超高層建筑結構施工測量控制方法

路敬偉，萬瑞

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

工程測量對于高層建筑來說是最重要的基礎性工作之一，工程測量出現微小失誤，都會給工程施工帶來較大誤差。測量的精度直接影響超高層建筑的性能和抗震級別[1]。與其他的建筑工程相比，超高層建筑的結構施工測量要求極為嚴格[2]。超高層建筑結構施工控制的測量方法很多，對保證工程質量和實施工程動態管理均起著關鍵性作用，是專業性較強的技術工作，因此，結構施工控制測量是保證超高層建筑項目施工質量的前提條件，也是工程施工測量的重要環節。必須確保超高層結構施工控制的測量方法及精度滿足設計及施工的要求[3]。

1 工程概況

本文主要是解決圖1所示的中交匯通橫琴廣場項目的結構測量控制問題。該項目施工測量控制特點和難點是在溫度、風荷載等影響下高層的測量精確定位問題。核心筒與外框結構施工不同步及弧形平面布置，導致測量控制的要求很高，超高層測量累積誤差的控制難度較大[4]。由于每根鋼構件下錨栓數量多致使外框鋼管柱、核心筒剪力墻內鋼骨柱精度控制很難達到要求。保證預埋錨栓的精確測量及定位是保證本工程首節構件順利實施的關鍵。為了滿足上述測量要求，本文綜合利用改進支架的全站儀和激光垂準儀組合測量，從而保證了該項目的順利進行。

2 超高層結構施工控制測量實現方法

2.1 平面控制網建立

圖1 中交匯通橫琴廣場整體效果圖Fig.1 Overall rendering of CCCC Hengqin Huitong Financial World

結合本工程的特點，為方便施工測量，提高測量效率，施工測量采用內控制的方法[5]。內控網建立：從首層（依0.000以上）開始向上的每一層，需要在首層主軸線向內平移1 m處做測量控制軸線。根據主軸線的交點組建本工程的內控網，核心筒內每層樓板上預留6個15 cm伊15 cm的激光垂準儀使用的放線孔，作為激光垂準儀向上傳遞各層軸線的光線通道。內控制點布設位置如圖2所示。

圖2 平面總控制網點布設圖Fig.2 Layout of plane total control network

2.2 高程控制網建立

2.2.1 高程控制網的布設原則

1）為保證超高層施工測量的精度要求，在施工場地周圍穩固的位置建立高程控制網，以此作為保證超高層施工測量精度的首要條件，并定期復測。

2）根據給定的高程點，在施工場地周圍穩固的位置建立高程控制點。按照四等閉合水準測量進行復測檢查，校測合格后，在施工場地周圍布設的高程控制點組建一條閉合水準路線，確保施工期間高程測量精度控制的準確性，同時該點可作為后期建筑物沉降觀測的基準點。

2.2.2 高程控制網等級

高程控制網的等級布設四等閉合水準測量。通過校核后的水準點向墻體上引測本工程的依0.000 m點，并用水準儀把高程引測到墻體+1.000 m位置上用紅色油漆做“▼”標記，作為本工程測量的高程依據。為保證該項目的測量精度，本項目高程引測過程中遵循了前后視等長的原則。本項目引測標高時除了做自身閉合外，還對于同一層不同時間段測得引測的標高進行了校驗，確保了測量偏差在依3 mm之內。

2.2.3 標高傳遞

首先校對依0.000 m標高點，然后將依0.000 m標高點引測到建筑物的電梯井內，用墨斗彈出，閉合差控制在依3 mm以內。

用檢定合格的50 m鋼尺直接從依0.000 m標高點沿電梯井和核心筒結構底板預留洞鉛直測量出各層距結構板面+1 000 mm線的統一高程點，當3點高程傳遞到同一測量施工面時，用水準儀對傳遞的3個高程點進行閉合校對，以3個高程點傳遞的平均值為基準，作為各層結構高程的測量控制依據。

