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建筑工程测量概述

时间:2022-10-18 百科知识 版权反馈
【摘要】:由此可知,施工测量、测设和放样都是指施工阶段所进行的测量工作。为了便于管理、维修和扩建,还应进行竣工测量并绘竣工图。可见,在施工进行前就应制定切实可行的施工测量计划,施工各环节及时进行相应的测量工作,确保施工的顺利进行。因此必须选择与施工精度要求相适应的仪器和方法进行施工测量,才能保证施工质量。
建筑工程测量概述_测量学

10 建筑工程测量

10.1 建筑工程测量概述

工程建设分勘测、设计和施工三个阶段。地形测量的成果资料为规划设计提供依据,而施工测量的基本任务就是放样,即将图纸上设计的建(构)筑物的平面位置和高程,按设计和施工的要求在施工作业面上标定出来,以便据此施工,这项工作也叫测设。由此可知,施工测量、测设和放样都是指施工阶段所进行的测量工作。

施工测量贯穿于整个施工过程,从场地平整、建筑物平面位置和高程放样、基础施工、各类管线及配套设施施工到建筑物结构安装都要进行施工测量。为了便于管理、维修和扩建,还应进行竣工测量并绘竣工图。对于一些特殊的建筑,在施工过程中、施工结束并投入使用后还应进行长期的变形观测,以便控制施工进度、积累资料、掌握变形规律并采取必要的防控措施。可见,在施工进行前就应制定切实可行的施工测量计划,施工各环节及时进行相应的测量工作,确保施工的顺利进行。

施工测量和地形测量一样也应遵循由整体到局部,先控制后碎部的工作程序,即在施工作业面上建立施工控制网,在此基础上标定各个建筑物和构筑物的细部。这是因为施工现场各种建筑物分布较广,各工段往往又不能同时施工,施工测量的这种工作程序可以保证各个建(构)筑物在平面和高程上都能合乎要求,互相连成一个整体。

施工测量的精度要求取决于建(构)筑物的等级、大小、结构、材料、用途和施工方法等因素。但一般而言,施工测量精度高于地形测量精度,变形观测精度高于其他施工测量工作的精度,钢结构工程精度高于钢筋混凝土工程精度,高层建筑放样精度高于低层建筑放样精度,工业建筑的放样精度高于民用建筑放样精度,吊装施工方法的精度高于浇筑施工方法精度。因此必须选择与施工精度要求相适应的仪器和方法进行施工测量,才能保证施工质量。

10.2 施工测量的基本工作

施工测量的基本任务就是点位放样,其基本工作包括设计长度的测设、设计水平角的测设和设计高程的测设,以及在此基础上的设计点位的测设、设计坡度的测设以及铅垂线的测设。

10.2.1 设计长度的测设

设计长度的测设是从一已知点出发,沿指定的方向标出另一点的位置,使两点间的水平距离等于设计长度。按照施测工具的不同,可采用钢尺法和全站仪法进行设计长度的测设。

1)钢尺法

根据第4章内容,我们知道丈量距离时是先量出两端点间的长度,分别计算尺长改正、温度改正和高差改正,按下式计算两端点间的水平距离:

式中:D和D′——分别表示两点间的水平距离和尺面长度;

   ΔDk、ΔDt、ΔDh——分别表示尺长改正、温度改正和高差改正。

与丈量距离程序正好相反,测设水平距离时,应首先根据图纸上设计给定的水平距离D、所用钢尺的尺长方程式和两端点的高差分别计算ΔDk、ΔDt和ΔDh,求出钢尺在实地丈量长度

然后从已知的起点,按计算出的数据,用钢尺沿已知方向丈量,经过两次同向或往返丈量,丈量精度达到一定要求后,取其平均值标出该线段终点的位置。

如图10-1所示,在地面上已标设出A点及方向AC,在此方向上欲测设水平长度DAB=60 m,测设用钢尺的尺长方程式为l=30 m+3.0 mm+0.375(t-20℃)mm。且已知hAB=1.25 m,测设时的温度t=4℃,求测设时沿AC方向在地面应丈量多长,才能使AB的水平距离正好是60 m?

计算过程如下:

尺长改正

图10-1 设计长度的测设

温度改正

高差改正

因此,得到在地面上应丈量的倾斜距离为

D′=D-ΔDk-ΔDt-ΔDh

=60-0.006+0.012+0.013=60.019(m)

测设时,在AC方向上从A点沿地面丈量60.019 m,即可测设出B点,使AB的水平距离正好是60 m。

2)全站仪法

在A点安置仪器,按施测时的温度、气压在仪器上设置改正值,瞄准AC方向,指挥装于标杆上的棱镜前后移动,当跟踪反光镜显示距离达到欲测设水平距离DAB时,即可定出B点。

10.2.2 设计水平角度的测设

水平角测量是地面上有三个点位标明了两个方向,观测该两方向之间的水平角值;而水平角测设是从一个已知方向出发,测设出另一个方向,使该方向与已知方向的夹角等于设计水平角。当测设精度要求不高时,用正倒镜分中法;当精度要求较高时采用多测回修正法。

1)正倒镜分中法

如图10-2(a)所示,A为已知点,AB为已知方向,欲标定AC方向,使其与AB方向之间的水平夹角等于设计角度β,则在A点安置经纬仪,盘左位置照准B点,读取水平度盘读数为a1,求得b1=a1+β,转动照准部使水平度盘读数恰好为b1,在此视线上定出C′点;倒转望远镜,盘右位置再次瞄准B点,读数为a2,得b2=a2+β,转动照准部使水平度盘读数为b2,在此视线上定出C″点,取C′、C″的中点C,则∠BAC就是要测设的β角。

图10-2 设计角度的测设

2)多测回修正法

在A点安置经纬仪,用正倒镜分中法测设出AC方向并定出C点;用多次测回法较精确地测出∠BAC=β′,则Δβ=β-β′,如图10-2(b)所示,按下式计算CC0

过C点作AC的垂线,再从C点沿垂线方向量取CC0(Δβ>0,外量;Δβ<0,内量),则∠BAC0为设计角值β。

10.2.3 设计平面点位的测设

点位测设的方法包括直角坐标法、极坐标法、角度交会法和距离交会法等。具体采用何种方法,应在施工过程中根据平面控制点的分布、地形情况、施工控制网形、现场条件、仪器设备和待建建筑物测设精度要求等因素而定。

1)直角坐标法

直角坐标法是根据已知点与设计点的坐标增量测设设计点位置的方法。该方法适用于施工控制网为方格网或建筑基线形式,且量距比较方便的情形。如图10-3所示,A、B、C、D为方格网控制点,a、b、c、d、e为欲测设建筑的角点,根据设计图上各点坐标可确定测设数据。以点a为例,介绍直角坐标法的测设步骤。

