仲海蓓 朱俊峰

摘要：本文結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，探討了建筑物沉降觀測精度指標(biāo)的含義及其估算方法，并對(duì)沉降觀測結(jié)果的精度評(píng)定進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞：建筑物；沉降觀測；精度評(píng)定；精度指標(biāo)
0 引言
沉降觀測的精度要求取決于觀測的目的、該建筑物的允許變形值以及建筑物的結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)類型[1]。由于沉降觀測的精度直接影響到觀測成果的可靠性和精確性，因此精度指標(biāo)的確定及評(píng)定是沉降觀測中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。然而，在現(xiàn)實(shí)工作中，建筑物沉降觀測的精度評(píng)定經(jīng)常被忽視，不少測量工作者甚至不清楚精度指標(biāo)的含義及精度評(píng)定的方法。本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)《建筑物沉降觀測方法》DGJ32/J18-2006及《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007的要求，對(duì)建筑物的精度指標(biāo)及評(píng)定進(jìn)行深入探討，弄清精度指標(biāo)的概念及精度評(píng)定的方法。
1 基本概念
在測量中，由于受到測量儀器、觀測者、外界條件等種種因素的影響，產(chǎn)生誤差是不可避免的。測量誤差分為偶爾誤差和系統(tǒng)誤差兩大類，所謂精度，就是描述偶然誤差分布的參數(shù)，精度越高，表示偶然誤差的離散度越小，觀測成果越可靠，反之亦然。
為了衡量觀測精度的高低，利用一些數(shù)字反映誤差分布的離散程度，這些數(shù)字稱為衡量精度的指標(biāo)，較常用的精度指標(biāo)為方差和中誤差，計(jì)算公式如下：
   （1）
  （2）
方差和中誤差是表征精度的絕對(duì)數(shù)字指標(biāo)，權(quán)、協(xié)因數(shù)（權(quán)倒數(shù)）則是表征精度的相對(duì)數(shù)字指標(biāo)。設(shè)有觀測值，對(duì)應(yīng)的方差為，如選定任一常數(shù)，協(xié)因數(shù)的計(jì)算公式為：
   （3）
則稱為的協(xié)因數(shù)或權(quán)倒數(shù)，為單位權(quán)中誤差。對(duì)于水準(zhǔn)測量，常用每公里觀測高差中誤差或者每測站高差中誤差作為單位權(quán)中誤差。
2 建筑物沉降觀測精度指標(biāo)及評(píng)定方法
2.1 精度指標(biāo)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《建筑變形測量規(guī)范》JGJ8-2007要求，建筑沉降觀測的精度級(jí)別、指標(biāo)如下表所示[2]：
表1 沉降觀測的級(jí)別、精度指標(biāo)及其適用范圍
精度級(jí)別 觀測點(diǎn)測站高差中誤差（mm） 主要適用范圍
特級(jí) ±0.05 特高精度要求的特種精密工程的變形測量
一級(jí) ±0.15 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為甲級(jí)的建筑的變形測量；重要的古建筑物和特大型市政橋梁等變形測量
二級(jí) ±0.50 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為甲、乙級(jí)的建筑的變形測量；場地滑坡測量；重要管線的變形測量；地下工程施工及運(yùn)營中變形測量；大型市政橋梁變形測量等
三級(jí) ±1.50 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為乙、丙級(jí)建筑的變形測量；地表、道路及一般管線的變形測量；中小型市政橋梁變形測量等
考慮到沉降測量的自身特點(diǎn)及其小范圍測量的環(huán)境，同時(shí)為了便于使用和數(shù)據(jù)處理，選用觀測點(diǎn)測站高差中誤差作為精度指標(biāo)。在實(shí)際工程中，一般建筑物的沉降觀測可根據(jù)設(shè)計(jì)、施工要求，按上表規(guī)定選取適宜的精度級(jí)別；地基基礎(chǔ)為甲級(jí)的建筑及有特殊要求的建筑沉降監(jiān)測工程，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5007-2002規(guī)定的建筑地基變形允許值，估算沉降觀測點(diǎn)測站高差中誤差，按上表確定精度級(jí)別。沉降觀測點(diǎn)測站高差中誤差可按下式計(jì)算：
  （4）
  （5）
式中，為沉降量的觀測中誤差，為沉降差的觀測中誤差；為沉降觀測網(wǎng)中最弱觀測點(diǎn)高程的協(xié)因數(shù)，為待求觀測點(diǎn)間高差的協(xié)因數(shù)；由協(xié)因數(shù)公式（3）可知，為單位權(quán)中誤差，令觀測點(diǎn)測站高差中誤差為單位權(quán)中誤差，則即為觀測點(diǎn)測站高差中誤差。對(duì)于其他的絕大部分工程，沉降量觀測中誤差可按低、中、高壓縮性地基土[3]，分別選±0.5mm，±1.0mm，±2.5mm；而沉降差的觀測中誤差取值不應(yīng)超過其變形允許值的1/20。觀測點(diǎn)測站高差中誤差的具體計(jì)算過程在以下的部分將通過實(shí)例說明。
2.2 精度評(píng)定
沉降測量結(jié)束后，應(yīng)對(duì)觀測結(jié)果進(jìn)行必要的驗(yàn)算，確認(rèn)觀測結(jié)果的各項(xiàng)限差均滿足要求。首先要驗(yàn)算觀測點(diǎn)的測站高差中誤差是否滿足表1中對(duì)應(yīng)測量等級(jí)的精度要求。當(dāng)水準(zhǔn)網(wǎng)存在多個(gè)閉合環(huán)時(shí)，可按水準(zhǔn)網(wǎng)環(huán)線閉合差由下式計(jì)算所測測站高差中誤差：
   （6）
式中，為水準(zhǔn)環(huán)數(shù)；為各環(huán)線的平均測站數(shù)。當(dāng)水準(zhǔn)網(wǎng)中沒有多個(gè)閉合環(huán)時(shí)，可按測段往返高差不符值由下列公式計(jì)算所測測站高差中誤差：
  （7）
式中，為測段數(shù)；為各測段的平均測站數(shù)。計(jì)算所得的、值不應(yīng)超過方案設(shè)計(jì)所選用等級(jí)的精度要求。
另外，沉降測量中測段往返高差不符值、符合路線或環(huán)線的閉合差，均不應(yīng)超過，測段單程雙測站所測高差的不符值不應(yīng)超過。此處的為相應(yīng)等級(jí)的測站高差中誤差，為測站數(shù)[3]。
3 實(shí)例分析
對(duì)某一建筑物進(jìn)行沉降觀測，該建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)，地基土中等壓縮性。建筑物沉降觀測點(diǎn)分布圖如圖1所示，該建筑一共布設(shè)了6個(gè)沉降觀測點(diǎn)T1～T6，BM1為基準(zhǔn)點(diǎn)。
 


