。
2）沉降观测的几个误差的概念：
系统误差：相同观测条件下对某一量进行一系列观测，若误差的出现在符号和数值上均相同，或按一定规律变化，这种误差称为系统误差。
偶然误差：相同观测条件下对某一量进行一系列观测，若误差出现的符号和数值大小均不一致，表面上没有规律，这种误差称为偶然误差。
中误差（均方误差）m：数理统计学中叫标准差，在一组观测条件相同的观测值中，各观测值与真值之差叫做真误差，以Δi表示，观测次数为n，则表示该组观测值的中误差（均方误差）m的计算式为：
式中
m值小即表示观测精度较好，反之表示观测精度差。
允许误差：又称极限误差或限差，是指在一定观测条件下偶然误差绝对值不应超过的限值。是区分观测成果是否合格的界限。在测量中常取2~3倍中误差作为允许误差。
闭合差：由一个已知高程点起，按一个环线向施工现场各欲求高程点引测后，又闭合回到起始的已知高程点，各段高差的总和即为闭合差。
平差：在水准路线上有若干个待求高程点，如果测得误差在允许范围内，则认为各测站产生的误差是相等的，对闭合差要按测站数成正比例反符号分配，即对高差进行改正使闭合差等于零。该调整过程即为平差。
图1-1 TC2003全站仪

1.4 高精度的变形观测仪器
1）精密角度测量仪器－TC2003全站仪
TC2003全站仪是瑞士徕卡（Leica）公司生产的，其外貌如图1-1所示。整个仪器的结构可分成三大部分，即测角系统、测距系统、测量数据处理系统。这三部分系统的功能的执行和控制，由附设在仪器内的电子控制主板、存储卡板和马达控制板来完成。
为实现高精度的测量，TC2003全站仪采用了有别于其它全站仪的许多独特先进技术，这些技术在进一步提高全站仪的性能和品质方面，发挥了十分有效的作用。此外，发展了“开放的测量世界(OSW)”的新理念，即通过使用统一标准的数据记录介质、接口和数据格式，把测量和数据处理系统有机地结合起来，为仪器的互相兼容、数据的共享，创造了条件。

TC2003全站仪在电子测角中，采用动态角度扫描系统，与其他测角系统相比，这是一个重大突破。这种动态角度扫描系统可彻底消除度盘的分划误差和偏心误差，极大地提高了测角精度。另外，测量仪器的竖轴倾斜误差，不能采用盘左、盘右取平均的方法加以消除，因此，TC2003附设有一些液体补偿器，在仪器粗略整平后，可以精确测出距严格整平时的偏离值，按相应计算公式对所测值进行改正，从而获得准确的测值。TC2003全站仪的测距标称精度为±（1mm＋1ppm×D），测角精度为 ±0.5²。它是目前世界上精度最高的全站仪之一，多用于精度要求很高的精密工程测量和变形测量。
图1-2 徕卡自动变形监测系统对九龙南线工程高速铁路做连续沉降监测

2）精密长度测量仪器－ME3000测距仪
在变形观测中，对距离测量的精度要求较高，同时，待测距离有长短，依靠传统的仪器和手段已有不足，下面介绍一种精密长度测量仪器－ME3000测距仪。
ME3000是瑞士克恩厂生产的高精度光电测距仪，其测程为3km，标称精度为±（0.2mm＋1.0ppm×D），目前已广泛用于大地变形和工程变形观测以及其它高精度测距工作。由于这种仪器具有优越的性能，因此几乎取代了常规的铟瓦尺的基线丈量。

图1-3 ME3000测距仪

ME3000采用氙气放电管发射的光作为光源，放电管每秒产生100次持续1μs的闪光，其有效光谱长λ＝0.435μm，介乎可见光的绿蓝光之间。测距调制脉冲信号由微波谐振器产生，脉冲宽度为40μs，其调制频率高达500MHZ，相当于精测尺长度U＝λ/α＝0.30m，由于采用了精密的可变光路移相系统，其分辨能力为0.06mm，仪器最后显示距离到0.1mm。
ME3000的仪器外形如图1-3所示，主机通过支架与基座联结，可架设在测点的脚架或观测墩上，右侧的小望远镜用以照准目标。具体操作和注意事项请参阅ME3000使用说明书。