首先沿AB边量取AE=ya-yA=ΔyAa;在E点安置仪器,后视格网点B,向左测设AB的垂线方向Ea,在该方向上量取Ea=xa-xA=ΔxAa,即可得到a点在地面上的位置。用同样方法测设其余四个角点的位置。最后检查建筑物各角是否等于90°,各边的实测长度与设计长度之差是否在允许范围内。

图10-3 直角坐标法

图10-4 极坐标法

2)极坐标法

该法适用于测设距离较短且便于量距的情况。如图10-4所示,已知点A(xA,yA),B(xB,yB),欲测设点P,其设计坐标为(xP,yP),首先按坐标反算公式计算测设数据。

其中

在A点安置经纬仪,测设水平角β,得AP方向,然后在此方向上测设水平距离D,即可确定P点位置。AP方向也可直接根据方位角确定,即在A点瞄准B点时,将水平度盘读数设置成αAB的值,然后转动照准部,使水平度盘读数为αAP,此时的视准轴方向即为AP的方向。

若使用全站仪按极坐标法测设P点,将全站仪安置于A点,输入A、B及P点的坐标分别作为测站点、后视点和测设点坐标,系统将自动计算测设数据;瞄准后视点B,进行度盘定向,转动照准部,屏幕将显示当前方位角、测设点方位角及两者之差,据此可测设出方向AP;在此方向上指挥棱镜前后移动,直至屏幕显示距离值为D时,即可确定P点的位置,如图10-5所示。

3)角度交会法

角度交会法也叫方向交会法,适用于不便量距或测设点远离控制点的情况。如图10-6所示,为了保证测设点P的精度,需要用两个三角形进行交会。根据点A(xA,yA)、B(xB,yB)、C(xC,yC)及点P的设计坐标(xP,yP),分别计算测设数据α1、β1和α2、β2;然后将经纬仪分别安置于A、B、C点测设水平角α1、β1和α2、β2,并在P点附近沿AP、BP、CP方向线各打两个小木桩,桩顶中央拉一细线以表示该方向线,三条方向线的交点即为待测设点P。

图10-5 全站仪法测设点位

由于测设过程中的误差,三条方向线不会正好交于一点,而是形成一个很小的三角形,称为误差三角形。当误差三角形的边长在允许范围内时,可取误差三角形的重心作为P点的点位;若误差三角形有一条边长超过容许值,则应按照上述方法重新进行方向交会。

图10-6 角度交会法

图10-7 距离交会法

4)距离交会法

距离交会法也叫长度交会法,适用于场地平坦,便于钢尺量距且待测点到控制点距离不超过一尺段的情形,如图10-7所示,根据点A(xA,yA)、B(xB,yB)及点P的设计坐标(xP,yP)用坐标反算公式分别计算测设数据D1、D2,然后分别以点A、B为圆心测设半径为D1、D2的圆弧,其交点即为待测设的点位P。

10.2.4 设计高程的测设

在平整场地、开挖基坑、路线坡度及桥台桥墩设计标高测定等建筑工程测量中,需要根据施工现场已有的水准点测设设计指定的高程。它与水准测量的区别在于,水准测量是测定两固定点之间的高差,而高程的测设是根据一个已知高程的水准点,测设另一点,使其高程值为设计值。常见的高程测设方法有几何水准法、高程传递法和全站仪法等。

1)几何水准法

将设计高程测设于地面上时,一般采用几何水准法。如图10-8所示,设水准点A的高程为HA,今要测设B桩,使其高程为HB。为此,在A、B两点间安置水准仪,在A点竖立水准尺,读取尺上读数a,则视线高为

欲使B点的设计高程为HB,则竖立在B点处水准尺上读数应为

此时,可采用以下两种方法测设B点高程:①将B点水准尺紧靠B桩,上下移动尺子,当读数正好为b时,在B桩上沿水准尺底部作一标记,此处高程即为设计高程HB。②将B点处木桩逐渐打入土中,使立在桩顶的尺上读数增加到b,此时B点桩顶的高程即为HB

图10-8 几何水准法测设高程

几何水准法常用于基础、楼面、广场、跑道等建筑工程的水平面测设中。如图10-9所示,欲测设一 水平面,使其设计高程为H。可先在地面上按一定的长度测设方格网,用木桩标定各方格网点;然后在场地与已知点A之间安置水准仪,读取A点水准尺上的读数a,则仪器视线高程Hi=HA+a;依次在各木桩上立尺,用逐渐打入木桩法使各木桩顶的尺上读数b都等于Hi-H,各桩顶就构成了测设的水平面。若用激光平面仪测设水平面将更为快捷方便。

图10-9 水平面测设

2)高程传递法

当向较深的基坑和较高的建筑物上测设设计高程时,除用水准尺外,还需借助于悬吊钢尺采用高程传递的方法进行。如图10-10(a)所示,欲在深基坑内测设一点B,使其高程为设计高程HB。设地面附近有一水准点A,其高程为HA,在基坑一边架设吊杆,杆上吊一根零点向下的钢尺,尺的下端挂上重10 kg的重锤,放入油桶中;在地面和坑底各安置一台水准仪,设地面的水准仪在A点所立尺上的读数为a1,在钢尺上读数为b1,坑底水准仪在钢尺上读数为a2,则HB+b2+(b1-a2)=HA+a1,即B点水准尺上应有读数为b2,用逐渐打入木桩或在木桩上划线的方法,使立在B点的水准尺上读数为b2,此时,B点桩顶的高程即为设计高程HB

图10-10 高程传递法测设高程

当向高建筑物B处测设高程时,如图10-10(b)所示,可于该处悬挂钢尺,钢尺零端在上,上下移动钢尺,使水准仪的前视读数b恰为

则钢尺零划线的高程即为设计高程HB

3)全站仪法

全站仪测设高程一般用于极坐标法测设设计点的三维坐标(x,y,H)。此时,在仪器中已知点和设计点的坐标时,同时输入已知点的高程和待测设点的设计高程,另外输入仪器高和目标高。全站仪照准目标后,能自动计算棱镜的升降高度,使待测设点的高程为设计高程。

10.2.5 设计坡度的测设

设计坡度的测设就是根据一点的高程,在给定方向上连续测设一系列坡度桩,使桩顶连线构成已知坡度。如图10-11所示,设A点高程为HA,A、B间水平距离为DAB,试从A点沿AB方向测设设计坡度为i的直线。按照高程测设的方法测设B点,使其高程为

图10-11 设计坡度的测设

则AB直线即为坡度为i的直线。在A点安置水准仪,使一个脚螺旋在AB方向线上,另两个脚螺旋连线与AB垂直,量取仪器高h,瞄准B点水准尺,转动AB方向线上的脚螺旋或微倾螺旋,使B点水准尺上的读数为h,则仪器的视线平行于设计坡度为i的直线AB。在AB方向线上测设中间点1,2,…,使各中间点水准尺上的读数均为h,并以木桩标记,这样桩顶连线即为所求坡度线。

