高层建筑物施工测量的方法及其精度分析

　　摘要:随着社会的不断发展与进步,重视高层建筑物施工测量的方法及其精度分析具有重要的意义.本文主要探讨高层建筑物施工测量的方法及其精度分析的有关内容.
　　关键词:高层，建筑，施工，测量，精度
　　随着经济的发展，工程建设也不断增多。施工阶段的测量工作是各项工程建设质量的前提和重要保障。数据是否准确可靠，以及测量仪器的性能和测量人员的专业技术水平等直接影响工程质量。如何将工程设计要素(点位坐标、高程、边长、角度、坡度等)，在保证精度的前提下，以最简单的施测方案标定于施工现场来指导施工。保证施工测量精度的主要途径是：加强检核、杜绝粗差。
　　一、高层建筑物的定位放线
　　1、建立施工测量控制网
　　首先，建立平面控制测量。平面控制测量是以城市规划的建筑红线、高层建筑主要构筑物轴线为主控方向，将其作为区域控制的主轴线的测量工作。通常建立矩形控制网或方格网，以控制高层建筑群及其他各相关建筑，并涵盖全部施工区域。控制网一般都建成与主建筑物一致的直角坐标系，即建筑坐标系统。以便于日常施工放线定位尺寸换算，保证精度，使用方便，容易复测和自检闭合。平面控制网建立还应考虑高层建筑的地下设施：如地下室、地下车库、深基础等，还应为高层竖向测量内控制网建立留出空间。
　　其次，优化高程控制测量。高程控制测量是在对建筑所处城市的水准基准点的高程测量的基础上，在高层建筑区域建立和城市道路、管网、通讯、给排水等相互连接的有一定精度和控制范围的水准网点，并与国家水准网点和城市水准点联测的工作。点位宜选择在建筑区域内通视条件好，不容易被碰动和破坏的地方；也可以根据施工需要建立一些半永久性水准点做补充，以方便施工。
　　2、施工过程中的定位放线测量技术
　　首先，基础土方施工测量。基础坑土方开挖之前，定位放线一般测量建筑物的主要轮廓线，土方开挖时以建筑物设计轴线外施工。大型基础可将测量经纬仪设置在基坑底部，用串镜的方法引测轴线到深基坑底部。
　　其次，基坑水准测量。高层建筑深基坑挖土，一般都采用机械开挖和人工清理配合。为了控制挖土标高，测量人员要观测标高点，通常用普通水准仪将水准网控制点沿土方施工坡道向基坑内引测，在坑底进行土方标高测量，将标高引测到四周钉小木桩固定，以检查土方深度。基础施工中心线定位放线测量贯穿整个施工过程，从垫层混凝土到±0．00各工序及分项、子分项工程都需要作好测量，一般通常采用的测量方法有：方向线交会投影法、主轴线直角坐标法、极坐标法、角度交会法等。
　　再次，标高测量。标高测量是指根据高层建筑区域的高程控制点，引测建筑物的标高的水准测量工作。底层和基础施工时，直接用普通水准仪观测；底层结构施工完工后，高层建筑施工中要由下向上进行高层传递标高。通常用钢尺直接从墙角或楼梯、电梯间的一层标高点向上丈量。
　　二、高层建筑物的竖向测量
　　1、传统的吊线坠测量
　　传统的吊线坠测量可根据建筑物的设计高度决定线坠的重量，一般50-80m以内的高层建筑施工，可采用10—12kg重的特别线坠，用0.1—1mm的钢丝为吊线。有条件则可以采用垂直塑料管沿垂直方向套着吊线，以减少外部因素影响，精度更高。具体做法可视建筑物平面结构和竖向布置，确定起吊原点，架设固定吊架。
　　2、普通经纬仪投影测量
　　一般的高层建筑如场地较宽、四周没有其他障碍物限制，仅用普通经纬仪施测放线。但此时建筑物的高度与地面建立的平面控制桩的距离不能小于1:0.8。采用的方法是：将轴线投影测量到施工层面上。即利用直线方向控制建筑物主要轴线进行逐层测量放样，这种测量方法利用普通经纬仪观测，不需要专用的设备，经济适用。
　　