图1-4 Ni002自动安平水准仪

3）精密高差测量仪器－Ni002自动安平水准仪
Ni002的外形如图1-4所示，这种仪器的左右两侧都安置有调焦螺旋、测微螺旋和水平微动螺旋，但却没有水平方向的制动设备。其目镜可以在仪器上沿水平方向旋转，这样，观测员不必移动观测位置，就可照准不同方向上的水准尺。这些特点，使得Ni002对作业环境具有很强的适应能力。
Ni002的测微器，是使物镜在与视线严格成垂直的直线导轨中移动，视线作平移而达到测微的目的。测微量测范围为5mm，可配合分格为5mm的铟瓦水准尺作业。当仪器倾斜时，平面反射镜可以自由摆动，最终静止在垂直位置上。这样可使来自水平方向的光线经平面反射摆镜的反射正确投射在十字丝分划板上，也就是将水平视线在水准标尺上读数的分划数构象在十字丝的分划板上。在目镜视场中可以读取水准尺和测微器分划读数，同时还可以看到圆水准气泡的影像。

4）徕卡HDS
HDS是High Definition Surveying（高清晰测量）的缩写，是瑞士徕卡测量系统对三维激光扫描技术的重新定义。徕卡HDS3000型三维激光扫描仪是HDS产品家族中的旗舰产品，应用于工程扫描领域，可以高清晰高密度地获得物体的外形数据。
三维激光扫描技术是一项崭新的测量技术，可以毫不夸张的讲，它的应用范围只受工程师想象力的限制。
徕卡HDS系统提交给用户的最终产品有两种：一是二维的平面成果。比如建筑物的平面图、立面图、船体的线形数据等；二是三维成果，比如飞机的三维模型、地面的三维表面模型等等。

5）GPS技术
徕卡公司率先于1999年承建了世界上第一个采用GPS技术用于大桥监测的项目—香港青马大桥。之后又在山东黄河大桥、江阴大桥等采用徕卡公司的软硬技术进行GPS大桥健康结构监测。

图1-6 徕卡最新Spider中心化RTK概念在江阴长江大桥GPS三维位移监测中的应用

6）精密水准仪
仪器精度要求：
沉降观测精度宜采用II级水准测量的要求，应使用DS05或DS1级精密水准仪和铟钢水准尺进行。水准仪的i角不得大于15″、补偿式自动安平水准仪的补偿误差Δa绝对值不得大于0.2″。
表4-21 DS05、DS1级精密水准仪的技术参数
技术参数项目
水准仪型号
DS05
DS1
每千米往返平均高差中误差
≤0.5mm/km
≤1mm/km
望远镜放大倍率
≥40倍
≥40倍
望远镜有效孔径（mm）
≥60
≥50
管状水准器格值
10″/2mm
10″/2mm
测微器有效量测范围（mm）
5
5
测微器最小分格值（mm）
0.05
0.05

精密水准仪的检验与校正：
①使用方法

安平：安平方法与普通水准仪大致相同。不过此仪器长水准灵敏度极高，气泡动荡静止较慢，应注意将脚架安踏牢固，安平时先使圆水准大致居中，为了尽量提高视线，减少地面折光影响，仪器架应尽量架高。再瞄准水准尺之后，用微倾螺旋做精确居中，此时只需稍微转动一下即可。螺旋转动的方向与气泡像相对移动方向是一致的。
读尺：精密水准仪配有铟钢水准尺，尺面分左右两条刻划的起点数值不同，测量时两尺都要读数，彼此校对。尺上每小格1cm，每两格注一字，由尺上直接读至cm，零碎读数由光学测微计直读至0.1mm，估读至0.01mm，在瞄准后，转动测微计螺旋，尺像随之上下移动，使横线一端的锲形夹线刚好夹住尺上记得划线。
如图1-7右尺（或称主尺）读数为133cm，测微读数为0.064cm，此主尺读数为133.064cm。然后进行左尺（或称副尺）读数，每一相同高度主副尺读数总是相差301.550cm，由此可以核对读数。
←
大
读
数
133
434
134
132
436
0
1
→
小
读
数
064
（a）基尺读数：133 064
←
大
读
数
434
130
432
434
436
132
134
6
7
→
小
读
数
618
（b）辅尺读数：434 618
图1-7 DS1精密水准仪的读数方法