10.2.6 铅垂线的测设

铅垂线测设也称垂直投影,就是将点或线沿铅垂线方向向上或向下传递,这些以铅垂线为标准的点或线称为垂准线。铅垂线测设常应用于高层建筑、电视发射塔、立井和地下建筑等建筑工程测量中。建筑物的垂直高度越大,对铅垂线测设的精度要求也越高。铅垂线测设可用垂球线法、经纬仪法和垂准仪法等。

1)垂球线法

垂球线法一般用于对低层建筑物墙体垂直度的检验,悬挂垂球至垂球稳定后的垂球线方向即为铅垂线,该法相对精度可达1/1 000,即1 m高差约1 mm偏差。竖井定向时,用直径不大于1 mm的细钢丝,悬挂10~50 kg重的垂球,垂球浸于油桶以阻尼其摆动,其相对精度可达1/20 000,但该法操作费力,易受井上下作业及井底回风等外界干扰影响。

2)经纬仪法

该法是利用整平后的经纬仪上下转动时其视准轴可扫出铅垂面的原理进行铅垂线的测设,适用于竖直高度不大且场地开阔的情形。图10-12为经纬仪法进行铅垂线测设的示意图,在相互垂直的两个方向上,分别安置经纬仪,瞄准上(或下)标志后固定照准部,上下转动望远镜,在视准轴方向就会得到两个铅垂面H1和H2,两铅垂面的交线即为铅垂线。在视准轴方向上,用与角度交会法测设点位相同的方法可测定出下(或上)标志,上下标志即在同一铅垂线上。

图10-12 经纬仪法测设铅垂线

3)垂准仪法

垂准仪是专门用于铅垂线测设的仪器,也叫天顶仪。它有两个相互垂直的水准管,用于置平仪器使视准轴铅垂,可以向上或向下作垂直投影,因此有上下两个目镜和两个物镜,垂准的相对精度因仪器型号而异,约为1/30 000~1/200 000。垂准仪进行铅垂线测设的方法步骤将在10.3.4节高层建筑施工测量部分进行详细介绍。

10.3 建筑施工测量

10.3.1 概述

建筑工程施工阶段的测量工作可分为施工准备阶段的测量工作、施工过程中的测量工作和竣工测量。施工准备阶段的测量工作包括施工控制网的建立、场地布置、工程定位和基础放线等。施工过程中的测量工作是在工程施工中,随着工程的进展,在每道工序之前进行的细部测设,如基桩或基础模板的测设、工程砌筑中墙体皮数杆设置、楼层轴线测设、楼层间高程传递、结构安装测设、设备基础及预埋螺栓测设、建筑施工过程中的沉降观测等。为做好施工测量工作,测量人员要了解施工方案、掌握施工进度,同时对所测设的标志应反复校核,确认无误后方可交付施工,避免因测设错误而带来工程质量问题。

在施工现场,由于各种材料和施工器械的堆放、人员车辆往来以及机械化施工作业等原因,施工现场内的测量标志容易被破坏,因此在施工期间应采取切实有效的措施保护测量标志,以保证施工测量作业顺利完成。测量作业进行之前应对所用仪器工具进行检验和校正。测量作业方法和计算方法也应该力求简捷,并注意人身安全和保护好仪器设备。

施工测量之前应收集总平面图、建筑物的设计和说明、建(构)筑物的轴线平面图、建筑物基础平面图、设备基础图、建筑物结构图等图纸资料。

土木建筑工程的点位中误差m由测量定位中误差和施工中误差m组成,而测量定位中误差由施工场地控制点的起始中误差m控和放样中误差m组成,按照误差传播定律,有

在工程项目的施工质量验收规范中,规定了各种工程的位置、尺寸、标高的允许误差Δ,由于极限误差为中误差的2倍或3倍,所以m点取

可按上述两式推算施工测量的精度。由于不同工程的控制点等级不同,控制点密度、放样点离控制点的距离、放样点的类型、施工方法及要求也有差异,一般情况下m<m<m,因此,应当根据工程的具体情况适当确定m、m之间的比例关系;也可以根据工程测量规范中所规定的部分建(构)筑物施工放样的允许误差,按极限误差与中误差的关系直接确定放样中误差m。《工程测量规范》对工业与民用建筑物施工放样的主要技术要求见表10-1。

表10-1 建筑物施工放样的主要技术要求

10.3.2 建筑施工控制测量

建筑施工控制测量的主要任务就是建立施工控制网。勘测设计阶段建立的控制网,可以作为施工放样的基准,但在勘测设计阶段,各种建筑物的设计位置尚未确定,所以它无法满足施工测量的要求;在场地布置和平整中,大量土方的填挖也会损坏一些控制点;有些原先互相通视的控制点被新修建的建筑物阻挡而不能适应施工测量的需要。因此,在施工进行前,需要在原有控制网的基础上,建立施工控制网,作为工程施工和建筑物细部放样的依据。

施工控制网分为平面控制网和高程控制网,也可按控制范围分为场区控制网和建筑物控制网。控制网点应根据施工总平面图和施工总布置图设计。

施工控制网为了施工放样的方便,其坐标轴方向一般与建筑物主轴线方向平行,坐标原点一般选在场地西南角、中央或建筑物轴线的交点处,这种坐标系统称为建筑坐标系(亦称施工坐标系)。这种坐标系往往与测量坐标系不一致,因此在建立施工控制网时需要进行两种坐标系之间的换算。图10-13中xoy为测量坐标系,XOY为建筑坐标系,建筑坐标系原点O在测量坐标系中的坐标为(xO,y

图10-13 建筑坐标和测量坐标的换算

O),X轴在测量坐标系中的方位角为α。设已知点P的建筑坐标为(X,Y),则可按公式(10-12)将其换算为测量坐标(x,y):

如已知P点的测量坐标(x,y),则可按下式将其换算为建筑坐标(X,Y):

1)平面施工控制网

工程建设项目不同,施工控制网的形状也不相同。对于工业厂房、民用建筑、道路和管线等工程,一般都是沿相互平行或垂直的方向布置成正方形或矩形的控制网,这种形式的施工控制网称为建筑方格网;对于面积不大又不十分复杂的建筑场地,常平行于主要建筑物的轴线布置一条或数条基线,作为施工测量的平面控制网,称为建筑基线;对于布设以上网形有困难的工程,也可将施工控制网布置成导线网、三角网或边角网,这种情形常应用于改扩建工程的施工控制测量。

(1)建筑基线

建筑基线一般应临近建筑场地中主要建筑物布置,并与其主要轴线平行,以便用直角坐标法进行建筑细部放样。建筑基线通常可布置成三点直线形、三点直角形、四点丁字形和五点十字形等形式,如图10-14所示。但具体布置建筑基线时,应视建筑物的分布、场地的地形和原有测量控制点的情况而定。

建筑基线点一般不应少于三个。在城市建设区,建筑用地边界要经规划部门在现场标定边界点,其连线通常为正交的直线,称为建筑红线,如图10-15(a)中直线AB和BC。利用建筑红线按平行线推移法可以标定建筑基线ab和bc。

