超高層建筑第三方測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究

超高層建筑第三方測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究

劉洋

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

摘要：以廣州市利通廣場(chǎng)第三方測(cè)量為研究對(duì)象，運(yùn)用超高層建筑精密工程測(cè)量知識(shí)，綜合采用GPS、測(cè)量機(jī)器人、激光垂準(zhǔn)儀等多種先進(jìn)設(shè)備，制定嚴(yán)密的超高層建筑控制網(wǎng)豎向傳遞復(fù)測(cè)方案,確立方便可行的軸線檢測(cè)、高程檢測(cè)及核心筒垂直度測(cè)量方法，為超高層建筑第三方測(cè)量提供新思路，對(duì)類似工程具有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；第三方測(cè)量；豎向傳遞；軸線檢核

中圖分類號(hào)：P208

收稿日期：2015-02-02

作者簡(jiǎn)介：劉洋(1981-)，男，高級(jí)工程師，博士.

Key techniques of third-party surveying for super-high-rise buildings

LIU Yang

(Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Abstract：It presents the key techniques of the third-party surveying for Litong plaza in Guangzhou City，of which is targeted on the super-high-rise building.It adopts a combination of variety of advanced equipments，including GPS，surveying robots and laser vertical collimators，to develop the correct and tight programs for vertical transmission of plane control networks，axis detection，elevation detection and core tube vertical testing.This paper will provide a new idea for the third-party surveying for super-high-rise buildings，and have a good reference for similar projects.

Key words：super-high-rise building of third-party surveying；vertical transmission;axis detection

廣州利通廣場(chǎng)(見圖1)項(xiàng)目位于廣州珠江新城核心商務(wù)區(qū)，是一棟按國際主流標(biāo)準(zhǔn)建造的超甲級(jí)寫字樓，總建筑面積約16.1萬m2，建筑高度為302.7 m，屬于超高層建筑。本工程地上58層，地下5層。對(duì)主體工程的施工質(zhì)量有很高的要求，尤其是工程全高豎向垂直度相對(duì)偏差要求不得大于H/1 000且絕對(duì)偏差不得大于±30 mm。項(xiàng)目屬于特高等級(jí)精密工程測(cè)量范疇。

諸如利通廣場(chǎng)等超高層建筑由于相對(duì)高度太高，一般的建筑工程施工測(cè)量中利用全站儀技術(shù)建立施工控制網(wǎng)的常規(guī)方法，將因高度過高，照準(zhǔn)仰角過大引起測(cè)量誤差影響偏大而不能采用，必須采用嚴(yán)密的技術(shù)方案和特殊儀器設(shè)備，才能有效避免不利因素的影響。

圖1　廣州利通廣場(chǎng)

為此，針對(duì)利通廣場(chǎng)項(xiàng)目特點(diǎn)，制定了嚴(yán)密的超高層建筑控制網(wǎng)豎向傳遞復(fù)測(cè)方案，確立了方便可行的軸線檢測(cè)、高程檢測(cè)、核心筒垂直度測(cè)量方法，內(nèi)容包括平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量、豎向施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)、軸線定位、高程校核測(cè)量、核心筒剪力墻垂直度測(cè)量等5大內(nèi)容，從而為超高層建筑第三方測(cè)量提供了新的思路，對(duì)類似工程具有良好的借鑒作用。

1測(cè)繪基準(zhǔn)及精度設(shè)計(jì)

利通廣場(chǎng)第三方測(cè)量采用的平面坐標(biāo)系統(tǒng)與施工坐標(biāo)系統(tǒng)一致，投影面橢球參數(shù)、中央子午線和坐標(biāo)加常數(shù)與廣州市平面坐標(biāo)相同，高程系統(tǒng)采用廣州高程系統(tǒng)，以II地0~5(錦漢車站基巖點(diǎn))的廣州高程為高程起算點(diǎn)。

工程全高豎向垂直度相對(duì)偏差要求不得大于H/1 000,且絕對(duì)偏差不得大于±30 mm。對(duì)于利通廣場(chǎng)而言，全高垂直度不得大于±30 mm。其他精度要求參照《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《建筑變形測(cè)量規(guī)范》和《工程測(cè)量規(guī)范》等設(shè)計(jì)，如表1所示。

2平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量及豎向施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

2.1　平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量

第三方測(cè)量的平面控制網(wǎng)的布設(shè)與施工控制網(wǎng)基準(zhǔn)一致，在場(chǎng)地周邊布置4個(gè)平面控制點(diǎn)(均位于遠(yuǎn)離工地的牢固建筑物樓頂)，當(dāng)建筑物各區(qū)域因施工造成間隔時(shí)，利用GPS技術(shù)根據(jù)基準(zhǔn)控制點(diǎn)直接向各區(qū)域提供起算依據(jù)，在一定程度上保證測(cè)量基準(zhǔn)的統(tǒng)一?；凇度蚨ㄎ幌到y(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(CJJ73—97)選擇平面GPS控制點(diǎn)，如圖2所示。