　　根据高层建筑的结构形式、施工方法和环境条件，制定出切实可行的测量方案。做好各项准备工作，在底层依据平面控制系统，建立竖向测量控制点。一般可布设为方形、十字轴线形、工字形、丁字形等作为内控制。测量工作前必须检查校正仪器，具体方法可按规范的“测量仪器检查与校正”要求进行，或送有关专职检测部门检校。
　　三.建筑施工测量的精度分析
　　建筑工程施工规范规定了各项目的施工误差的限差。施工误差是对各项目施工所产生的误差的一般规定，建筑限差是工程验收规范的质量标准，是对工程质量的最低要求，可理解为极限误差△。工程竣工后的位置(点位)中误差M应为M=±△／2。并且,为确保建筑物的竣工位置在设计位置的建筑限差△以内，施工测量人员应做到如下精度要求：①施工控制网点的中误差小于施工区内项目最小建筑限差O.18倍；②施工放样中误差应小于该项建筑物限差的O．36倍；⑧施工误差应小于该项建筑限差的0．41倍。[3]
　　1.平面控制
　　高层建筑必须建立施工控制网。一般建立施工方格控制网较为实用，使用方便，精度可以保证，自检也方便。建立施工方格控制网，必须从整个施工过程考虑、打桩、挖土、浇筑基础垫层和建筑物施工过程中的定轴线均能应用所建立的施工控制网。由于打桩、挖土对施工控制网的影响较大，除了经常复测校核外，最好随着施工的进行，将控制网延伸到施工影响区之外。目前在高层建筑施工中：采用“升梁提模”和钢结构吊装双梁平台整体同步提升等施工工艺，必须将控制轴线及时投影到建筑面层上，然后根据控制轴线作柱列线等细部放样，以备绑扎钢筋、立模板和浇筑混凝土之用。
　　1)建立局部直角坐标系统
　　为了将高层建筑物的设计放样到实地上去，一般要建立局部的直角坐标系统。为了简化设计点位的坐标计算和在现场便于建筑物放样，该局部系统坐标轴的方向应严格平行于建筑物的主轴线或街道的中心线。
　　施工方格网布设应与总平面图相配合，以便在施工过程中能够保存最多数量的控制点标志。
　　下面结合某商城工程介绍施工过程中平面控制网的建立(图1)。
　　
　　图1商城平面控制网
　　图中O为施工控制点，◣为红三角标志，作控制方向用，在打桩期间建立A／⑾、A／⒃、K／①、K／⒃为施工方格网，由于挖土及建筑过程中O线上的控制点不能再利用，为此将O线上所有的控制点延至南京西路南侧，随着施工建筑不断升高，用架设在施工控制点上的仪器直接投线有困难时，将利用已投至远方高楼上的红三角标志作为控制。在该工程中确定以⑧和⑧轴线为主要中心“+”字控制。当中心点用串线法确定后，仪器必须架设在中心点上，分别实测“+”字四个交角，看是否满足90º±6″的要求。中心点确定后，以设计距离逐步进行放样。另以红三角标志作校核用。在主楼施工时，均以⑥及⑧轴为中心控制轴线。考虑到建筑物结构上升到一定高度时，外部布置的红三角标志逐渐失去控制作用，在地下结构部分浇筑到±0时，在±0面层上根据⑥、⑧轴线测定四个主要柱列轴线点，组成一矩形内控制，并在上升的每层楼板上与该四个柱列轴线相对应的位置留出20cmx20cm的预留孔，作为该四个柱列轴线点向上作垂直传递用，且与⑥、⑧轴线作相互校核。当主楼施工到一定高度时，外控制和远方红三角标志均失去作用，此时必须以内控制作主要依据。必须注意，外控制、红
　　三角标志、内控制之间的关系必须保持一致，这样无论施工到哪一阶段，都能确保一定的精度。在该项工程中控制点之间距离误差要求达到±2mm，测角中误差±5″，其余均按施工测量规程进行。
　　2)用极坐标法和直角坐标法的放样
　　在工业企业建筑场地上，一般地面较为平坦，适宜于用简单的测量工具进行平面位置的放样。在平面位置的放样方法中，通常用的是极坐标法和直角坐标法。
　　用极坐标法放样时，要相对于起始方向先测设已知的角度，再由控制点测设规定的距离。