图10-14 建筑基线布置形式

图10-15 建筑基线点的测设

如果施工现场没有红线,需要根据附近已有的控制点和建筑基线的设计坐标标定建筑基线。图10-15(b)中,A、B、C为测量控制点,a、b、c为建筑基线点,按极坐标法进行点位放样的方法计算出测设要素β1、β2、β3和D1、D2、D3,然后分别在A、B、C三点安置经纬仪将建筑基线点a、b、c在实地标定出来。

当a、b、c三点在地面用木桩标定后,安置经纬仪于b点观测∠abc,若∠abc与90°之差超过±20″,则应进行建筑基线控制点的点位调整,调整方法将会在后面介绍。

(2)建筑方格网

①建筑方格网的布置

建筑方格网常由正方形或矩形组成。建筑方格网应根据建筑设计总平面图上各建(构)筑物、道路及各种管线的布设情况,结合现场的地形情况进行布置。如图10-16所示,应先选定建筑方格网的主轴线MN和CD,然后再布置方格网。当场区面积较大时,常分两极:首先可采用“十”字形、“口”字形或“田”字形,然后加密方格网。当场区面积不大时,可 布置成全面方格网。方格网布置时,应注意以下几点:

图10-16 建筑方格网的布置

a.格网的主轴线应布设在整个场区的中部,并与主要建筑物的基本轴线平行;

b.格网的折角应严格成90°;

c.格网的边长一般为100~200 m,矩形方格网的边长视建筑物的大小和分布而定,为方便使用,尽可能为50 m或其倍数,边长的相对精度一般为1/10 000~1/20 000,视工程要求而定;

d.格网的边应保证通视且便于测距和测角,点位标石应能长期保存。

②建筑方格网主轴线的测设

主轴线应根据附近的测量控制点进行测设。在测设之前应首先将主轴线点的坐标按公式(10-12)换算为测量坐标;然后依据附近的测量控制点,采用适当的点位测设方法,测设出主轴线点A、O、B的概略位置,以A′、O′、B′表示,为便于调整点位,在测量的概略位置埋设混凝土桩,并在桩的顶部设置一块10 cm×10 cm的铁板。由于测量误差的存在,测设的三个轴线点不会正好在一条直线上,如图10-17所示。为了将所测设的三个主轴线点调整在一条直线上,应在O′点安置经纬仪,精确测量∠A′O′B′的角值,如果与180°之差超过允许误差,应对主轴线点进行调整。

图10-17 调整一端点

a.调整一端点

如图10-17所示,将A′点按图所示的方向移动一个微小的值δ至A点,使三点成一直线,调整值δ可按下式计算:

b.调整中点

如图10-18所示,将O′点按图所示方向移动δ值,使三点为一直线。调整值δ为

图10-18 调整中点

下面介绍公式(10-15)的推导过程,在△A′O′B′中,

由于a、b远大于δ,可近似认为

将式(10-17)代入式(10-16),即可得到公式(10-15)。

c.调整三点

如图10-19所示,调整A′、O′、B′三点,调整值均为δ,但O′点与A′、B′点移动的方向相反,δ的表示式为

图10-19 调整三点

由图10-19可见:

与(10-15)的推导过程类似,将上式代入公式中,可以得到公式(10-

18)的结果。

按δ值移动A′、O′、B′三点以后,再测量∠A′O′B′,如观测角与180°之差仍不符合限差要求,继续进行调整,直到误差在允许范围以内为止。

主轴线上的三个主点A、O、B标定好后,将经纬仪安置于O点,测设与AOB垂直的另一主轴线(图10-20)。望远镜后视A点,分别向左、向右测设90°,在地面上定出C′、D′两点,精确观测∠AOC′和∠AOD′,分别计算它们与90°之差δ1、δ2,按下式确定调整值λ1、λ2

图10-20 垂向主点的测设

式中:D1、D2——分别表示O与C′、O与D′两点之间的距离。

将C′和D′点分别沿与CD相垂直的方向归化调整λ1、λ2值,定出C点和D点。最后还必须精确观测改正后的∠COD,其角值与180°的差不应超过限差规定。

上述过程标定了两条主轴线的方向,为了在实地确定各主点的点位,还得根据建筑方格网的设计边长沿主轴线方向丈量距离。量距时,用经纬仪法沿OA、OB、OC、OD各方向进行定线,用检定过的钢卷尺往返丈量主轴线的距离,同时考虑尺长、温度和高差三项改正,往返丈量的相对精度一般为1/10 000~1/20 000,最后在各主点桩顶的铁板上刻划出主点A、O、B、C、D各点的点位。

图10-21 建筑方格网的详细测设示意图

③建筑方格网的详细测设

主轴线测设之后,可以按以下方法测设方格网。如图10-21所示,在主轴线的主点A、B、C、D分别安置经纬仪,每次都以O点为基准方向,分别向左、向右测设90°,以方向交会法定出方格网的四个角点E、F、G、H。测设的建筑方格网必须以距离进行检核。为此,以钢卷尺按照与测设主轴线相同的精度要求量出AE、AH、CE、CF、BF、BG、DG 和DH各段距离。若量距所得角点位置与方向交会法所确定的位置不一致时,可做适当 调整。定出E、F、G、H各点的最后位置后,以混凝土桩标定。这样就构成了“田”字形方格的基本点。再以这些基本点为基础,沿各方向用钢卷尺测设各方格设计边长或以方向交会法定出方格网中所有各点,并用大木桩或混凝土桩标定,称之为距离指标桩。

2)高程施工控制网

为了进行场区各建筑物的高程放样,必须在场区的建筑场地布设水准点。水准点的密度以能满足安置一次仪器即可测设所需要的高程点为佳。测绘建筑场地地形图时所布设的水准点密度对施工阶段而言,一般是不够的。因此,应首先对原先布设的水准点进行现场检查,确认点位没有任何变动时,以这些点为高等级点,采用闭合或附合水准路线方法进行水准点的加密。一般情况下,建筑方格网点可以兼作高程控制点,但应在已布设的建筑方格网点桩面中心标志旁设置一个突出的半球状标志。

高程施工控制网的精度要求视不同情况而定,宜采用四等水准测量等级。对于连续生产的车间或管道线路,应提高精度等级,采用三等水准测量方法测定各水准点的高程。

为了内部构件的细部放样方便并减少误差,在布设高程施工控制网的同时,应以相同的精度在各厂房内部或附近专门设置±0.000水准点,作为厂房内部底层的地坪高程。不过需要特别注意的是,设计中各建(构)筑物的±0.000水准点高程不完全相同,应严格区分。

10.3.3 建筑施工测量

建筑施工测量指在施工控制网的基础上,对工业与民用建筑施工过程中每个环节进行的细部测设工作,包括建筑物的定位、轴线控制桩的测设、基础施工测量、主体施工测量以及厂房构件的安装测量工作。下面分别介绍民用建筑施工测量和工业厂房施工测量。

