垂準(zhǔn)儀法超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞

陳展鵬

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

1 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和土地資源的緊缺，作為各個(gè)國(guó)家和城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)實(shí)力的標(biāo)志性建筑——超高層建筑越來越多。超高層建筑大多采用鋼筋混凝土核心筒與外鋼框架組合筒體結(jié)構(gòu)，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》［1］規(guī)定:現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)全高垂直度允許偏差不得超過H/1 000且≤30 mm。因此，如何準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞成為超高層建筑施工測(cè)量的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

超高層建筑平面控制網(wǎng)的豎向傳遞主要有內(nèi)控法［2］、外控法和綜合法［3］。內(nèi)控法即在超高層建筑基礎(chǔ)底板上布設(shè)平面控制網(wǎng)，并在樓層相應(yīng)位置上預(yù)留傳遞孔，應(yīng)用垂線原理進(jìn)行平面控制網(wǎng)的豎向傳遞。內(nèi)控法又分為吊線墜法［4］、垂準(zhǔn)儀法。垂準(zhǔn)儀法受環(huán)境影響小，投測(cè)距離大，效率高，誤差小，是目前超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞內(nèi)控法的主要方法。常用的儀器有激光經(jīng)緯儀、激光垂準(zhǔn)儀、垂準(zhǔn)經(jīng)緯儀等。本文以某超高層建筑為例，論述垂準(zhǔn)儀法平面控制網(wǎng)豎向傳遞的具體實(shí)現(xiàn)及精度檢核方法。

2 垂準(zhǔn)儀法平面控制網(wǎng)豎向傳遞

某超高層建筑設(shè)計(jì)總高400余米，共103層。平面控制網(wǎng)豎向傳遞采用激光垂準(zhǔn)儀分段投點(diǎn)，逐段控制。內(nèi)控網(wǎng)由IG1、IG2、IG3、IG4組成(如圖1所示)，分別在10層、30層、50層、70層進(jìn)行傳遞，傳遞距離約 54 m。由于70層結(jié)構(gòu)變化，內(nèi)庭中空，重新布設(shè)了K1、K2、K3、K4、K5共5個(gè)控制點(diǎn)，分別位于3 個(gè)電梯井角，5個(gè)點(diǎn)在85層作最后一次傳遞。

圖1 1～70層平面控制網(wǎng)豎向傳遞示意圖

本工程選用JZC－G102激光自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀進(jìn)行投點(diǎn)，儀器主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。投測(cè)時(shí)，將儀器置于控制點(diǎn)上，調(diào)平，并實(shí)施強(qiáng)制對(duì)中，轉(zhuǎn)動(dòng)垂準(zhǔn)儀讓激光束垂直投測(cè)到新測(cè)樓面預(yù)留孔處放置的數(shù)顯光靶。為消除同心圓誤差，同方向旋轉(zhuǎn)儀器90°、180°、270°投測(cè)。若4次投點(diǎn)的點(diǎn)位較差在限差范圍內(nèi)，選取4次投點(diǎn)的中心作為最終的投點(diǎn)點(diǎn)位。

JZC－G102激光自動(dòng)安平垂準(zhǔn)儀主要技術(shù)參數(shù) 表1

由于受到日照、地球自轉(zhuǎn)、風(fēng)力、溫差等多種因素的影響，建筑物處于周期性的偏擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。樓體的周期運(yùn)動(dòng)特性將直接影響投點(diǎn)的正確性，因此必須對(duì)樓體的周期性運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)，從而選擇最佳的投點(diǎn)時(shí)間，投點(diǎn)距離，必要時(shí)對(duì)投點(diǎn)進(jìn)行偏差改正。本工程采用數(shù)字正垂儀測(cè)量建筑物的傾斜偏差。

3 數(shù)字正垂儀法傾斜偏差測(cè)量

數(shù)字正垂儀［5］為武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院研制，獲國(guó)家專利(ZL 97209451.2)。系統(tǒng)主要由重垂、傳感器的線圈和柵格板組成(如圖2所示)。線圈安裝在重錘下方，柵格板安置在觀測(cè)點(diǎn)上。由于儀器采樣速率高，重錘沒有阻尼裝置，通過對(duì)連續(xù)觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，可以精確計(jì)算垂線的中心位置。數(shù)字正垂儀的主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