　　当用直角坐标法放样时，则先要在地面上设有两条互相垂直的轴线，作为放样控制点。
　　此时，沿着Z轴测设纵坐标，再由纵坐标的端点对Z轴作垂线，在垂线上测设横坐标。为了进行校核，可以按上述顺序从另一轴线上作第二次放样。为了使放样工作精确和迅速，在整个建筑场地应布设方格网作为放样工作的控制，这样，建筑物的各点就可根据最近的方格网顶点来放样。
　　下面分析用极坐标法和直角坐标法放样点位的精度。
　　①极坐标法设有通过控制点O的坐标轴Ox和Oy，待放样点C(图2)的
　　坐标等于x和y。放样是用极坐标法，由位于Ox轴上离点O距离为C的点A来进行。也就是说，在A点测设出预先算得之角度a，再由点A测设距离到点C。因此，为了放样C点，需要进行下列工作：
　　(1)在Ox方向上量出由点O到点A的距离C；
　　(2)仪器对中；
　　(3)在A点安置仪器测设角度a；
　　(4)沿着所测设的方向，由A点量出距离b；
　　(5)在地面上标定C点的位置。
　　以上各项工作均具有一定的误差。由于各项误差都是互不相关的发生，所以
　　彼此均是独立的，按误差理论可得用极坐标法测设C点的误差：
　　M=±(式-1)
　　式中——丈量c与6的误差系数；
　　e一对中误差；
　　—测设角度误差；
　　一标定误差。
　　
　　图2极坐标法放样
　　
　　图3定点位及产向桩示意图
　　
　　由上式可看出，C点离开A点O点愈远，则误差愈大。尤其是b的增大影响更大。此外，我们还可看出，总误差不取决于角度a的大小，而是决定于测设角度的精度。为此，为了减少误差M，需要提高测设长度和角度的精度。
　　②直角坐标法直角坐标法是极坐标法的一种特殊情况。此时a=90º，此外，b和c均是直接丈量的，所以误差系数。
　　3)施工方格控制网点的精测和检核测量
　　建立施工方格控制网点，一般要经过初定、精测和检测三步。
　　①初定初定即把施工方格网点的设计坐标放到地面上。此阶段可以利用打入的5cm5cm30cm小木桩作埋设标志用。
　　由于该点为埋石点，在埋设标志时必须挖掉，为此在初定时必须定出前后方
　　向桩，离标桩约2—3m。根据埋设点和方向桩定出与方向线大致垂直的左右两个，这样当埋设标志时，只要前后和左右用麻线一拉，此交点即为原来初定的施工方格网点(图3)另配一架水准仪，为了掌握其顶面标高，在前或后的方向桩上测一标高。因前后方向桩在埋设标志时不会挖掉；可以在埋设时随时引测。为了满足施工方格网的设计要求，标桩顶部现浇混凝土，并在顶面放置200mm×20mm不锈钢板。方格网点的埋设见图4。
　　②精测方格网控制点初定并将标桩埋设好后，将设计的坐标值必须精密测
　　定到标板上。为了减少计算工作量，一般以采用现场改正。
　　
　　图4控制点标志埋设图
　　1-凝土保护桩；2-幽预制钢筋混凝土桩；3-冰准标志；
　　4-不锈钢标板；5--300mm300mm混凝土
　　
　　改正方法如下：
　　(1)180°时的改正方法。详见图5长轴线改正示意图
　　（式-2）
　　改正后用同样方法进行检查，其180°之差应≤±10″
　　(2)90°时的改正方法。
　　详见图6短轴线改正示意图。
　　（式-3）
　　式中—轴线点至轴线端点的距离；
　　δ——设计角为直角时
　　改正后检查其结果90°之差应≤±6″。
　　③检测精测时点位的现场虽做了改正但为了检查有否错误以及计算方格控制网的测量精度，必须进行检测，测角用T2经纬仪两个测回，距离往返观测，最后根据所测得的数据进行平差计算坐标值和测量精度。
　　
　　图5长轴线改正示意
　　
　　图6短轴线改正示意
　　
　　2、施工放样仪器的检验与校正