1)民用建筑施工测量

民用建筑指的是住宅、办公楼、商场、宾馆、医院和学校等建筑物。施工测量的任务是按照设计的要求,把建筑物的位置测设到地面上,并配合施工以保证工程质量。

(1)测设前的准备工作

设计图纸是施工测量的依据,在测设前,应熟悉建筑物的设计图纸,了解施工的建筑物与相邻地物的相互关系,以及建筑物的尺寸和施工的要求等。测设时必须具备下列图纸资料:

①总平面图是施工测量的总体依据,总平面图上的尺寸关系是进行建筑物定位的数据来源,如图10-22所示。

②建筑平面图给出建筑物各定位轴线间的尺寸关系及室内地坪标高等,是进行轴线测设和高程放样的依据,如图10-23所示。

图10-22 总平面图

图10-23 建筑平面图

③基础平面图给出基础轴线间的尺寸关系和编号。

④基础大样图给出基础设计宽度、形式及基础边线与轴线的尺寸关系,如图10-24所示。

⑤立面图和剖面图给出基础、地坪、门窗、楼板、屋架和屋面等设计高程,是高程测设的主要依据。

为了解现场的地物、地貌和原有测量控制点的分布情况,必须进行现场踏勘并调查与施工测量有关的问题。此外,施工测量之前还要进行施工现场的平整和清理,拟定测设计划和绘制测设草图,对各设计图纸的有关尺寸及测设数据仔细核对,以免出现差错。

图10-24 基础剖面图

(2)建筑物定位

建筑物的定位,就是把建筑物外廓各轴线交点在地面上标定出来,然后再根据这些点进行细部放样。根据施工现场情况及设计条件,可采用以下方法进行建筑物定位:

①根据建筑方格网或测量控制点定位

如场区内布设有建筑方格网,可根据方格网点的坐标和建筑物角点的设计坐标用直角坐标法定位;当待建建筑物附近有测量控制点时,可利用控制点的坐标和建筑物角点的设计坐标用极坐标法或方向交会法进行建筑物定位。

②根据建筑红线定位

对于统一规划的待建房屋,若房屋外廓轴线与建筑红线平行时,可按平行线推移法根据建筑物红线确定待建房屋外廓轴线交点,具体施测过程见10.3.2中的平面施工控制网;若房屋外廓轴线与建筑红线不平行或不垂直时,则考虑用其他方法进行定位。

③根据与现有建筑物的关系定位

在建筑区增建或改建房屋时,应根据与原有建筑物的空间关系,进行建筑物的定位。在图10-25中,绘有斜线的表示原有建筑物,没有斜线的是设计建筑物。图(a)为延长直线法定位,即先作AB边的平行线A′B′,在B′点安置经纬仪作A′B′的延长线E′F′;然后分别在E′和F′点安置经纬仪,测设90°,定出EG和FH。图(b)为平行线定位法,即在AB边平行线上的A′和B′点安置经纬仪分别测设90°而定出GE和HF。图(c)为直角坐标定位法,首先在AB边平行线上的B′点安置仪器作A′B′的延长线,定出O点,然后在O点安置仪器测设90°,定出G、H点,最后在该两点上测设90°定出E和F点。

图10-25 根据现有建筑物进行建筑物定位

(3)龙门板和轴线控制桩的设置

建筑物定位以后,应该进行建筑物细部轴线的测设。建筑物细部轴线测设就是根据定位所测设的角桩(即外墙轴线交点),详细测设建筑物各轴线的交点位置,并在桩顶钉一小钉,作为中心桩;然后根据中心桩,用白灰画出基槽边界线。由于施工时中心桩会被挖掉,因此,应将轴线延长到安全地点,并作好标志,以便施工时能恢复各轴线的位置。延长轴线的方法一般有龙门板法和轴线控制桩法两种。

①龙门板法

龙门板法适用于一般小型的民用建筑物,为了方便施工,在建筑物四角与隔墙两端基槽开挖边线以外约1.5~2 m处钉立的木桩叫龙门桩,钉在龙门桩上的木板叫龙门板。龙门桩要钉得竖直、牢固,桩的外侧面与基槽平行,如图10-26所示。

图10-26 龙门桩和龙门板

建筑物室内(或室外)地坪的设计高程称为地坪标高(也叫±0.000标高),以此作为建筑设计和施工测量的高程起算面。建筑物细部轴线测设时,根据建筑场地的水准点,用水准仪在每个龙门桩上测设建筑物±0.000标高线;若现场条件不允许,也可以测设一个高于或低于±0.000标高一定数值的标高线。但一个建筑物只能选择一个这样的标高。根据各龙门桩上的±0.000标高线把龙门板钉在龙门桩上,使龙门板的顶面在一个水平面上,且与±0.000标高线一致。龙门板钉好后,用经纬仪将各轴线引测到龙门板顶面上,并以小钉标记(称为轴线钉),同时将轴线号标在龙门板上。施工时可将细线系在轴线钉上,以控制建筑物位置和地坪标高。

②轴线控制桩法

龙门板法使用方便,但占地大,影响交通,因而在机械化施工时,一般只设置轴线控制桩。为方便引测、易于保存桩位,轴线控制桩设置在基槽外不受施工干扰的基础轴线延长线上,桩顶面钉小钉标明轴线的准确位置,作为开槽后各施工阶段确定轴线位置的依据,如图10-27所示。轴线控制桩离基础外边线的距离根据施工场地的条件而定。如果附近有已建的建筑物,也可将轴线投设在建筑物的墙上。为了保证控制桩的精度,施工中往往将控制桩与定位桩一起测设;也可以先测设控制桩,再测设定位桩。

图10-27 轴线控制桩的设置

(4)基础施工测量

建筑物±0.000标高以下部分称为建筑物的基础。基础以下用以承受整个建筑物荷载的土层为地基,地基不属于建筑物的组成部分。有些地基必须进行处理,如打桩处理时应根据桩的设计位置布置桩位,定位误差应小于±5 cm。基础施工测量包括基槽开挖边线确定、基槽标高测设、垫层施工测设和基础测设等环节。

①基槽开挖边线确定

基础开挖前,根据轴线控制桩或龙门板的轴线位置和基础宽度,并顾及到基础开挖深度及应放坡的尺寸,在地面上标出记号,然后在记号之间拉一细线并沿细线撒上白灰放出基槽边线(也叫基础开挖线),挖土就在此范围内进行。

②基槽标高测设

图10-28 基槽水平桩的测设

开挖基槽时,不得超挖基底,要随时注意挖土的深度,当基槽挖到离槽底0.3~0.5 m时,用水准仪在槽壁上每隔2~3 m和拐角处钉一个水平桩,用以控制挖槽深度及作为清理槽底和铺设垫层的依据。水平桩的标高测设允许误差为±10 mm。