圖2　GPS選點(diǎn)示意圖

平面基準(zhǔn)控制網(wǎng)的觀測(cè)采用GPS，按照《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程》(CJJ73-97)一級(jí)網(wǎng)精度要求，進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)。首次觀測(cè)將4個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)和3個(gè)施工控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)(見圖3)，其他次的基準(zhǔn)控制網(wǎng)觀測(cè)直接在4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行(見圖4)。

基線向量結(jié)算采用Topcon公司的Pinnacle后處理軟件解算，如果某顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)質(zhì)量不好，剔除該衛(wèi)星計(jì)算基線時(shí)，PDOP值不能超過6；求解基線向量時(shí)，可將先驗(yàn)rms值放寬到2 cm，并且要采用雙差固定解。同步環(huán)坐標(biāo)分量閉合差應(yīng)小于9 ppm，其環(huán)線全長相對(duì)閉合差應(yīng)小于15 ppm。平差計(jì)算采用上海同濟(jì)大學(xué)TGPPS軟件分兩步進(jìn)行：先在WGS-84坐標(biāo)系中固定一點(diǎn)的WGS-84坐標(biāo)進(jìn)行三維無約束平差，然后在獨(dú)立施工坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行約束平差計(jì)算。

2.2　豎向施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)

根據(jù)利通廣場(chǎng)建筑項(xiàng)目平面規(guī)模，布置4個(gè)控制點(diǎn)組成獨(dú)立網(wǎng)指導(dǎo)施工測(cè)量。4個(gè)點(diǎn)位設(shè)置如圖5所示。施工控制網(wǎng)由M1,M2,M3,M4組成，在15層—30層—45層轉(zhuǎn)換，設(shè)置測(cè)量中轉(zhuǎn)控制點(diǎn)。所有樓層剪力墻、鋼結(jié)構(gòu)施工放樣均采用以上施工控制網(wǎng)。

圖5　樓層平面控制網(wǎng)布置圖

控制網(wǎng)復(fù)測(cè)的整體步驟是：直接利用激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行投點(diǎn)，將首層施工控制網(wǎng)分別引測(cè)到15層，將15層施工控制網(wǎng)引測(cè)到30層，將30層施工控制網(wǎng)引測(cè)到45層。在投點(diǎn)完畢后，分別利用全站儀法和GPS法對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。其中全站儀法能從內(nèi)符合角度檢測(cè)控制網(wǎng)，而GPS法是從外符合角度直接測(cè)定控制網(wǎng)絕對(duì)坐標(biāo)。這兩種方法相互補(bǔ)充，共同達(dá)到檢核目的。

圖6　全站儀法復(fù)測(cè)控制網(wǎng)流程

內(nèi)符合復(fù)測(cè)合格標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)利通廣場(chǎng)垂直度要求，總體偏差不大于30 mm，施工控制網(wǎng)分4個(gè)獨(dú)立區(qū)間進(jìn)行傳遞，每段轉(zhuǎn)換平臺(tái)的施工控制網(wǎng)的點(diǎn)位中誤差m≤7.5 mm。

投點(diǎn)外符合復(fù)測(cè)的思路是將轉(zhuǎn)換層控制點(diǎn)投遞至鋼平臺(tái)，在鋼平臺(tái)標(biāo)志處架設(shè)GPS接收機(jī)，與利通廣場(chǎng)外圍4個(gè)基準(zhǔn)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，根據(jù)外面固定的4個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)，推算施工控制網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)，將計(jì)算值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，檢核施工控制網(wǎng)的穩(wěn)定性和一致性。

將4個(gè)平面基準(zhǔn)點(diǎn)和3個(gè)投遞至鋼平臺(tái)的施工控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)。觀測(cè)網(wǎng)圖與圖3一樣，GPS觀測(cè)按照一級(jí)網(wǎng)精度要求，采用靜態(tài)觀測(cè)，觀測(cè)技術(shù)指標(biāo)、基線解算與基準(zhǔn)控制網(wǎng)一樣。

3軸線定位測(cè)量及高程校核測(cè)量

3.1　軸線定位測(cè)量

軸線定位測(cè)量方法如下：控制點(diǎn)豎向傳遞投點(diǎn)；樓層精密導(dǎo)線布設(shè)和觀測(cè)；碎部點(diǎn)觀測(cè)?？刂泣c(diǎn)豎向傳遞采用激光垂準(zhǔn)儀投點(diǎn)。

建筑物的軸線測(cè)量采用測(cè)量機(jī)器人TCA2003進(jìn)行，豎向軸線1，2，3，4和橫向軸線A，B，C，D的軸線點(diǎn)每個(gè)柱子至少量測(cè)4個(gè)點(diǎn)，如圖7、圖8所示，擬合圓心位置，從而精確獲得軸線中心。軸線特征信息如表2所示。

