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1、超高層建筑施工測(cè)量 【摘 要】 開宗明義,超高層的特點(diǎn)就是高度特高,因此,導(dǎo)引其向上施工的測(cè)量難度極大。在分析了影響超高層建筑施工測(cè)量的若干因素后,介紹幾種用于超高層建筑施工的高精度測(cè)量新技術(shù)。 【關(guān)鍵詞】 超高層建筑;施工測(cè)量;平面控制;高程控制 gps測(cè)量 1、超高層建筑施工測(cè)量的任務(wù) 在超高層建筑施工中,施工測(cè)量面臨的任務(wù)主要有:一是建立施工測(cè)量平面和高程控制網(wǎng),為施工放樣提供依據(jù);二是隨超高層建筑施工高度增加,逐步將施工測(cè)量的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)引測(cè)至作業(yè)面;三是根據(jù)施工測(cè)量控制網(wǎng),進(jìn)行超高層建筑主要軸線定位,并按幾何關(guān)系測(cè)設(shè)超高層建筑的次要軸線和各細(xì)部位置;四是展開竣工測(cè)量,為超高

2、層建筑工程竣工驗(yàn)收和維修擴(kuò)建提供資料;五是變形觀測(cè),在超高層建筑施工和運(yùn)營(yíng)期間,定期進(jìn)行變形觀測(cè),以了解其變形規(guī)律,確保工程施工和運(yùn)營(yíng)安全。 2、超高層建筑施工測(cè)量特點(diǎn) 2.1 超高層建筑施工測(cè)量技術(shù)難度大 由于超高層建筑結(jié)構(gòu)超高,平面控制網(wǎng)和高程垂直傳遞距離長(zhǎng),測(cè)站轉(zhuǎn)換多,測(cè)量累計(jì)誤差較大,加之超高層建筑高度大,側(cè)向剛度小,特別是體形奇特時(shí),施工過(guò)程中受環(huán)境影響極為顯著,又由于空間位置不斷變化,高空測(cè)量控制網(wǎng)的穩(wěn)定性也較差。特別是超高層建筑施工高度高空作業(yè)多,作業(yè)條件差,測(cè)量通視困難,高空架設(shè)儀器和接收裝置也比較困難,常需設(shè)計(jì)特殊裝置以滿足觀測(cè)條件。這些都極大地增加了超高層建筑施工測(cè)量的技術(shù)

3、難度。 2.2 超高層建筑施工測(cè)量精度要求高 超高層建筑結(jié)構(gòu)超高,結(jié)構(gòu)受力施工測(cè)量精度影響比較大,過(guò)大的施工測(cè)量誤差不但會(huì)影響建筑功能正常發(fā)揮,如長(zhǎng)距離告訴電梯的正常運(yùn)行,而且會(huì)惡化超高層建筑結(jié)構(gòu)受力,因此必須嚴(yán)格控制施工測(cè)量誤差。另外,為加快施工速度,超高層建筑大多采用階梯狀流水施工流程,大量采用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)裝配的施工工藝,如鋼結(jié)構(gòu)工程、幕墻工程,工業(yè)化生產(chǎn)也對(duì)施工測(cè)量精提出了較高的要求。 2.3 超高層建筑施工測(cè)量影響因素多 超高層建筑施工測(cè)量精度除受測(cè)量?jī)x器精度和測(cè)量技術(shù)人員素質(zhì)影響外,還受建筑設(shè)計(jì)、施工工藝和施工環(huán)境影響。超高層建筑造型、基礎(chǔ)和側(cè)向剛度等設(shè)計(jì)對(duì)施工測(cè)量精度影響更顯著。

4、建筑高度越大、造型越復(fù)雜,施工過(guò)程中超高層建筑變形越顯著?;A(chǔ)剛度越小,施工過(guò)程中超高層建筑沉降越大,差異沉降也越顯著。 3、測(cè)量?jī)x器 3.1經(jīng)緯儀 經(jīng)緯儀是測(cè)量水平角和豎直角的儀器,由望遠(yuǎn)鏡、水平度盤、豎直度盤、水準(zhǔn)器、讀書設(shè)備、基座部件組成。經(jīng)緯儀按讀數(shù)設(shè)備分為游標(biāo)經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀。電子經(jīng)緯儀雖然在外觀上和光學(xué)經(jīng)緯儀相類似,但是由于采用微機(jī)控制和電子測(cè)角系統(tǒng),性能更為優(yōu)越:能自動(dòng)顯示測(cè)量成果,實(shí)現(xiàn)讀數(shù)的自動(dòng)化和數(shù)字化;加之采用積木式結(jié)構(gòu),通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口,可把野外采集的數(shù)據(jù)直接輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算和繪圖。因此電子經(jīng)緯儀在超高層建筑施工測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。 3.2 水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)

