高層建筑物施工高程基準的豎向傳遞方法比較

胡文雄

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

近幾年來，超高層建筑在各地蓬勃興起，隨著建筑物高度的增高，對施工測量精度的要求也越來越高，如何控制施工測量基準豎向傳遞中的誤差累積已成為施工測量的重中之重。隨著GPS技術的發展，通過與常規地面測量技術相結合，施工平面基準的豎向傳遞方法已經相當成熟。然而，眾所周知，高精度高程基準地面傳遞多以水準測量為主，而水準測量高程傳遞的原理也就決定了其無法單獨運用于高程基準的豎向傳遞中。通過對全站儀、水準儀、螺旋測微儀、鋼尺等測量儀器的組合，本文介紹了兩種施工高程基準的豎向傳遞方法。

1 高程基準的豎向傳遞方法

高層建筑物各施工層標高是由底層±0標高向上傳遞，建筑物施工時須在各施工層預留直徑30cm的洞口用于高層傳遞。

1.1 方法一：全站儀天頂距法

該方法需要配備的儀器有：全站儀1臺、水準儀1臺、水準尺至少2把（其中1把為銦瓦尺）、螺旋測微尺1把。

如圖1所示，A點為底層±0標高標志，B點為施工層標高標志。

圖1 全站儀天頂距法示意圖

1）在預留孔上放置約30cm×30cm的透明毛玻璃，玻璃要有足夠的硬度，保證能承受一把水準尺的重量而不變形，并在玻璃的上方放置反射片，用于反射全站儀測距信號；

2）利用螺旋測微尺量取玻璃與反射片的總厚度d；

3）在施工層預留孔正下方架設全站儀（整平），在A點放置水準尺（銦瓦尺）；

4）調整全站儀垂直角為0°并鎖定，即全站儀視線水平，瞄準水準尺，兩次讀取水準尺讀數取平均數i；

5）調整全站儀垂直角為90°并鎖定，即全站儀視線豎直，通過預留孔瞄準透明毛玻璃上的反射片（移動反射片直至全站儀瞄準其中心，然后固定反射片位置）；

6）同時在施工層架設水準儀，反射片及施工層標高標志B點放置水準尺，即通過水準測量將反射片面高程傳遞至B點；

7）此時，為了防止因玻璃變形造成的影響，全站儀與水準儀應同時讀數，全站儀4次讀取距離取平均數s，水準儀兩次測得反射片與B點高差取平均數v。

由此可得底層A點至施工層B點的高差：

精度分析：根據誤差傳播定律，由高差計算公式可得

式中：mi為人眼讀取水準尺讀數的誤差，md為玻璃厚度的量取誤差，ms為測量全站儀至反射片高差的誤差，mv為水準儀單站測量誤差。

人眼讀取水準尺讀數的誤差mi≤0.1mm，螺旋測微器量取玻璃厚度的誤差md≤0.1mm，水準儀單站測量誤差mv相對于其它幾項誤差來說基本上可以忽略不計，那么影響高程傳遞精度的主要因素為測量全站儀至反射片垂直距離s的誤差，包含了全站儀的豎軸鉛垂誤差m垂及測距誤差m距。

儀器的鉛垂誤差取決于儀器的整平誤差，即m垂＝m平＝0.2г，г為全站儀照準部水準管的分劃值，一般小于20″，因此，m平≤4″，可知儀器豎軸傾斜帶來的距離差Δ≤s（1－cos 4″）。