3.2　高程校核測(cè)量

高程檢測(cè)是第三方測(cè)量的重要內(nèi)容之一，高程檢測(cè)的目的有兩點(diǎn)：一是縱向檢核施工放樣的精度；二是由于建筑材料存在伸縮性，隨著樓層的升高，載體的重量不斷增加，結(jié)構(gòu)壓縮效應(yīng)對(duì)超高層

表2　軸線特征信息統(tǒng)計(jì)　　mm

建筑的影響不容小視，高程檢核可以宏觀分析樓體的壓縮量。利通廣場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)標(biāo)高302.7 m，按照《高層建筑混泥土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3—2002)要求，標(biāo)高的允許偏差應(yīng)符合下面規(guī)定：每層標(biāo)高的豎向傳遞允許偏差為±3 mm；全高豎向傳遞允許偏差為±30 mm。

標(biāo)高的豎向傳遞，采用全站儀測(cè)距法將首層M1,M2,M3,M4控制點(diǎn)高程向上引測(cè)，且利用高精度全站儀+水準(zhǔn)儀能快速、準(zhǔn)確測(cè)定高差。當(dāng)3個(gè)點(diǎn)的標(biāo)高差值小于3 mm時(shí)，應(yīng)取其平均值；否則應(yīng)重新引測(cè)。高程檢測(cè)每升高5層復(fù)測(cè)一次。高程校核測(cè)量結(jié)果如表3所示，高程偏差值均小于5 cm，達(dá)到檢核要求。

表3　高程檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)　m

4核心筒垂直度測(cè)量

核心筒垂直度測(cè)量與軸線定位測(cè)量方法相同,包括：控制點(diǎn)豎向傳遞投點(diǎn)；樓層精密導(dǎo)線布設(shè)和觀測(cè)；碎部點(diǎn)觀測(cè)。從首層起，每上升5層進(jìn)行一次垂直度測(cè)量。把最近轉(zhuǎn)換層(包括首層)內(nèi)筒的4個(gè)控制點(diǎn)中任意3個(gè)投到分段區(qū)間內(nèi)各層，檢查邊長和角度無誤后，利用任意通視兩個(gè)控制點(diǎn)組成閉合導(dǎo)線，根據(jù)需要布設(shè)支導(dǎo)線。核心筒測(cè)量點(diǎn)位布設(shè)如圖9所示；垂直度測(cè)量碎部點(diǎn)圖如圖10所示。

圖9　核心筒測(cè)量點(diǎn)位布設(shè)示意圖

圖10　垂直度測(cè)量碎部點(diǎn)圖

圖11　垂直度求取示意圖

首先由采集的碎部點(diǎn)按照最小二乘法擬合直線(見圖11)，圖中藍(lán)色線是設(shè)計(jì)線，紅色線是擬合直線。對(duì)核心筒4條邊分別擬合(紅色線)，延長相交可以求出4個(gè)頂點(diǎn)的坐標(biāo)，把4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)線(藍(lán)色線)延長線的4個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)相比較，按靜力矩法計(jì)算該層(如第j層)實(shí)測(cè)中心與設(shè)計(jì)中心的坐標(biāo)偏差Δxj，Δyj和偏心差Sj，進(jìn)一步可計(jì)算相對(duì)垂直度kj和第j層的總垂直度Kj。其計(jì)算式如下：

式中:dxi,dyi為第j層第i點(diǎn)的檢測(cè)坐標(biāo)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)之差，hj為j層樓高，Hj為j層相對(duì)于地面的總高度。如表4所示，獲取實(shí)測(cè)中心與設(shè)計(jì)中心的坐標(biāo)偏差Δxj,Δyj和偏心差Sj，x方向偏差最大值為9.00 mm,最小值為0.50 mm,平均值為4.15 mm,y方向偏差最大值為7.50 mm, 最小值為0.0 mm，平均值為2.81 mm；整體垂直度最大值為1/3 011，最小值為1/70 199。上述數(shù)據(jù)為建筑施工質(zhì)量驗(yàn)收提供有力的數(shù)據(jù)支持。

表4　核心筒垂直度統(tǒng)計(jì)

5結(jié)束語

超高層建筑第三方測(cè)量涵蓋基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量、豎向施工控制網(wǎng)復(fù)測(cè)、軸線定位、高程校核測(cè)量、核心筒剪力墻垂直度測(cè)量等項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)成果的精度指標(biāo)及嚴(yán)密可靠性提出了很高的要求。本文采用GPS、測(cè)量機(jī)器人、激光垂準(zhǔn)儀等多種先進(jìn)測(cè)量設(shè)備觀測(cè)，各種手段的測(cè)量成果相互校核、互為補(bǔ)充，制定了正確嚴(yán)密的超高層建筑控制網(wǎng)豎向傳遞復(fù)測(cè)方案，確立了方便可行的軸線檢測(cè)、高程檢測(cè)、核心筒垂直度測(cè)量方法，為超高層建筑電梯安裝、裝修施工提供了參考依據(jù)，為超高層建筑第三方測(cè)量提供了新的思路，對(duì)類似工程具有良好的借鑒作用。

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