同時樓層基準點標高點用全站儀從首層結構面每50 m引測一次，50 m之間各樓層的標高用鋼卷尺沿核心筒外墻面向上測量。用全站儀引測標高基準點的方法為：

1）在依0.000 m層的混凝土樓面上架設全站儀，通過溫度計、氣壓計進行溫度和大氣壓的測量，從而對全站儀進行氣象參數值的修正。

2）全站儀后視核心筒墻面上的+1.000 m標高基準線，并測得全站儀高度值。設置全站儀內Z向坐標數值，包括反射片的參數。

3）全站儀望遠鏡垂直向上，沿著測量預留洞口豎直向上測量距離，上部反射片應安置在鋼平臺及需要測量標高的各個施工樓層上，并向下對準全站儀望遠鏡頭。

4）計算得到反射片位置的標高、儀器高、后視測點標高，將該處標高移到核心筒墻面距本樓層建筑高度+1.000 m處，并彈墨線作為標示。如圖3所示。

圖3 高程傳遞全站儀法復核Fig.3 Review of elevation transfer total station method

2.3 平面測量方法及改進的裝置

2.3.1 首層底板放線

首先校對測量控制點無誤后，在測量控制點上架全站儀，精密對中整平后，用全站儀盤左盤右取中法，把測量控制點投測到首層板面上，并進行閉合校對。閉合差應符合測角中誤差依10義，邊長相對中誤差應在1頤10 000范圍內校對無誤后，進行細部點施測[6]。每層軸線之間的偏差在依1 mm以內，層高垂直偏差在依3 mm以內。經自檢、互檢合格后驗線，最后依據軸線控制網和施工區域圖完成測量內控制點的布設，以此作為本工程豎向控制基準點。

2.3.2 施工工序

標準層施工測量與鋼結構施工工序：鋼管柱安裝（先校對標高，再校對位移、最后微調鋼管柱的垂直度偏差）寅測量校對寅首層框架梁寅二層框架梁寅測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、小梁寅測量校對寅高強度螺栓終擰寅壓型鋼板鋪設（樓板建筑+1.000 m控制線）寅鋼筋、混凝土施工。

2.3.3 改進的測量裝置

由于核心筒內異形結構，且操作空間狹小，樓層板沒有同時施工，很難具備測量儀器架設的條件，為解決此問題，特制全站儀支架固定在鋼板墻L1上來代替常規的三腳架，同時保證了良好測量放樣條件。

利用全站儀通過后方交會法進行自由設站，按照極坐標法進行施工測量放樣鋼板墻a、b、c、d、e等控制點的位置坐標，自由設站的特點是不受已知點位置的限制、不需要進行儀器對中，只需精平全站儀即可，在一定程度上提高了測量放樣精度，節約了測量工作時間，降低了測量工作強度，合理的解決了核心筒內測量操作空間狹小等一系列難題，如圖4所示。

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

2.4 豎向控制

采用測量內控法如圖5所示。規范要求：每投測限差依3 mm，全高不應超過3H/10 000，H>90 m時，不超過依30 mm。本工程結構物垂直度要求極其嚴格，為依30 mm。以首層測量軸線控制網中基準點作豎向施測時[7]，按以下要求實施：

圖5 內控點傳遞示意圖Fig.5 Internal control point transfer diagram

1）事先嚴格校正好測量儀器。以首層測量軸線為準作后視，觀測時要精密調平水平度盤的水準管。

2）在首層各測量控制點分別架設激光垂準儀，待儀器精密整平對中后垂直向上投測測量控制點，通過預留孔處放置的一塊有機玻璃光靶接收激光點。投測時激光垂準儀須水平旋轉4個方向（0毅，90毅，180毅，270毅），向光靶上投測，若 4個光點重合，則傳遞無誤差；若4個光點不重合，需做出4個光點的對角線的交點作為傳遞上來的投測點。

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

4）測量控制點施測到施工層樓板上，將全站儀分別架設在各投測點上，復核各角度及相鄰兩施測點間距是否同首層底板上對應的各個角度及控制點距離相符，待角度、距離校測后，將施測點用墨線彈出，并以此作為基準線，用檢定合格的50 m鋼尺，將其余控制線量測在樓板上。