②校正
圆气泡的校正
目的：使圆气泡轴线垂直，以便安平。
校正方法：用长水准管使纵轴确切垂直，然后校正之，使圆气泡居中，其步骤如下：拨转望远镜使之垂直于一对水平螺旋，用圆气泡粗略安平，再用微倾螺旋使长水准气泡居中微倾螺旋之读数，拨转仪器180°，倘气泡偏差，仍用微倾螺旋安平，又得一读数，旋转微倾螺旋至两读数之平均数。此时长水准轴线已与纵轴垂直。接着再用水平螺旋安平长水准管气泡居中，则纵轴即垂直。转动望远镜至任何位置气泡像符合差不大于1mm。纵轴既已旋得过紧，以免损坏水准盒。
微倾螺旋上刻度指标差的改正
上述进行使长水准管与纵轴垂直的步骤中，曾得到微倾螺旋两读数之平均数，当微倾螺旋对准此数时，则长水准管轴线应与纵轴垂直，此数本应为零，倘不对零线，则有指标差，可将微倾螺旋外面周围三个小螺旋各松开半转，轻轻旋动螺旋头至指标恰指“0”线为止，然后重新旋紧小螺旋。在进行此项工作时，长水准管必须始终保持居中，即气泡保持符合状态。
长水准的校正
目的：是使水准管轴平行于视准轴（即无交叉误差）。
检验：安平仪器后，在距仪器约50m处竖立一水准尺。水准仪三个脚螺旋的位置如图9-6所示，其中两脚螺旋的连线与仪器至水准尺的连线相垂直。将仪器整平，使水准管气泡严格居中，用横丝的中心部位在尺上读数。然后将两个脚螺旋相对的旋转1～2整周，使水准仪向另一侧倾斜，此时横丝所对尺上读数必已变动，旋转微倾螺旋，使十字丝交点处读数保持不变，查看气泡是否偏离中心，如有偏离，记住气泡偏离中心的方向（如偏向目镜端或
物镜端）。使脚螺旋恢复原来位置，并旋转微倾螺旋使气泡居中，此时横丝所对尺上读数仍为原来数值。然后再以前次相反的方向旋转脚螺旋1～2整周。使水准仪向另一侧倾斜，同时旋转微倾螺旋保持十字丝交点处读数不变，再查看气泡有无偏离中心现象，或偏离哪一端。如通过两次检查，气泡始终居中或仅偏于同一端，说明水准轴与视准轴平行。若气泡一次偏于目镜端而另一次偏于物镜端，则说明此项条件不满足，即有交叉误差的存在。
校正：用水准管上左右两校正螺旋一松一紧使气泡居中。此项检验与校正要重复进行，直至满足条件。
环境要求
（1）应在标尺分划线成像清晰和稳定的条件下进行观测。不得在日出后或日落前约半小时、太阳中天前后、风力大于四级、气温突变时以及标尺分划线的成像跳动而难以照准时进行观测。晴天观测时，应用测伞为仪器遮蔽阳光。
（2）观测工作开始前15分钟须将水准仪安装好置于露天阴影下，使仪器温度与大气温度相同。

2.沉降观测
2.1 沉降观测概述
1）沉降观测的目的
监测建筑物在垂直方向上的位移（沉降），以确保建筑物及其周围环境的安全。建筑物沉降观测应测定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。
2）沉降产生的主要原因
（1）自然条件及其变化，即建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度、土壤的物理性质等；
（2）与建筑物本身相联系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的结构、型式及动荷载（如风力、震动等）的作用。
3）沉降观测原理
定期地测量观测点相对于稳定的水准点的高差以计算观测点的高程，并将不同时间所得同一观测点的高程加以比较，从而得出观测点在该时间段内的沉降量：

式中：i表示观测点点号；j表示观测期数。
4）沉降观测点的布置
沉降观测点的布置，应以能全面反映建筑物地基变形特征并结合地质情况及建筑结构特点确定。点位宜选设在下列位置：
（1）建筑物的四角、大转角处及沿外墙每10～15m处或每隔2～3根柱基上；
（2）高低层建筑物、新旧建筑物、纵横墙等交接处的两侧；
（3）建筑物裂缝和沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处、人工地基与天然地基接壤处、不同结构的分界处及填挖方分界处；
（4）宽度大于等于15m或小于15m而地质复杂以及膨胀土地区的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点，在室内地面中心及四周设地面点；
（5）邻近堆置重物处、受振动有显著影响的部位及基础下的暗浜（沟）处；
（6）框架结构建筑物的每个或部分柱基上或沿纵横轴线设点；
（7）片筏基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及其中部位置；
（8）重型设备基础和动力设备基础的四角、基础型式或埋深改变处以及地质条件变化处两侧；
（9）电视塔、烟囱、水塔、油罐、炼油塔、高炉等高耸建筑物，沿周边在与基础轴线相交的对称位置上布点，点数不少于4个。
5）沉降观测点的埋设
沉降观测的标志，可根据不同的建筑结构类型和建筑材料，采用墙（柱）标志、基础标志和隐蔽式标志（用于宾馆等高级建筑物）等型式。各类标志的立尺部位应加工成半球形或有明显的突出点，并涂上防腐剂。标志的埋设位置应避开如雨水管、窗台线、暖气片暖水管、电气开关等有碍设标与观测的障碍物，并应视立尺需要离开墙（柱）面和地面一定距离。普通观测点的埋设 图2-1 普通观测点的埋设