5、儀是建立水平視線,測(cè)定地面兩點(diǎn)間高差的儀器,由望遠(yuǎn)鏡、管水準(zhǔn)器(或補(bǔ)償器)、垂直軸、基座和腳螺旋等部件組成。水準(zhǔn)儀按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀,自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀,其中自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和數(shù)字激光水準(zhǔn)儀應(yīng)用較為廣泛。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀借助自動(dòng)安平補(bǔ)償器獲得水平視線,當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線有微量?jī)A斜時(shí),補(bǔ)償器在重力作用下對(duì)望遠(yuǎn)鏡做相對(duì)移動(dòng),從而迅速獲得視線水平時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù),工效高、精度穩(wěn)定。數(shù)字激光水準(zhǔn)儀以標(biāo)尺的條紋碼作為參照信號(hào)存在儀器內(nèi),測(cè)量時(shí),線譯碼器捕獲儀器視場(chǎng)內(nèi)的編碼標(biāo)尺影響作為測(cè)量信號(hào),然后與儀器的參考信號(hào)進(jìn)行比較,就可獲得視線高度和水平距離。數(shù)字激光水準(zhǔn)儀在觀測(cè)時(shí)可自動(dòng)讀數(shù),避免人為誤差。觀測(cè)數(shù)據(jù)可

6、存貯在儀器內(nèi),也可導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)內(nèi),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。瑞士徠卡na2和日本索佳b21精密水準(zhǔn)儀的精度可以達(dá)到0.3mm/km。 3.3 測(cè)距儀 精密測(cè)距一直是測(cè)量技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的距離測(cè)量方法有量尺量距法、視距法、視差法等,其中量尺量距法屬直接測(cè)距法,測(cè)距精度雖可,但作業(yè)量大,工作效率低。視距法和視差法屬間接測(cè)距法,測(cè)距精度也比較低。20世紀(jì)40年代發(fā)展的電磁波測(cè)距技術(shù)隨著科技進(jìn)步日臻成熟,已經(jīng)成為李湘的測(cè)量距離方法。電磁波測(cè)距是利用電磁波為載波,經(jīng)調(diào)制后由測(cè)線一端發(fā)射出去,由另一端反射或轉(zhuǎn)送回來(lái),測(cè)定發(fā)射波與回波相隔的時(shí)間,以測(cè)量距離的方法。測(cè)距儀工效和精度都很高,徠卡智能超強(qiáng)型激光測(cè)距儀le

7、icadis-toa8在0.05至200m的測(cè)量范圍內(nèi),測(cè)量精度可達(dá)1.5mm。利用干涉原理制作的測(cè)距儀精度甚至可達(dá)到絲級(jí)。 3.4 全站儀 全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測(cè)量?jī)x器,是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、高差測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng),因一次安置儀器就可完成該測(cè)站上全部測(cè)量工作而得名。全站儀由電源部分、測(cè)角系統(tǒng)、測(cè)距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理部分、通訊接口、顯示屏及鍵盤等組成。目前全站儀正在向全能型和智能化方向發(fā)展,采用激光、通訊及ccd技術(shù),實(shí)現(xiàn)測(cè)量的全自動(dòng)化,成為測(cè)量機(jī)器人。測(cè)量機(jī)器人可自動(dòng)尋找并精確照準(zhǔn)目標(biāo),在1s內(nèi)完成一目標(biāo)點(diǎn)的觀測(cè),就像機(jī)器人一樣對(duì)成百上千個(gè)目標(biāo)作持續(xù)

8、和重復(fù)觀測(cè),已廣泛用于變形監(jiān)測(cè)和施工測(cè)量,測(cè)量機(jī)器人與gps接收機(jī)相結(jié)合,可成為超全站儀或超測(cè)量機(jī)器人,將gps的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)與全站儀靈活的三維極坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)完美結(jié)合,實(shí)現(xiàn)無(wú)控制網(wǎng)的各種工程測(cè)量。瑞士徠卡生產(chǎn)的自動(dòng)導(dǎo)向全站儀tca2003在120m范圍內(nèi)測(cè)距精度為0.5mm1ppm,具有自動(dòng)導(dǎo)向、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和輸出等功能,能保證施工測(cè)量精度和效率,其對(duì)點(diǎn)方式為激光對(duì)點(diǎn)。 3.5 垂準(zhǔn)儀 垂直度控制是超高層建筑施工測(cè)量的重要任務(wù),為此工程技術(shù)人員開發(fā)了多種專用測(cè)量?jī)x器,如配有90彎管目鏡的經(jīng)緯儀、垂準(zhǔn)經(jīng)緯儀、激光鉛直儀、自動(dòng)天頂準(zhǔn)直儀、自動(dòng)天底準(zhǔn)直儀和自動(dòng)天頂天底準(zhǔn)直儀,其中激光鉛直儀在超高