目前，建筑物的高度不會高于1 000m，因此Δ≤0.001mm，完全可以忽略不計。

可見，測量全站儀至反射片垂直距離s的誤差僅取決于光電測距誤差，如選用標稱精度1mm＋1ppm×D的儀器時，當測量高度小于1 000m時，m距≤2mm。

綜合以上各誤差因素可知，當測量高度小于1 000m時，高程傳遞mh≈2mm。

1.2 方法二：懸掛鋼尺法

該方法需要準備的儀器有：水準儀2臺（含水準尺），鋼尺。

如圖2所示，A點為底層±0標高標志，B點為施工層標高標志。

圖2 懸掛鋼尺法示意圖

1）在施工層預留孔上方架設支架，用于固定懸掛鋼尺，在鋼尺下方懸掛一重物，以保證鋼尺的穩定；

2）同時在底層及施工層分別架設水準儀，在A點及B點放置水準尺；

3）底層水準儀讀取水準尺讀數HA，鋼尺讀數a，施工層水準儀讀取水準尺讀數HB，鋼尺讀數b，鋼尺讀數a，b需多次讀取求平均值。

由此可得底層A點至施工層B點的高差：

精度分析：根據誤差傳播定律，由高差計算公式

式中：mHA，mHB為水準儀讀數誤差，ma，mb為人眼讀取鋼尺讀數誤差。

水準儀讀數誤差mHA，mHB相當于ma，mb可忽略不計；ma，mb取決于鋼尺變形誤差以及讀數誤差。在精度要求較高的情況下，可以通過溫度改正及拉力改正來消除鋼尺的變形誤差。而人眼讀數誤差為ma＝mb＝0.1mm。

因此，在進行溫度改正及拉力改正之后，高程傳遞mh≈0.15mm。

2 應用實例

某高層建筑物，設計高度為530m，每50m設置轉換層。為了削弱高程誤差對施工過程造成的影響，保證施工高程基準精確進行豎向傳遞，分別采用了全站儀天頂距法、懸掛鋼尺法進行高程傳遞，兩種方法相互驗證。

采用全站儀天頂距法時，通過2臺全站儀（標稱精度分別為1mm＋1ppm×D、2mm＋2ppm×D）多組觀測，觀測數據如表1、表2所示。

表1 觀測結果（儀器1標稱精度1mm＋1ppm×D）m

表2 觀測結果（儀器2標稱精度2mm＋2ppm×D）m

采用懸掛鋼尺法時，通過改變張力，測得多組數據如表3所示。

表3 不同張力下觀測數據

分析表1、表2可知，當采用標稱精度為1mm＋1ppm×D的全站儀進行觀測時，測得的高差最大較差為1.9mm，采用標稱精度為2mm＋2ppm×D的全站儀進行觀測時，測得的高差最大較差為2.5mm，且兩次測量結果都比較接近，可靠性較高。

分析表3可知，在進行溫度改正、拉力改正的情況下懸掛鋼尺法具有更高的精度，三次測量結果較差最大僅為0.1mm。

3 結束語

比較兩種方法的測量結果，可知兩種方法均為可靠，可應用于各類施工測量中。懸掛鋼尺法受鋼尺長度的限制，對場地有一定的要求，但其在進行溫度改正、拉力改正的情況下，測量結果更為精確。全站儀天頂距法主要依賴于全站儀的測距精度，隨著全站儀的不斷發展，該方法將得到更廣泛的應用，而且不受場地的限制，操作更為方便。

［1］潘慶林.高層建筑內控法豎向投測的精度研究［J］.工程勘察，2001，29（3）：63－65.

［2］趙新宇，林旭亮.超高層建筑施工新技術應用［J］.施工技術，2008，38（3）：27－29.

［3］張正祿.工程測量學［M］.武漢：武漢大學出版社，2005.

［4］岳建平，田林亞.變形監測技術與應用［M］.北京：國防工業出版社，2007.

［5］蔣利龍.測量機器人用于超高層建筑豎向投測的可行性［J］.測繪科學，2010，35（1）：24－25.

［6］黃聲享，柳響林.GPS定位技術在高層建筑施工測量中應用探討［J］.測繪工程，2001，10（1）：37－40.

［7］葛存扣，張奇.超高層建筑鋼結構的施工測量及質量控制［J］.安徽建筑，2009，18（1）：98－99.

［8］王巖，岳建平，馬保衛.三種高程傳遞方法的精度分析［J］.北京測繪，2005，19（1）：20－24.

［9］陳鐵鑫，任少華，王巖.高層建筑的高程傳遞方法及精度分析［J］.現代測繪，2007，30（5）：6－8.

［10］孔祥元，郭際明.控制測量學上冊［M］.武漢：武漢大學出版社，2006.