见图2-1，隐蔽式沉降观测点标志的型式见图2-2。

（a）窨井式标志 （b）盒式标志 （c）螺栓式标志
图2-2 隐蔽式沉降观测点标志

6）观测精度要求
（1）先根据表8-2，确定最终沉降量观测中误差；
（2）再以最终沉降量观测中误差估算单位权中误差，估算公式为：
（2-1）
（2-2）
式中 ms为沉降量s的观测中误差（mm）；m△s为沉降差△s的观测中误差（mm）；QH为网中最弱观测点高程（H）的权倒数；Qh为网中待求观测点间高差（h）的权倒数。
（3）求出观测值测站高差中误差后，根据表8-1的规定选择测量的精度等级。
7）观测周期
沉降观测的周期和观测时间，可按下列要求并结合具体情况确定：

（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载情况而定。民用建筑可每加高1～2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，要在第一年观测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。观测期限一般不少于如下规定：砂土地基2年，膨胀土地基3年，粘土地基5年，软土地基10年。
（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、长时间边疆降雨等情况，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，应立即进行几天一次、或逐日、或一天几次的连续观测。
（4）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。
8）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，图2-3为大坝沉降观测的测点布置图。
图2-3 大坝沉降观测的测点布置图
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。水准点的稳定性判断见第13章第13.1.1节。
9）提交成果
（1）沉降观测成果表；
（2）沉降观测点位分布图及各周期沉降展开图；
（3）u—t—s（沉降速度、时间、沉降量）曲线图；
（4）p—t—s（荷载、时间、沉降量）曲线图（视需要提交）；
（5）建筑物等沉降曲线图（如观测点数量较少可不提交）；
（6）沉降观测分析报告。

2.2 高程控制测量
1）高程控制的网点布设要求
（1）对于建筑物较少的测区，宜将控制点连同观测点按单一层次布设；对于建筑物较多且分散的大测区，宜按两个层次布网，即由控制点组成控制网、观测点与所联测的控制点组成扩展网。
（2）控制网应布设为闭合环、结点网或附合高程路线。扩展网亦应布设为闭合或附合高程路线。
（3）每一测区的水准基点不应少于3个；对于小测区，当确认点位稳定可靠时可少于3个，但连同工作基点不得少于3个。水准基点的标石，应埋设在基岩层或原状土层中。在建筑区内，点位与邻近建筑物的距离应大于建筑物基础最大宽度的2倍，其标石埋深应大于邻近建筑物基础的深度。在建筑物内部的点位，其标石埋深应大于地基土压缩层的深度。
（4）工作基点与联系点布设的位置应视构网需要确定。作为工作基点的水准点位置与邻近建筑物的距离不得小于建筑物基础深度的1.5～2.0倍。工作基点与联系点也可在稳定的永久性建筑物墙体或基础上设置。
（5）各类水准点应避开交通干道、地下管线、仓库堆栈、水源地、河岸、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其它能使标石、标志易遭腐蚀和破坏的地点。
2）高程测量精度等级和方法的确定
（1）测量精度的确定
先根据表1-2，确定最终沉降量观测中误差；再根据公式（2-1）或公式（2-2）估算单位权中误差；最后根据与表8-1的规定选择高程测量的精度等级。
（2）测量方法的确定
高程控制测量宜采用几何水准测量方法。当测量点间的高差较大且精度要求较低时，亦可采用短视线光电测距三角高程测量方法。
3）几何水准测量的技术要求（见表2-1、表2-2和表2-3）

表2-1 仪器精度要求和观测方法
变形测量等级
仪器型号
水准尺
观测方法
仪器i角要求
特级
DSZ05 或 DS05
铟瓦合金标尺
光学测微法
≤10²
一级
DSZ05 或 DS05
铟瓦合金标尺
光学测微法
≤15²
二级
DS05 或 DS1
铟瓦合金标尺
光学测微法
≤15²
三级
DS1
铟瓦合金标尺
光学测微法
≤20²
DS3
木质标尺
中丝读数法
注：光学测微法和中丝读数法的每测站观测顺序和方法，应按现行国家水准测量规范的有关规定执行。