　　首先要求将投入施工测量的仪器依照规范进行全面(至少是重要项目)的检验与校正。可根据仪器的特点、使用频率、作业特点等分别进行年度检核、投入工期前检核、出测前检核(即年检、期检、日检)。年检是在每年规定的时间内送正规测绘仪器检定机构参照国家或行业规范进行全面系统的检验与校正，并提供完整的检定参数(如测距仪的加常数C、乘常数Ko这主要是对精密仪器妇光电测距仪、全站仪、电子经纬仪。期检是在本期工程投入前对仪器进行的重要项目的检验，可由老测量工或测绘类专业毕业生来完成，保证仪器的正常工作。例如经纬仪的视准轴误差、横轴误差等。主要对经纬仪、普通钢尺、水准仪采用期检。日检是对仪器的一些重要且易变的项目参数进行简单测定，如水准仪的i角，其大小直接影响其准确性，可在每天早晚用搬站两次测定两站高差的方法粗略测定其i值。
　　3、测量资料的检核
　　即对所收到的各类资料进行检测、核算，重点对工程的主要位置部位进行复核。资料检核分测量资料和设计图纸两部分。对测量资料，应现场交桩，还应检测和核标。对设计资料，应结合技术交底和图纸会审，认真分析标注的数据，及时发现缺漏、矛盾、不交圈等问题。采用的方法有，对轴线进行各开间(或进深)尺寸的合理性、一致性、符合性检验，看累计值与总尺寸是否相等。对高程应特别注意各专业图纸的一致性，避免在开工后才发现问题而造成损失。
　　4、施工控制网点的复测检核
　　施工控制网点作为施工放样的基准点，一般由甲方测设(或委托专业单位测设)。其精度按施工区最严的建筑限差。建筑方格网的主轴线应布设在整个场地中部，并与总平面图中主要建筑物的基本轴线相互平行：转折角必须严格达到90°：边长的相对精度可视工程要求而定，控制点用桩位应选在不受施工干扰且能长期保留之处。施工控制网点的复测是按照控制网点的等级要求的测回数，测程等进行角度、边长、坐标、高程的复测，计标出复测值并与其理论值进行比较。
　　5、施工放样点的质量控制
　　对房建工程来说，平面控制网常设在地坪层，由几个矩形组成，且布置在建筑物内部，以便逐层向上投影，控制各细部(包括墙、柱、电梯井筒、楼梯等)的施工放样。布点时要注意矩形控制网各边应与建筑轴线平行：建筑物内部细部结构(指柱和承重墙)不妨碍控制点间的通视：控制点向上层作垂直投影时，要在各层楼板上设置垂；隹孔，而且垂准孔铅垂方向应避开横梁和楼板中的主筋。
　　结构细部测设，对建筑中外墙、承重墙、立柱、电梯井、梁、楼梯等可采用经纬仪和钢卷尺极坐标法、距离交会法、直角坐标法等测设和复核其位置。采用垂准仪作垂直投影，高程传递采用钢卷尺丈量法和全站仪天顶距法来传递。对于精度要求高的超高或其它特殊建筑应采用全站仪进行高程传递。仪器的使用技术要求应符合《工程测量规范》(GB50026—93)的规定。
　　四结束语
　　任何一项建筑工程的实施都是以测量为开端，特别是高大复杂的建筑物，更离不开完善的测量体系和方法。对于建筑结构各部分构件能否按设计位置定位和相互连接，决定结构整体的安全性。通过对以上的分析，弄清了施工测量的工作步骤和误差的构成及检校、复核。使施工测量的误差符合规范要求。有效控制施工测量质量是工程质量控制的关键环节，对工程目标的实现有重大意义。
　　
　　参考文献
　　[1]曹丰.建筑施工技术【M】.郑州大学出版社.2007.
　　[2]李大华.现代建筑施工技术【M】.安徽科学技术出版社.2001.
　　[3]陈宗佩，王振军.工程建筑物测量放样精度标准的探讨【J】.测绘通报，2007(4):10-14
　　[4]石松,陈霞.特殊形状建筑物测量放线技术【J】.施工技术.2007(10):92-95

《高层建筑物施工测量的方法及其精度分析》

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