超高層建筑結(jié)構(gòu)施工測(cè)量控制方法

路敬偉，萬(wàn)瑞

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

工程測(cè)量對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)是最重要的基礎(chǔ)性工作之一，工程測(cè)量出現(xiàn)微小失誤，都會(huì)給工程施工帶來(lái)較大誤差。測(cè)量的精度直接影響超高層建筑的性能和抗震級(jí)別[1]。與其他的建筑工程相比，超高層建筑的結(jié)構(gòu)施工測(cè)量要求極為嚴(yán)格[2]。超高層建筑結(jié)構(gòu)施工控制的測(cè)量方法很多，對(duì)保證工程質(zhì)量和實(shí)施工程動(dòng)態(tài)管理均起著關(guān)鍵性作用，是專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)的技術(shù)工作，因此，結(jié)構(gòu)施工控制測(cè)量是保證超高層建筑項(xiàng)目施工質(zhì)量的前提條件，也是工程施工測(cè)量的重要環(huán)節(jié)。必須確保超高層結(jié)構(gòu)施工控制的測(cè)量方法及精度滿足設(shè)計(jì)及施工的要求[3]。

1 工程概況

本文主要是解決圖1所示的中交匯通橫琴?gòu)V場(chǎng)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)測(cè)量控制問(wèn)題。該項(xiàng)目施工測(cè)量控制特點(diǎn)和難點(diǎn)是在溫度、風(fēng)荷載等影響下高層的測(cè)量精確定位問(wèn)題。核心筒與外框結(jié)構(gòu)施工不同步及弧形平面布置，導(dǎo)致測(cè)量控制的要求很高，超高層測(cè)量累積誤差的控制難度較大[4]。由于每根鋼構(gòu)件下錨栓數(shù)量多致使外框鋼管柱、核心筒剪力墻內(nèi)鋼骨柱精度控制很難達(dá)到要求。保證預(yù)埋錨栓的精確測(cè)量及定位是保證本工程首節(jié)構(gòu)件順利實(shí)施的關(guān)鍵。為了滿足上述測(cè)量要求，本文綜合利用改進(jìn)支架的全站儀和激光垂準(zhǔn)儀組合測(cè)量，從而保證了該項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2 超高層結(jié)構(gòu)施工控制測(cè)量實(shí)現(xiàn)方法

2.1 平面控制網(wǎng)建立

圖1 中交匯通橫琴?gòu)V場(chǎng)整體效果圖Fig.1 Overall rendering of CCCC Hengqin Huitong Financial World

結(jié)合本工程的特點(diǎn)，為方便施工測(cè)量，提高測(cè)量效率，施工測(cè)量采用內(nèi)控制的方法[5]。內(nèi)控網(wǎng)建立：從首層（依0.000以上）開(kāi)始向上的每一層，需要在首層主軸線向內(nèi)平移1 m處做測(cè)量控制軸線。根據(jù)主軸線的交點(diǎn)組建本工程的內(nèi)控網(wǎng)，核心筒內(nèi)每層樓板上預(yù)留6個(gè)15 cm伊15 cm的激光垂準(zhǔn)儀使用的放線孔，作為激光垂準(zhǔn)儀向上傳遞各層軸線的光線通道。內(nèi)控制點(diǎn)布設(shè)位置如圖2所示。

圖2 平面總控制網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)圖Fig.2 Layout of plane total control network

2.2 高程控制網(wǎng)建立

2.2.1 高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則

1）為保證超高層施工測(cè)量的精度要求，在施工場(chǎng)地周?chē)€(wěn)固的位置建立高程控制網(wǎng)，以此作為保證超高層施工測(cè)量精度的首要條件，并定期復(fù)測(cè)。

2）根據(jù)給定的高程點(diǎn)，在施工場(chǎng)地周?chē)€(wěn)固的位置建立高程控制點(diǎn)。按照四等閉合水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行復(fù)測(cè)檢查，校測(cè)合格后，在施工場(chǎng)地周?chē)荚O(shè)的高程控制點(diǎn)組建一條閉合水準(zhǔn)路線，確保施工期間高程測(cè)量精度控制的準(zhǔn)確性，同時(shí)該點(diǎn)可作為后期建筑物沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.2.2 高程控制網(wǎng)等級(jí)