圖2 數(shù)字正垂儀示意圖

數(shù)字正垂儀主要技術(shù)指標(biāo) 表2

下面以50層～70層測(cè)量為例，介紹數(shù)字正垂儀測(cè)量數(shù)據(jù)處理。本次測(cè)量時(shí)間從2008年11月13日3:00～14日 13:00共 34 h，數(shù)據(jù)采樣率設(shè)置為15 min，數(shù)字正垂儀每 15 min輸出一次x坐標(biāo)與y坐標(biāo)，同時(shí)需要采集即時(shí)的溫度與風(fēng)速。對(duì)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過小波變換進(jìn)行濾波可以得到70層相對(duì)于50層的運(yùn)動(dòng)軌跡(圖5，橫軸為x方向測(cè)量值，縱軸為y方向測(cè)量值)。圖3、圖4是2008年11月13日3:00～14日13:00的溫度變化曲線圖和風(fēng)速變化圖。綜合圖3～圖5可以得出以下結(jié)論:

圖3 溫度變化曲線圖

圖4 風(fēng)速變化曲線圖

圖5 建筑物運(yùn)動(dòng)軌跡圖

(1)70層相對(duì)于50層?xùn)|西方向最大擺幅為2.1 mm，南北方向最大擺幅為 2.5 mm，點(diǎn)位最大擺幅 3.2 mm。根據(jù)施工方要求和超高層建筑施工放樣精度要求，樓體傾斜偏差小于 4 mm，不需要投點(diǎn)改正。

(2)建筑物夜晚擺動(dòng)小于白天。13日3:00～7:30，70層相對(duì)于 50層?xùn)|西方向的擺幅僅為0.28 mm，南北方向擺幅為 0.2 mm。綜合風(fēng)速及溫度變化曲線圖，建議投點(diǎn)選擇在風(fēng)力較小的夜間進(jìn)行，避開風(fēng)力、日照和溫度等因素對(duì)投點(diǎn)的影響。

(3)旁證了預(yù)先制定的50 m～60 m的傳遞間隔是實(shí)用、合理的。超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞距離不宜過大，因?yàn)闃求w擺動(dòng)會(huì)隨著傳遞距離增加而增大，激光光斑也會(huì)出現(xiàn)發(fā)散，給投點(diǎn)帶來較大誤差;同時(shí)傳遞距離也不宜過小，過小會(huì)引起遞距次數(shù)增多，產(chǎn)生誤差累積。

(4)平面控制網(wǎng)豎向傳遞精度檢核

平面控制網(wǎng)豎向傳遞內(nèi)控法不受建筑外部施工環(huán)境的影響，但隨著建筑物高度的增加，平面控制網(wǎng)傳遞過程中的整體位移與轉(zhuǎn)動(dòng)難以檢查與控制。因此有必要對(duì)投點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)、外符合精度檢核。內(nèi)符合檢核主要利用全站儀實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)換后的控制網(wǎng)邊長(zhǎng)、角度，與理論值進(jìn)行比較。根據(jù)多次轉(zhuǎn)換的經(jīng)驗(yàn)，若邊長(zhǎng)較差小于2 mm，角度較差小于6″，可認(rèn)為本次投點(diǎn)傳遞正確，否則需重新投點(diǎn)，直至邊長(zhǎng)、角度較差在限差范圍內(nèi)。

外符合檢核即選取控制網(wǎng)中任意2個(gè)點(diǎn)，利用激光垂準(zhǔn)儀將其投測(cè)到最高層的鋼平臺(tái)工作面，利用GPS技術(shù)按照一級(jí)GPS網(wǎng)精度要求與首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。將測(cè)定的坐標(biāo)與理論坐標(biāo)進(jìn)行比較，如表3所示。點(diǎn)位較差最大值小于 30 mm，符合規(guī)定。

工作面GPS測(cè)量結(jié)果 表3

5 結(jié)論

建筑物明顯的周期性運(yùn)動(dòng)規(guī)律必須在外界條件變化小和數(shù)字正垂自身不受影響的條件下進(jìn)行至少24 h連續(xù)觀測(cè)才能得到。利用激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)前，要先利用數(shù)字正垂儀得到建筑物的周期性運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后在相同或近似的條件下投點(diǎn)，必要時(shí)對(duì)投點(diǎn)進(jìn)行偏差改正。

本文通過某超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞的實(shí)例，詳細(xì)介紹了垂準(zhǔn)儀法平面控制網(wǎng)豎向傳遞的具體實(shí)現(xiàn)，數(shù)字正垂儀法測(cè)量樓體傾斜偏差以及平面控制網(wǎng)豎向傳遞精度檢核方法，對(duì)超高層建筑平面控制網(wǎng)豎向傳遞具有較好的借鑒作用。

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