9、層建筑鉛直定位測(cè)量中應(yīng)用最為廣泛。瑞士徠卡生產(chǎn)的wild zl垂準(zhǔn)儀精度高達(dá)1/200000 4、施工控制測(cè)量 4.1平面控制測(cè)量 平面控制一般布設(shè)三層控制網(wǎng),由高到低逐級(jí)控制。統(tǒng)計(jì)控制網(wǎng)可以根據(jù)工程規(guī)模進(jìn)一步劃分,布設(shè)多個(gè)平級(jí)網(wǎng)。平級(jí)網(wǎng)之間必須相互貫通,以便聯(lián)測(cè)校正,確保統(tǒng)一性。 4.1.1 首級(jí)平面控制網(wǎng) 首級(jí)平面控制網(wǎng)是其他各級(jí)控制網(wǎng)建立和復(fù)核的唯一依據(jù),并可作為鋼結(jié)構(gòu)吊裝等高空測(cè)量定位的空中導(dǎo)線網(wǎng)。首級(jí)平面控制網(wǎng)一般以建設(shè)單位提供的平面控制點(diǎn)為基礎(chǔ)建立,布設(shè)在視野開闊、遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定可靠處。布設(shè)首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng),選擇較穩(wěn)定的地面或樓齡在5年以上并且樓高在50m以下的屋頂布設(shè)觀測(cè)墩或觀測(cè)

10、站(控制點(diǎn))??刂泣c(diǎn)應(yīng)能視線通視,采用gps定位時(shí)高度角15以上范圍應(yīng)無(wú)障礙物。為確保在超高層建筑施工全過(guò)程中穩(wěn)定運(yùn)行,首級(jí)平面控制網(wǎng)應(yīng)滿足有多余觀測(cè)條件。首級(jí)平面控制網(wǎng)可以是導(dǎo)線網(wǎng)、三角網(wǎng)、邊角混合網(wǎng)等。 4.1.2 二級(jí)平面控制網(wǎng) 二級(jí)平面控制網(wǎng)是場(chǎng)地平面控制網(wǎng),發(fā)揮承上啟下的作用,即依據(jù)首級(jí)平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè),并作為三級(jí)平面控制網(wǎng)建立和校核的基準(zhǔn),同時(shí)也可為重要部位的施工放樣提供基準(zhǔn)。但由于二級(jí)平面控制網(wǎng)緊鄰施工現(xiàn)場(chǎng),受施工影響比較大,穩(wěn)定性較差,因此必須定期復(fù)測(cè)校核。二期平面控制網(wǎng)多為環(huán)繞施工現(xiàn)場(chǎng)的閉合導(dǎo)線網(wǎng),也可為十字形軸線網(wǎng)。金茂大廈塔樓施工測(cè)量二級(jí)平面控制網(wǎng)即為軸線網(wǎng)。 4.1.3

11、 三級(jí)平面控制網(wǎng) 三級(jí)平面控制網(wǎng)是建筑物平面控制網(wǎng),為超高層建筑細(xì)部放樣而布設(shè)的平面控制網(wǎng),一般布置在基礎(chǔ)底板上。當(dāng)結(jié)構(gòu)施工至地面以上時(shí),應(yīng)及時(shí)將三級(jí)平面控制網(wǎng)轉(zhuǎn)換到0.000結(jié)構(gòu)層,以便與二級(jí)平面控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)校核,進(jìn)行施工測(cè)量控制。三級(jí)平面控制網(wǎng)位于超高層建筑內(nèi)部,受施工和建筑沉降影響大,因此必須定期復(fù)測(cè)校核。 4.2 高程控制測(cè)量 較之平面控制測(cè)量,高程控制測(cè)量相對(duì)比較簡(jiǎn)單。高程控制網(wǎng)一般分二級(jí)布置,由高到低逐級(jí)控制。首級(jí)高程控制網(wǎng)一般以建設(shè)單位提供的高程控制點(diǎn)為基礎(chǔ)建立,一般布設(shè)在視野開闊、遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)的穩(wěn)定可靠處。創(chuàng)建過(guò)程中需考慮除了下發(fā)或提交的城市高程控制點(diǎn)外,還要增加冗余高程控制點(diǎn),