高程控制網(wǎng)的等級(jí)布設(shè)四等閉合水準(zhǔn)測(cè)量。通過(guò)校核后的水準(zhǔn)點(diǎn)向墻體上引測(cè)本工程的依0.000 m點(diǎn)，并用水準(zhǔn)儀把高程引測(cè)到墻體+1.000 m位置上用紅色油漆做“▼”標(biāo)記，作為本工程測(cè)量的高程依據(jù)。為保證該項(xiàng)目的測(cè)量精度，本項(xiàng)目高程引測(cè)過(guò)程中遵循了前后視等長(zhǎng)的原則。本項(xiàng)目引測(cè)標(biāo)高時(shí)除了做自身閉合外，還對(duì)于同一層不同時(shí)間段測(cè)得引測(cè)的標(biāo)高進(jìn)行了校驗(yàn)，確保了測(cè)量偏差在依3 mm之內(nèi)。

2.2.3 標(biāo)高傳遞

首先校對(duì)依0.000 m標(biāo)高點(diǎn)，然后將依0.000 m標(biāo)高點(diǎn)引測(cè)到建筑物的電梯井內(nèi)，用墨斗彈出，閉合差控制在依3 mm以內(nèi)。

用檢定合格的50 m鋼尺直接從依0.000 m標(biāo)高點(diǎn)沿電梯井和核心筒結(jié)構(gòu)底板預(yù)留洞鉛直測(cè)量出各層距結(jié)構(gòu)板面+1 000 mm線的統(tǒng)一高程點(diǎn)，當(dāng)3點(diǎn)高程傳遞到同一測(cè)量施工面時(shí)，用水準(zhǔn)儀對(duì)傳遞的3個(gè)高程點(diǎn)進(jìn)行閉合校對(duì)，以3個(gè)高程點(diǎn)傳遞的平均值為基準(zhǔn)，作為各層結(jié)構(gòu)高程的測(cè)量控制依據(jù)。

同時(shí)樓層基準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)高點(diǎn)用全站儀從首層結(jié)構(gòu)面每50 m引測(cè)一次，50 m之間各樓層的標(biāo)高用鋼卷尺沿核心筒外墻面向上測(cè)量。用全站儀引測(cè)標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)的方法為：

1）在依0.000 m層的混凝土樓面上架設(shè)全站儀，通過(guò)溫度計(jì)、氣壓計(jì)進(jìn)行溫度和大氣壓的測(cè)量，從而對(duì)全站儀進(jìn)行氣象參數(shù)值的修正。

2）全站儀后視核心筒墻面上的+1.000 m標(biāo)高基準(zhǔn)線，并測(cè)得全站儀高度值。設(shè)置全站儀內(nèi)Z向坐標(biāo)數(shù)值，包括反射片的參數(shù)。

3）全站儀望遠(yuǎn)鏡垂直向上，沿著測(cè)量預(yù)留洞口豎直向上測(cè)量距離，上部反射片應(yīng)安置在鋼平臺(tái)及需要測(cè)量標(biāo)高的各個(gè)施工樓層上，并向下對(duì)準(zhǔn)全站儀望遠(yuǎn)鏡頭。

4）計(jì)算得到反射片位置的標(biāo)高、儀器高、后視測(cè)點(diǎn)標(biāo)高，將該處標(biāo)高移到核心筒墻面距本樓層建筑高度+1.000 m處，并彈墨線作為標(biāo)示。如圖3所示。