图10-28中,建筑物基槽底标高为-1.600 m,在基槽两壁标高为-1.300 m处钉水平桩,并沿水平桩在槽壁上弹墨线,作为挖槽和铺设基础垫层的依据。

③垫层施工测设

基槽挖土完成并清理后,在槽底铺设垫层。可根据龙门板或控制桩投设垫层边线,具体投设方法为,在轴线两端控制桩的铁钉处系上细线,重锤挂在细线上并垂到槽底,以铁钉标记,按照垫层的设计宽度用平行线推移法定出垫层边线。

垫层标高以槽壁墨线或槽底小木桩控制。如垫层需要支模板,可直接在模板上弹出标高控制线。

④基础测设

垫层做完后,根据龙门板或控制桩所示的轴线位置及基础设计宽度在垫层上弹出中心线和边线。鉴于此基准将控制整个建筑的位置和高程,因此应严格按照设计尺寸校核。

2)工业厂房施工测量

工业厂房指各类生产用房及其附属建筑,可分为单层和多层厂房,其中金属结构及装配式钢筋混凝土结构的单层厂房最为常见。工业厂房的施工测量工作主要包括厂房柱列轴线测设、柱基施工测量、厂房构件安装测量。

(1)厂房柱列轴线测设

对于跨度较小、结构安装简单的厂房,可按民用建筑施工测量的方法进行厂房定位与轴线测设;而对那些跨度大、结构及设备安装复杂的大型厂房,其柱列轴线一般根据厂房矩形控制网进行测设。为此,应先进行厂房控制网角点和主轴线坐标的设计,根据建筑场地的控制网测设这些点位并进行检核,符合精度要求后,即可根据柱间距和跨间距用钢尺沿矩形网各边量出各轴线控制桩的位置,并打入大木桩,钉上小钉,作为测设基坑和施工安装的依据。

图10-29为一栋两跨、十一列柱子的厂房,厂房控制网以M、N和P、Q为主轴线点,M′、N′和P′、Q′点为相应的辅点以检查和保存主轴线点。分别在各主轴线点上安置经纬仪,测设90°,以方向交会法确定厂房角桩A、B、C、D点,然后按照各柱列设计宽度以钢尺量距标定出各柱列轴线控制桩的位置。

图10-29 厂房控制网及轴线控制桩

(2)柱基施工测量

柱基施工测量应依次进行基坑放样、基坑的高程测设以及基础模板的定位。

①基坑放样

基坑开挖之前应根据基础平面图和基础大样图的有关尺寸,把基坑开挖的边线测设于地面上。由于厂房的柱基类型不一、尺寸各异,在进行柱基测设时,应注意定位轴线不一定都是基础中心线,放样时应特别注意。

柱基放样时,经纬仪分别安置在相应的轴线控制桩上,依柱列轴线方向在地上测设小的定位桩,桩顶钉上小钉,交会出各桩基的位置,然后按照基础大样图的尺寸,根据定位轴线放样出基础开挖线,撒上白灰,标明开挖范围,如图10-30所示。

②基坑的高程测设

如图10-31所示,当基坑挖到离坑底设计高程0.3~0.5 m处时,应在坑壁四周设置水平桩,作为基坑修坡、清底和铺设垫层的高程依据。此外在坑底设置小木桩,使桩顶面恰好等于垫层的设计高程,作为垫层高程测设的依据。

图10-30 基坑放样

③基础模板的定位

铺设好垫层之后,根据坑边定位小木桩,用拉线的方法,吊垂球把柱基定位线投到垫层。用墨斗弹出墨线,用红漆画出标记,作为柱基立模板和布置基础钢筋网的依据。立模时,将模板底线对准垫层上的定位线,并用垂球检查模板是否竖直。最后在模板内壁用水准仪测设出柱基顶面设计高程,标以记号,作为柱基混凝土浇注的依据。

拆模后,根据柱列轴线控制桩将柱列轴线投测到基础顶面,并用红油漆画上“▲”标记。同时在杯口内壁测设标高线,向下量取一整分米数即到杯底设计标高,供底部整修之用,如图10-32所示。

图10-31 基坑的高程测设

图10-32 基础模板的定位

(3)厂房构件安装测量

装配式单层工业厂房主要由柱、吊车梁、吊车轨道、屋架等主要构件组成。每个构件的安装包括绑扎、起吊、就位、临时固定、校正和最后固定几个环节。厂房构件安装测量工作开始前,必须熟悉设计图,掌握限差要求,并制定作业方法。柱子、桁架或梁的安装测量允许偏差应符合表10-2的规定;构件预装测量及附属构筑物安装测量的允许偏差应分别符合表10-3和表10-4的规定。下面着重介绍柱子、吊车梁及吊车轨道等安装操作要求比较高的构件在安装时的校正工作。

表10-2 柱子、桁架或梁安装测量的允许偏差

注:当柱高大于10 m或一般民用建筑的混凝土柱、钢柱垂直度,可适当放宽。

表10-3 构件预装测量的允许偏差

注:l为自交点起算的横向中心线长度(m),不足5 m时,以5 m计。

表10-4 附属构筑物安装测量的允许偏差

注:H为管道垂直部分的长度(m)。

①柱子安装测量

前已述及,柱子吊装前,应根据轴线控制桩,把柱中心轴线投测到杯形基础的顶面,如图10-32所示。在柱子的三个侧面也应弹出柱中心线,每一面又需分为上、中、下三点,并画小三角形“▲”标志,以便安装校正,如图10-33所示。

柱子牛腿面至柱底的设计长度假定为l,牛腿面设计高程为H2,实际柱底的高程若为H1,则它们之间应满足

图10-33 柱子中心线

柱子在预制时,由于模板制作和模板变形等原因,不可能使柱子的实际尺寸与设计尺寸一样,为了解决这个问题,往往在浇注基础时把杯形基础底面高程降低2~5 cm,然后用钢尺从牛腿顶面沿柱边量到柱底,根据这根柱子的实际长度,用1∶2水泥砂浆在杯底进行找平,使牛腿面符合设计高程H2

柱子插入杯口后,首先应使柱身基本竖直,再令其侧面所弹的中心线与基础轴线重合。用木楔或钢楔初步固定,然后进行竖直校正。校正时用两架经纬仪分别安置在柱基纵横轴线附近,离柱子的距离约为柱高的1.5倍。先瞄准柱子中心线的底部,然后固定照准部,再仰视柱子中心线顶部。如重合,则柱子在这个方向上就是竖直的;如果不重合,应用钢锲和钢缆进行调整,直到柱子的两个侧面的中心线都竖直,定位后用二次灌浆加以固定。