 

圖1 沉降觀測點(diǎn)分布圖
沉降觀測的觀測線路如表2所示，水準(zhǔn)網(wǎng)共有7條水準(zhǔn)路線，其中T3、T4距基準(zhǔn)點(diǎn)最遠(yuǎn)，為最弱點(diǎn)。

表2 觀測線路表
測站數(shù) 1 2 3 4 5 6 7
后視點(diǎn) BM1 T1 T2 T3 T4 T5 T6
前視點(diǎn) T1 T2 T3 T4 T5 T6 BM1
設(shè)每測站觀測高差的精度相同，中誤差均為，由誤差傳播律可知，T3或T4點(diǎn)的高程中誤差為。令測站高差中誤差為單位權(quán)中誤差，由式3可得，觀測網(wǎng)中
最弱觀測點(diǎn)高程的協(xié)因素為。建筑物的地基土為中等壓縮性，沉降量的測定中誤差取±1.0mm。依據(jù)式4，估算出觀測點(diǎn)測站高差中誤差為±0.41mm，因此該建筑物的沉降觀測等級(jí)為二級(jí)。
確定了沉降觀測等級(jí)，觀測方式及各種觀測限差都需按等級(jí)要求進(jìn)行控制。本實(shí)例中，選用往返測的方式進(jìn)行觀測，表3中列出了建筑物某次測量的結(jié)果。按規(guī)范要求，二級(jí)沉降觀測測段往返測高差不符值及環(huán)線的閉合差均應(yīng)，本例中，測站數(shù)，所以限差為2.64mm，由表3可知，各測段往返測不符值及環(huán)線的閉合差均在限差范圍內(nèi)。根據(jù)公式7，由各測段往返測高差不符值計(jì)算出的每測站所測高差均值的中誤差=±0.32mm，二級(jí)沉降觀測測站高差中誤差的要求是±0.5mm，本次測量的結(jié)果精度在要求范圍內(nèi)，可以使用。
表3 高差觀測值
測站號(hào) 測點(diǎn)號(hào) 往測高差/m 返測高差/m 往返高差不符值/mm 高差均值/m
1 BM1 1.12648 1.12649 -0.01 1.12649
T1   
2 T1 0.02648 0.02652 -0.04 0.02650
T2   
3 T2 0.31335 0.31240 0.95 0.31288
T3   
4 T3 -0.02644 -0.02564 -0.80 -0.02604
T4   
5 T4 0.11348 0.11398 -0.50 0.11373
T5   
6 T5 -0.03547 -0.03625 0.78 -0.03586
T6   
7 T6 -1.51654 -1.51588 -0.66 -1.51621
BM1   
閉合差計(jì)算：1.48mm
4 小結(jié)
本文結(jié)合規(guī)范要求，探討了建筑物沉降觀測精度指標(biāo)的含義及其估算方法，對(duì)測量結(jié)果的精度評(píng)定方法進(jìn)行了研究，并以工程實(shí)例直觀的顯示了相關(guān)分析計(jì)算步驟。希望能有助于測量工作者更好的理解規(guī)范的指標(biāo)要求，有助于提高觀測結(jié)果的可靠性。
參考文件：
[1] 高俊強(qiáng)，繆凱，吉文來. 建筑物沉降觀測精度指標(biāo)的研究[J]. 南京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，56（1）：21-26.
[2] JGJ8-2007，建筑物變形測量規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社，2007.
[3] DGJ32/J18-2006，建筑物沉降觀測方法[S].江蘇省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)站，2006.