圖3 高程傳遞全站儀法復(fù)核Fig.3 Review of elevation transfer total station method

2.3 平面測(cè)量方法及改進(jìn)的裝置

2.3.1 首層底板放線

首先校對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)無(wú)誤后，在測(cè)量控制點(diǎn)上架全站儀，精密對(duì)中整平后，用全站儀盤(pán)左盤(pán)右取中法，把測(cè)量控制點(diǎn)投測(cè)到首層板面上，并進(jìn)行閉合校對(duì)。閉合差應(yīng)符合測(cè)角中誤差依10義，邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差應(yīng)在1頤10 000范圍內(nèi)校對(duì)無(wú)誤后，進(jìn)行細(xì)部點(diǎn)施測(cè)[6]。每層軸線之間的偏差在依1 mm以內(nèi)，層高垂直偏差在依3 mm以內(nèi)。經(jīng)自檢、互檢合格后驗(yàn)線，最后依據(jù)軸線控制網(wǎng)和施工區(qū)域圖完成測(cè)量?jī)?nèi)控制點(diǎn)的布設(shè)，以此作為本工程豎向控制基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.3.2 施工工序

標(biāo)準(zhǔn)層施工測(cè)量與鋼結(jié)構(gòu)施工工序：鋼管柱安裝（先校對(duì)標(biāo)高，再校對(duì)位移、最后微調(diào)鋼管柱的垂直度偏差）寅測(cè)量校對(duì)寅首層框架梁寅二層框架梁寅測(cè)量寅螺栓初擰寅首層次梁、小梁寅二層壓型鋼板堆放寅二層次梁、小梁寅測(cè)量校對(duì)寅高強(qiáng)度螺栓終擰寅壓型鋼板鋪設(shè)（樓板建筑+1.000 m控制線）寅鋼筋、混凝土施工。

2.3.3 改進(jìn)的測(cè)量裝置

由于核心筒內(nèi)異形結(jié)構(gòu)，且操作空間狹小，樓層板沒(méi)有同時(shí)施工，很難具備測(cè)量?jī)x器架設(shè)的條件，為解決此問(wèn)題，特制全站儀支架固定在鋼板墻L1上來(lái)代替常規(guī)的三腳架，同時(shí)保證了良好測(cè)量放樣條件。

利用全站儀通過(guò)后方交會(huì)法進(jìn)行自由設(shè)站，按照極坐標(biāo)法進(jìn)行施工測(cè)量放樣鋼板墻a、b、c、d、e等控制點(diǎn)的位置坐標(biāo)，自由設(shè)站的特點(diǎn)是不受已知點(diǎn)位置的限制、不需要進(jìn)行儀器對(duì)中，只需精平全站儀即可，在一定程度上提高了測(cè)量放樣精度，節(jié)約了測(cè)量工作時(shí)間，降低了測(cè)量工作強(qiáng)度，合理的解決了核心筒內(nèi)測(cè)量操作空間狹小等一系列難題，如圖4所示。

圖4 核心筒內(nèi)全站儀測(cè)量放樣示意圖Fig.4 Schematic diagram of the total station measurement in thecore tube

2.4 豎向控制

采用測(cè)量?jī)?nèi)控法如圖5所示。規(guī)范要求：每投測(cè)限差依3 mm，全高不應(yīng)超過(guò)3H/10 000，H>90 m時(shí)，不超過(guò)依30 mm。本工程結(jié)構(gòu)物垂直度要求極其嚴(yán)格，為依30 mm。以首層測(cè)量軸線控制網(wǎng)中基準(zhǔn)點(diǎn)作豎向施測(cè)時(shí)[7]，按以下要求實(shí)施：

圖5 內(nèi)控點(diǎn)傳遞示意圖Fig.5 Internal control point transfer diagram

1）事先嚴(yán)格校正好測(cè)量?jī)x器。以首層測(cè)量軸線為準(zhǔn)作后視，觀測(cè)時(shí)要精密調(diào)平水平度盤(pán)的水準(zhǔn)管。