由于纵轴方向上柱距很小,通常把仪器安置在纵轴的一侧,在此方向上,安置一次仪器可校正数根柱子,但仪器偏离轴线的角度β不应超过15°,如图10-34所示。

柱子校正时还应注意以下事项:

a.校正用的经纬仪事前应经过严格检校,而且操作时必须使照准部水准管气泡严格居中。

b.柱子的竖直校正与平面定位应反复进行。在两个方向的垂直度都校正好后,应再复查柱子下部的中线是否仍对准基础的轴线。

图10-34 柱子的竖直校正

c.柱子竖直校正应在早晨或阴天时进行。因为柱子受太阳照射后,柱子向阴面弯曲,使柱顶有一个水平位移。

②吊车梁及吊车轨道安装测量

吊车梁及吊车轨道安装测量的目的是使吊车梁中心线、轨道中心线及牛腿面上的中心线在同一个竖直面内,梁面和轨道面符合设计高程并且轨距和轮距满足要求。吊车梁安装前应先弹出吊车梁顶面中心线和吊车梁两端中心线,用高程传递的方法在柱子上标出高于牛腿面设计高程一常数的标高线,称为柱上水准点,作为修平牛腿面或加垫板的依据。然后分别安置经纬仪于吊车轨道中心线的一个端点上,瞄准另一端点,仰起望远镜,即可将吊车轨道中心线投测到每根柱子的牛腿面上并弹以墨线。然后,根据牛腿面的中心线和梁端中心线,将吊车梁安装在牛腿上。吊车梁安装完后,利用柱上标高线检查吊车梁的高程,然后在梁下用铁板调整梁面高程,使之符合设计要求。

吊车轨道安装测量就是将轨道中心线投测到吊车梁上,由于在地面上看不到吊车梁的顶面,通常多用平行线法。如图10-35所示,首先在地面上从吊车轨中心线向厂房中心线方向垂直量出长度a=1 m,定出A″、B″点。然后安置经纬仪于A″或B″点上,瞄准平行线另一端点,固定照准部,仰起望远镜投测。此时另一人在梁上移动横放的木尺,当视线正对准尺上1 m刻划时,尺的零点应与梁面上的中线重合。如不重合应予以改正,可用撬杠移动吊车梁。

吊车轨道按中心线安装就位后,利用柱上标高线,在轨道面上每隔3 m测一点高程,与设计高程相比较,误差应在±3 mm以内。还要用钢尺检查两吊车轨道间跨距,与设计跨距相比较,误差不得超过±5 mm。

10.3.4 高层建筑物施工测量

高层建筑是指建筑层数8层以上的建筑,其特点是层数多,施工场地小,且受外界干扰大。因此,高层建筑施工方法与一般建筑有所区别。目前多采用滑模施工和预制构件装配式施工两种方法。高层建筑施工过程中对各部位的水平度和垂直度要求非常严格,施工规范对高层建筑结构的施工质量标准要求见表10-5,高层建筑的施工放样技术要求参考《工程测量规范》对建筑物施工放样的主要技术要求(表10-6)。

图10-35 吊车梁及吊车轨道安装测量示意图

表10-5 高层建筑结构施工质量标准

注:H为建(构)筑物的高度(mm)

表10-6 建筑物施工放样的主要技术要求

注:①对于具有两种以上特征的建筑物,应取要求高的中误差值;②特殊要求的工程项目,应根据设计对限差的要求,
确定其放样精度。

高层建筑施工测量主要包括轴线定位、轴线投测和高程传递等工作,下面分别予以介绍。

1)轴线定位

按照上述高层建筑物的施工质量标准和放样精度要求,高层建筑的施工测量主要是解决轴线在不同楼层上的投测定位和高程控制问题。遵循“先控制后碎部”的测量工作顺序,应先进行平面控制网和高程控制网的布设。高层建筑的平面控制网多为矩形方格网,一般布设于建筑物地坪层(底层)内部,以便向上投测并控制各层细部的施工放样。平面控制点一般为埋设于地坪层地面混凝土中的一块小铁板,上面划以十字线,交点上冲一小孔,代表点位的中心。点位选择时,应考虑以下因素:

(1)方格网的各边应与高层建筑轴线平行。

(2)建筑物内部的柱和承重墙等细部结构应不影响控制点之间的通视。

(3)轴线投测时,应在各层楼板上设置垂准孔,因此,横梁和楼板中的主钢筋应避开控制点的铅垂方向。

(4)控制点在结构和外墙施工期间应易于保存。

高层建筑的高程控制网为建筑场地内的一组不少于3个的四等水准点,待建筑物基础和地坪层建造完成后,应从水准点往墙上或柱上引测+1.000 m或+0.500 m标高线,作为向上各层测设设计高程的依据。

2)轴线投测

高层建筑物的轴线投测就是将地坪层的平面控制网点沿铅垂线方向逐层向上测设,使高层建筑的各层都有与地坪层在平面位置上完全相同的控制网,以控制建筑物的垂直度。轴线投测的方法主要有经纬仪法和激光垂准仪投测法两种。

(1)经纬仪法

轴线投测前,一定要对所使用的经纬仪进行严格检校,尤其是照准部水准管轴应严格垂直于竖轴。投测工作也应选择在阴天及无风天气进行,以减小日照和大风等外界条件的不利影响。

图10-36 高层建筑轴线测设

图10-36为某高层建筑的施工控制网,图中标明了各纵横轴线和施工坐标系,其中轴线③和?为中心轴线,并通过塔楼中心。在不受施工影响之处桩定C、C′和3、3′四个轴线控制桩,作为轴线投测的依据。

基础施工结束后,为了向上投测中心轴线,将轴线③和?用经纬仪投测在塔楼底部,桩以a、a′和b、b′,如图10-37(a)所示。

随着楼层增高,每层都应将a点和b点向上投测。为此,将经纬仪安置于点3,仔细整平水准管,盘左瞄准点a后将照准部固定,抬高视准轴,将方向线投影至上层楼板上;盘右同样操作,用正倒镜分中法确定a1。分别将经纬仪安置在点3′、C、C′,同样操作过程确定a1′、b1、b1′。每层上轴线aa′和bb′的交点即为塔楼中心。

当楼房继续增高,而轴线控制桩距建筑物又较近时,望远镜的仰角较大,操作不便,投测精度将随仰角的增大而降低。为此,要将原中心轴线控制桩引测到更远的安全地方,或者附近大楼的屋顶上,如图10-37(b)中的C1、C1′即为轴线新的控制桩。在这些新的控制桩上安置经纬仪,按上述方法可以将中心轴线投测到更高的楼层。

图10-37 轴线投测示意图

(2)激光垂准仪投测法

目前,由于工程施工过程对安全、环保的要求,在建中的高层建筑外围一般都架设有脚手架和安全网,经纬仪视线容易受阻,给投测工作带来不便。激光垂准仪是一种专门用于铅垂线测设的仪器,具有精度高、速度快和操作简便等优点,故广泛应用于高层建筑的轴线投测之中。

垂准仪在光学垂准系统的基础上添加两只半导体激光器,其中一只通过上垂望远镜将激光束发射出来,另一只激光器通过下对点系统将激光束发射出来,利用激光束对准基准点。仪器的结构保证激光束光轴与望远镜视准轴同心、同轴、同焦,当望远镜照准光靶时,在靶上就会显示一亮斑。激光垂准仪的投点误差可达1/100 000~1/200 000。