12、以增強(qiáng)高程控制系統(tǒng)的安全性。為保證高程系統(tǒng)的穩(wěn)定性,點(diǎn)位應(yīng)設(shè)置在不受施工環(huán)境影響,且不易遭破壞的地方。考慮季節(jié)變化、環(huán)境影響以及其他不可知因素,定期對(duì)高程控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)。二級(jí)高程控制網(wǎng)布設(shè)在建筑物內(nèi)部,以首級(jí)高程控制網(wǎng)為依據(jù)創(chuàng)建。隨著時(shí)間的推移與建筑物的不斷升高,自重荷載的不斷增加,建筑物會(huì)產(chǎn)生沉降。因此,要定期檢測(cè)高程點(diǎn)的高程修正值,及時(shí)進(jìn)行修正。高程控制網(wǎng)應(yīng)結(jié)合平面控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè),控制點(diǎn)盡可能共享,以減少維護(hù)工作量。 5、豎向測(cè)量 豎向測(cè)量是超高層建筑施工測(cè)量最重要的任務(wù),也是超高層建筑施工測(cè)量技術(shù)研究的主要內(nèi)容。目前,超高層建筑施工豎向測(cè)量方法主要有外控法,內(nèi)控法和綜合法三種。 5.1

13、外控法 外控法是在建筑物外部,利用經(jīng)緯儀,根據(jù)建筑物軸線控制樁來(lái)進(jìn)行軸線的豎向投側(cè),亦稱作“經(jīng)緯儀引樁投側(cè)法”。外控法操作簡(jiǎn)單,測(cè)量?jī)x器要求低,普通經(jīng)緯儀即可滿足要求,因此早期的超高層建筑豎向測(cè)量多采用該方法。但是該方法場(chǎng)地要求高,建筑周邊必須開闊,通視條件好。隨著超高層建筑高度和城市建筑密度不斷增加,外控法作業(yè)條件越來(lái)越差,因此該方法應(yīng)用范圍逐步縮小,僅限于超高層建筑地下結(jié)構(gòu)和底部結(jié)構(gòu)施工測(cè)量使用。 5.2 內(nèi)控法 內(nèi)控法是在超高層建筑基礎(chǔ)底板上布設(shè)平面控制網(wǎng),并在其上樓層相應(yīng)位置上預(yù)留200mm200mm的傳遞孔,利用垂準(zhǔn)線原理進(jìn)行平面控制網(wǎng)的豎向投測(cè),將平面控制網(wǎng)垂直投測(cè)到任一樓層,以滿

14、足施工放樣需要,即在建筑物內(nèi)部進(jìn)行豎向測(cè)量。 內(nèi)控法有吊線墜法、垂準(zhǔn)儀法。吊線墜法受環(huán)境影響大,一般僅適用高度在100m以下的高層建筑,在超高層建筑施工測(cè)量中應(yīng)用不多。而垂準(zhǔn)儀法受環(huán)境影響小,投側(cè)距離大,工效高,誤差小,因此目前成為超高層建筑豎向測(cè)量的主要方法。按照控制點(diǎn)投測(cè)方向,垂準(zhǔn)儀法又可分為天頂準(zhǔn)直法、天底準(zhǔn)直法。天頂準(zhǔn)直法是利用垂準(zhǔn)儀將控制點(diǎn)向天頂方向進(jìn)行豎向投測(cè),因此也稱仰視法。常用的天頂準(zhǔn)直法測(cè)量?jī)x器有:配有90彎管目鏡的經(jīng)緯儀、激光經(jīng)緯儀、激光鉛直儀、自動(dòng)天頂準(zhǔn)直儀和自動(dòng)天頂-天底準(zhǔn)直儀。天底準(zhǔn)直法是利用垂準(zhǔn)儀將控制點(diǎn)向天底方向進(jìn)行豎向投測(cè),因此也稱俯視法。常用的天底準(zhǔn)直法測(cè)量?jī)x器有:垂準(zhǔn)經(jīng)緯儀、自動(dòng)天底準(zhǔn)直儀和自動(dòng)天頂-天底準(zhǔn)直儀。 5.3 綜合法 內(nèi)控法雖然彌補(bǔ)了外控法易受環(huán)境制約的缺陷,但是隨著超高層建筑高度的不斷增加,內(nèi)控法自身的缺陷也開始凸現(xiàn),這就是平面控制網(wǎng)垂直磚遞過(guò)程中整體位移難以檢查和控制,因此在金茂大廈施工中又發(fā)展了內(nèi)控法與外控法相結(jié)合的綜合法進(jìn)行超高層建筑豎向測(cè)量。豎向測(cè)量采用內(nèi)控法進(jìn)行平面控制網(wǎng)的豎向傳遞。為了控制傳遞誤差,以首級(jí)平面控制網(wǎng)(空中導(dǎo)線網(wǎng))為依據(jù),采用外控法校核傳遞至高空作業(yè)面的平面控制網(wǎng),取得了良好效果。

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