2）在首層各測(cè)量控制點(diǎn)分別架設(shè)激光垂準(zhǔn)儀，待儀器精密整平對(duì)中后垂直向上投測(cè)測(cè)量控制點(diǎn)，通過(guò)預(yù)留孔處放置的一塊有機(jī)玻璃光靶接收激光點(diǎn)。投測(cè)時(shí)激光垂準(zhǔn)儀須水平旋轉(zhuǎn)4個(gè)方向（0毅，90毅，180毅，270毅），向光靶上投測(cè)，若 4個(gè)光點(diǎn)重合，則傳遞無(wú)誤差；若4個(gè)光點(diǎn)不重合，需做出4個(gè)光點(diǎn)的對(duì)角線的交點(diǎn)作為傳遞上來(lái)的投測(cè)點(diǎn)。

3）從首層頂板上開(kāi)始按留洞平面圖所示位置逐層頂板留出6個(gè)15 cm伊15 cm的洞口，作為激光垂準(zhǔn)儀向上傳遞各層軸線的光線通道。

4）測(cè)量控制點(diǎn)施測(cè)到施工層樓板上，將全站儀分別架設(shè)在各投測(cè)點(diǎn)上，復(fù)核各角度及相鄰兩施測(cè)點(diǎn)間距是否同首層底板上對(duì)應(yīng)的各個(gè)角度及控制點(diǎn)距離相符，待角度、距離校測(cè)后，將施測(cè)點(diǎn)用墨線彈出，并以此作為基準(zhǔn)線，用檢定合格的50 m鋼尺，將其余控制線量測(cè)在樓板上。

5）布設(shè)測(cè)量施工孔洞時(shí)，孔洞位置必須準(zhǔn)確，才能保證激光垂準(zhǔn)儀的激光點(diǎn)垂直向上傳遞的通道暢通無(wú)遮擋。

2.5 鋼管柱位置控制

采用全站儀極坐標(biāo)測(cè)量法對(duì)鋼管柱進(jìn)行測(cè)量定位。

1）通過(guò)全站儀把鋼管柱中心點(diǎn)坐標(biāo)定出來(lái)，作為塔樓鋼管柱的測(cè)量控制點(diǎn)。定出其他鋼管柱中心坐標(biāo)位置，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙尺寸把控制軸線與內(nèi)控制點(diǎn)之間的位置關(guān)系計(jì)算出來(lái)。

2）將萊卡全站儀（TS06）整平對(duì)中架設(shè)在控制點(diǎn)上，用來(lái)測(cè)量控制鋼管柱的軸線徑向位置。

3）本工程核心筒為弧形，全站儀直接架設(shè)在核心筒內(nèi)樓層板上無(wú)法保證測(cè)量通視條件，故在樓層板上錨固一塊10 mm厚鋼板延伸出核心筒外500 mm處作為架設(shè)全站儀腳架支腿的一個(gè)支撐點(diǎn)?？梢栽谕饴兜匿摪逯胁课恢米龀鲛D(zhuǎn)點(diǎn)L2。全站儀可以精確對(duì)中在L2轉(zhuǎn)點(diǎn)上，對(duì)鋼管柱a、b、c等坐標(biāo)位置精確放樣。如圖6所示。

圖6 全站儀架設(shè)L2點(diǎn)放樣鋼管柱示意圖Fig.6 Schematic diagram of the L2 point lofting steel pipe column set up by the total station

2.6 鋼管柱安裝測(cè)量

構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)復(fù)測(cè)要求在構(gòu)件安裝定位測(cè)量前，將柱、梁、支撐等主要結(jié)構(gòu)尺寸與中線位置進(jìn)行校對(duì)[8]。根據(jù)施工工序劃分以及鋼管柱吊裝的順序，在需要吊裝的鋼管柱上面根據(jù)鋼管柱原有的沖眼位置標(biāo)出軸線或中心線，并用紅色三角或反射貼片做出標(biāo)記，以便校測(cè)使用。在安裝前，須對(duì)鋼管柱的長(zhǎng)度及截面幾何尺寸作校測(cè)，以作為吊裝時(shí)測(cè)量人員控制標(biāo)高的依據(jù)。