表2-2 水准观测的技术指标
等级
视线长度
前后视距差
前后视距累积差
视线高度
特级
≤10 m
≤0.3 m
≤0.5 m
≥0.5 m
一级
≤30 m
≤0.7 m
≤1.0 m
≥0.3 m
二级
≤50 m
≤2.0 m
≤3.0 m
≥0.2 m
三级
≤75 m
≤5.0 m
≤8.0 m
三丝能读数

表2-3 水准观测的限差要求（单位：mm）
等级
基辅分划(黑红面)读数
之差
基辅分划(黑红面)所测
高差之差
往返较差及
附合或环线
闭合差
单程双测站
所测高差较差
检测已测测段高差之差
特级
0.15
0.2
≤
≤0.07
≤0.15
一级
0.3
0.5
≤0.3
≤0.2
≤0.45
二级
0.5
0.7
≤1.0
≤0.7
≤1.5
三级
光学测微法
1.0
1.5
≤3.0
≤2.0
≤4.5
中丝读数法
2.0
3.0
注：n为测站数。

2.3 基准点观测
现以大坝变形观测为例，介绍沉降观测分级观测的具体实施过程。首先介绍基准点观测，其后介绍沉降点观测。
1）观测内容
采用精密几何水准测量方法测量水准基点与工作基点之间的高差，水准路线宜构成闭合形式。
2）观测周期
基准点观测的周期一般为1年或半年，即1年观测1次或1年观测2次。
3）精度要求
精度要求为：每公里水准测量高差中数的中误差不大于0.5mm。即：

式中：为各测段往返测高差之差值； 为测段数；为各测段的权值；为各测段水准路线长度，以km为单位。
4）观测方法
采用国家一等水准测量方法，或参考表1-1，变形测量等级取“特级”或“一级”。
5）具体措施
(1) 观测前，仪器、标尺应晾置30分钟以上，以使其与作业环境相适应；
(2) 各期观测应固定仪器、固定标尺和固定观测人员；
(3) 各期观测应固定仪器位置，即安置水准仪时要对中；
(4) 读数基辅差互差 0.15mm（特级），或0.30mm（一级）。

2.4 沉降点观测
1）观测内容
采用精密几何水准测量方法测量工作基点与沉降观测点之间的高差，水准路线多构成闭
合形式，或在多个工作基点之间构成附合形式。
2）观测周期
不同建筑物沉降观测的周期和观测时间，可根据建筑物本身的具体要求并结合具体情况确定。大坝变形观测是长期的，沉降观测的周期一般为30天，即每月观测1次。
3）精度要求
大坝沉降观测最弱点沉降量的测量中误差应满足±1mm的精度要求。即：

4）观测方法
采用国家二等水准测量方法，或参考表8-1，变形测量等级取“一级”或“二级”。
5）具体措施
大坝沉降观测大部分观测是在大坝廊道内进行的，有的廊道净空高度偏小，作业不便，有的廊道（如基础廊道）高低不平，坡度变化大，视线长度受限制，给精密水准测量带来了很大困难。为了保证精度，除执行国家规范的有关规定外，还根据生产单位的作业经验，对沉降观测补充如下具体措施：
(1) 每次观测前（包括进出廊道前后），仪器、标尺应晾置30分钟以上；
(2) 各期观测要固定仪器、固定标尺和固定观测人员；
(3) 设置固定的架镜点和立尺点，使每次往返测量能在同一线路上进行；
(4) 仪器至标尺的距离不宜超过40m，每站的前后视距差不宜大于0.7m，前后视距累积差不宜大于1.0m，基辅差误差不得超过0.30mm（一级），或0.50mm（二级）；
(5) 在廊道内观测时，要用手电筒以增强照明。

2.5 液体静力水准测量
1）测量原理
如图2-4所示，在两个完全相同的连通容器中充满液体，当液体完全静止后，两个连通管容器内的液面位于同一大地水准面上。由图2-4可知，容器底部的C点和D点的高差为：

图2-4 液体静力水准测量原理

要直接精密地量测出液面离容器底部的高度h1和h2之值是不容易的。在实际工作中利用传感器来进行此项测量，工作极为方便且精度很高。假定传感器I和II的零位距离容器底部分别为a1和a2，传感器测得两容器内液面的高度分别为b1和b2，则C点和D点之间的高差就可以写成：

以上就是液体静力水准测量的原理。
2）测量仪器

图2-5是用目视法读数的最简单的仪器。观测头的玻璃管②固定在木夹板③上，两玻璃管用软管连接起来。通常用水作为充填液体。在观测头的下部有龙头⑤，它是要将仪器搬运至下一站时截断液体用的。在玻璃管上刻有分划，可直接根据弯月形液面进行读数。玻璃管下面有底座，可放到