5）布設測量施工孔洞時，孔洞位置必須準確，才能保證激光垂準儀的激光點垂直向上傳遞的通道暢通無遮擋。

2.5 鋼管柱位置控制

采用全站儀極坐標測量法對鋼管柱進行測量定位。

1）通過全站儀把鋼管柱中心點坐標定出來，作為塔樓鋼管柱的測量控制點。定出其他鋼管柱中心坐標位置，根據設計圖紙尺寸把控制軸線與內控制點之間的位置關系計算出來。

2）將萊卡全站儀（TS06）整平對中架設在控制點上，用來測量控制鋼管柱的軸線徑向位置。

3）本工程核心筒為弧形，全站儀直接架設在核心筒內樓層板上無法保證測量通視條件，故在樓層板上錨固一塊10 mm厚鋼板延伸出核心筒外500 mm處作為架設全站儀腳架支腿的一個支撐點。可以在外露的鋼板中部位置做出轉點L2。全站儀可以精確對中在L2轉點上，對鋼管柱a、b、c等坐標位置精確放樣。如圖6所示。

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

2.6 鋼管柱安裝測量

構件進場復測要求在構件安裝定位測量前，將柱、梁、支撐等主要結構尺寸與中線位置進行校對[8]。根據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鋼管柱原有的沖眼位置標出軸線或中心線，并用紅色三角或反射貼片做出標記，以便校測使用。在安裝前，須對鋼管柱的長度及截面幾何尺寸作校測，以作為吊裝時測量人員控制標高的依據。

定位復測要求在基礎混凝土面層上安裝第一節鋼管柱前，對鋼管柱地腳螺栓位置進行檢查、調整，其誤差小于依1 mm。安裝時鋼管柱底部的十字軸線對準地腳螺栓十字定位線，其誤差小于依0.5 mm。在混凝土澆搗時利用全站儀測設貼在地腳螺栓的反射片中心位置坐標，實時動態監測反射片中心位置坐標數值，對比偏差情況，一旦發現誤差超限，應及時調校正確。待地腳螺栓施工完畢后應及時測量地腳螺栓的定位軸線、螺栓伸出支撐面長度、螺栓頂標高、平整度、螺紋長度及螺桿的垂直度，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臺全站儀分別置于相互垂直的軸線控制網上，精確整平對中。后視前方墨線（控制軸線），然后縱向轉動望遠鏡，照準鋼管柱頂部并作出標志，與設計控制值相對比，判斷方向并指揮吊裝人員對鋼柱進行調整。達到在2個方向上均校正在正確垂直位置后，將4個方向的攪風繩拉緊，然后通知作業人員進行鋼管柱焊接[9]。

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

在焊接時，要考慮焊接工藝對鋼構件產生的收縮變形影響，必須隨時監測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，須對鋼管柱頂的偏移進行復測。使用全站儀測出柱頂控制點坐標，與理論坐標進行對比。使用千斤頂以及配套卡具進行軸線校正，直到誤差在依3 mm以內，如果誤差較大可以分次校正完成。測量控制線與鋼管柱中心的尺寸，根據實測數據整理成測量報告，進行數據分析，以便在下一節鋼管柱吊裝時進行平面調整，避免誤差積累而影響鋼管柱體垂直度。

鋼管柱、鋼梁安裝后復測，要求當鋼管柱初校完后，安裝鋼梁。梁柱之間用高強螺栓連接，在安裝過程中，由于鋼管柱受力會影響鋼管柱的垂直度，因此必須在安裝時校檢復核。在螺栓初擰之后，需要終擰。終擰同樣會對鋼管柱垂直度有影響，為了保證鋼管柱安裝精度，需作進一步的測量復測。復測后的測量數據作為節點焊接參考依據。焊接之后溫度降低會導致焊縫收縮，因此，必須再一次測量復測，復測后記錄的測量數據，為下一層鋼管柱安裝提供調整依據。

3 結語

應用以上超高層結構施工測量控制方法，中交匯通橫琴廣場項目獲得高質量的測量成果，用拉特公司生產的EZ-20激光垂準儀檢測核心筒外墻垂直度，建筑高度261.7 m時，檢測結果顯示誤差僅為9.5 mm。本工程結構控制測量方法，確保了鋼結構的安裝精度與安裝質量，保證了超高層建筑結構的施工質量，為后續超高層建筑施工提供借鑒。