定位復(fù)測(cè)要求在基礎(chǔ)混凝土面層上安裝第一節(jié)鋼管柱前，對(duì)鋼管柱地腳螺栓位置進(jìn)行檢查、調(diào)整，其誤差小于依1 mm。安裝時(shí)鋼管柱底部的十字軸線對(duì)準(zhǔn)地腳螺栓十字定位線，其誤差小于依0.5 mm。在混凝土澆搗時(shí)利用全站儀測(cè)設(shè)貼在地腳螺栓的反射片中心位置坐標(biāo)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)反射片中心位置坐標(biāo)數(shù)值，對(duì)比偏差情況，一旦發(fā)現(xiàn)誤差超限，應(yīng)及時(shí)調(diào)校正確。待地腳螺栓施工完畢后應(yīng)及時(shí)測(cè)量地腳螺栓的定位軸線、螺栓伸出支撐面長(zhǎng)度、螺栓頂標(biāo)高、平整度、螺紋長(zhǎng)度及螺桿的垂直度，并作好資料記錄。

鋼管柱垂直度校正要求：鋼管柱安裝定位如圖7所示，將2臺(tái)全站儀分別置于相互垂直的軸線控制網(wǎng)上，精確整平對(duì)中。后視前方墨線（控制軸線），然后縱向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，照準(zhǔn)鋼管柱頂部并作出標(biāo)志，與設(shè)計(jì)控制值相對(duì)比，判斷方向并指揮吊裝人員對(duì)鋼柱進(jìn)行調(diào)整。達(dá)到在2個(gè)方向上均校正在正確垂直位置后，將4個(gè)方向的攪風(fēng)繩拉緊，然后通知作業(yè)人員進(jìn)行鋼管柱焊接[9]。

圖7 鋼管柱安裝定位Fig.7 Steel pipe column installation and positioning

在焊接時(shí)，要考慮焊接工藝對(duì)鋼構(gòu)件產(chǎn)生的收縮變形影響，必須隨時(shí)監(jiān)測(cè)并校正鋼管柱垂直度，防止柱子偏移。

鋼管柱頂位移校核要求在鋼管柱吊裝前，須對(duì)鋼管柱頂?shù)钠七M(jìn)行復(fù)測(cè)。使用全站儀測(cè)出柱頂控制點(diǎn)坐標(biāo)，與理論坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。使用千斤頂以及配套卡具進(jìn)行軸線校正，直到誤差在依3 mm以內(nèi)，如果誤差較大可以分次校正完成。測(cè)量控制線與鋼管柱中心的尺寸，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理成測(cè)量報(bào)告，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便在下一節(jié)鋼管柱吊裝時(shí)進(jìn)行平面調(diào)整，避免誤差積累而影響鋼管柱體垂直度。

鋼管柱、鋼梁安裝后復(fù)測(cè)，要求當(dāng)鋼管柱初校完后，安裝鋼梁。梁柱之間用高強(qiáng)螺栓連接，在安裝過(guò)程中，由于鋼管柱受力會(huì)影響鋼管柱的垂直度，因此必須在安裝時(shí)校檢復(fù)核。在螺栓初擰之后，需要終擰。終擰同樣會(huì)對(duì)鋼管柱垂直度有影響，為了保證鋼管柱安裝精度，需作進(jìn)一步的測(cè)量復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)后的測(cè)量數(shù)據(jù)作為節(jié)點(diǎn)焊接參考依據(jù)。焊接之后溫度降低會(huì)導(dǎo)致焊縫收縮，因此，必須再一次測(cè)量復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)后記錄的測(cè)量數(shù)據(jù)，為下一層鋼管柱安裝提供調(diào)整依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用以上超高層結(jié)構(gòu)施工測(cè)量控制方法，中交匯通橫琴?gòu)V場(chǎng)項(xiàng)目獲得高質(zhì)量的測(cè)量成果，用拉特公司生產(chǎn)的EZ-20激光垂準(zhǔn)儀檢測(cè)核心筒外墻垂直度，建筑高度261.7 m時(shí)，檢測(cè)結(jié)果顯示誤差僅為9.5 mm。本工程結(jié)構(gòu)控制測(cè)量方法，確保了鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度與安裝質(zhì)量，保證了超高層建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，為后續(xù)超高層建筑施工提供借鑒。