如图10-38所示,仪器安置在底层,严格对中整平,打开垂准激光开关,在楼板的预留孔(20 cm×20 cm)上放置接收靶,采用对径读数的方法取两次观测光斑的中间点作为投测点位置。

在建筑物的平面上,根据需要设置投测点,每条轴线需两个投测点。根据梁、柱的结构尺寸,投测点距定位轴线距离l一般为500~800 mm,如图10-39所示。

图10-38 激光垂准仪投测法

图10-39 投测点与定位轴线的关系

3)高层建筑物的高程传递

高层建筑施工中,要从地坪层测设的+1.000 m(或+0.500 m)标高线逐层向上传递标高,使上层的楼板、窗台、梁、柱等在施工时符合设计高程。高程传递方法有钢尺测量法、水准仪法和全站仪天顶测距法。

(1)钢尺测量法

用钢尺从地坪层+1.000 m(或+0.500 m)标高线沿墙面或柱面直接向上垂直测量,画出上层楼面的设计标高线或高出设计标高1 m的标高线。

(2)水准测量法

此法利用楼梯间向上传递高程。如图10-40所示,欲将标高从底层A点(HA=+1.000m)传递到上一层B点处,使其高程为设计高程HB。首先通过楼梯间悬吊一钢尺,零端向下,并挂一与钢尺检定时所用拉力重力相当的重锤(如100 N)。将两台水准仪分别安置在底层和上层楼板,读取A点所立水准尺上读数a和钢尺读数b;在上层楼板上读取钢尺读数c,则B点水准尺上应有读数为

图10-40 水准测量法传递高程

图10-41 全站仪天顶测距法传递高程

上下移动B点水准尺,当读数为d时,在墙上沿尺底面作标记,该点高程即为设计高程HB。上述过程应进行两次,若相差小于3 mm,取中间位置作为最终高程标记。

(3)全站仪天顶测距法

此种方法要求在高层建筑各层楼板间预留垂准孔上或电梯井间进行。如图10-41所示,在底层安置全站仪,将望远镜置于水平位置,当屏幕显示竖直角为0°或天顶距为90°时,向立于+1.000 mm(或+0.500 mm)标高线上的水准尺读数,即为仪器标高。通过垂准孔或电梯井将望远镜指向天顶(此方向上竖直角为90°或天顶距为0°),在各楼层的垂准孔上固定一块铁板(400 mm×400 mm×2 mm,中有φ30 mm小孔),将棱镜平放于孔上,按测距键测得垂直距离。预先测出棱镜镜面至棱镜横轴的高度,即仪器常数,则各楼层铁板的顶面标高为仪器标高加垂直距离减棱镜常数。

最后用水准仪测设该层+1.000 mm(或+0.500 mm)标高线。

10.4 建筑工程竣工测量

10.4.1 概述

竣工测量是指各种工程建设竣工、验收时所进行的测绘工作。竣工测量的最终成果就是竣工总平面图,它包括反映工程竣工时的地形现状、地上与地下各种建(构)筑物及管线平面位置与高程的总现状地形图、各类专业图和图表等。编绘竣工总平面图的目的有以下几个方面:

(1)真实反映设计的变更情况,显示工程竣工的现状。

(2)提供了各种建(构)筑物的几何位置,便于日后进行各种设施的维修工作,特别是地下管道等隐蔽工程的检查和维修工作。

(3)提供了竣工后各项建筑物、构筑物、地上和地下各种管线及交通线路的坐标、高程等资料,为建筑物的改、扩建提供施工和设计的依据。

新建建筑物竣工总平面图的编绘,是随着工程的陆续竣工而相继编绘的。可以一边竣工测量,一边利用竣工测量成果编绘竣工总平面图。如发现地下管线的位置有问题,可以及时到现场查对,使竣工图能真实反映实际情况。一旦工程竣工,竣工总平面图也大部分编制完成。竣工总平面图的编绘工作,包括室外实测和室内资料编绘两方面的内容。

10.4.2 竣工测量

在每一个单项工程完成后,必须由施工单位进行竣工测量,提交工业厂房及一般建筑物、铁路和公路、地下管网、架空管网等各项工程的竣工测量成果。交通线路、各种管线及其附属构筑物的竣工测量过程将在后面的章节陆续讲解,下面主要介绍工业厂房与一般建筑物的竣工测量。

竣工测量与地形图测绘的方法大致相似,主要区别在于测绘内容的选择和精度要求不同,竣工测量必须测定大量细部点的平面位置和高程。对于工业厂房及一般建筑物,测绘内容包括建筑物拐点坐标,各种管线进出口的位置和高程;并附房屋编号、结构层数、面积和竣工时间等资料。较大厂房至少测定3个点的坐标。圆形建(构)筑物要测出圆心坐标和半径。

测图方法一般包括经纬仪极坐标法和全站仪数字测图法。若采用经纬仪法测图,各建(构)筑物的特征点不仅要按坐标展绘在聚酯薄膜图上,而且要认真进行碎部测量记录,以供日后使用。同时应遵照《大比例尺地形图图式》绘制竣工平面图。如果采取全站仪数字测图方法,可将建筑物、交通线路、管线分成几个图层进行管理,并遵照数字测图的规范进行测量。

竣工测量外业工作结束后,应提交工程名称、施工依据、施工成果、控制测量记录资料以及碎部特征点的坐标和高程等完整的成果,作为编绘竣工总平面图的依据。

10.4.3 竣工总平面图的编绘

竣工总平面图上应包括建筑方格网点,水准点、厂房、辅助设施、生活福利设施、架空及地下管线、铁路等建筑物或构筑物的坐标和高程,以及厂区内空地和未建区的地形。有关建筑物、构筑物的符号应与设计图例相同,有关地形图的图例应使用国家地形图图式符号。

竣工总平面图的图幅尺寸,应尽可能将一个生产流程系统地放在一张图上。若场区过大,也可以分幅编绘,不过应有统一的分幅和编号方法。

场区地上和地下所有建(构)筑物绘在一张竣工总平面图上时,如果线条过于密集而不醒目,则可采用分类编图。如综合竣工总平面图、交通运输竣工总平面图和管线竣工总平面图等。比例尺一般采用1∶1 000。如不能清楚地表示某些特别密集的地区,也可局部采用1∶500的比例尺。图10-42为某小区竣工总平面图。

图10-42 某小区竣工总平面图

竣工总平面图和各分类专题图编绘完成后,应将电子版本刻录成光盘与装订成册的纸质资料一起保存或上缴有关专业部门。

10.5 建筑工程变形测量

10.5.1 概述

在工程建设、使用和运营过程中,由于基础的地质构造、土壤的理化性质、地下水位的差异以及建筑物本身的荷重和外界的动荷载(如风力、震动等)作用等因素的影响,经常导致工程建筑的沉降、位移、倾斜、裂缝和挠曲等形变特征。为了保证工程建筑的使用、运营安全以及为建筑设计提供依据,用专门的测量仪器定期对以上形变特征进行观测的工作,称之为变形测量。与一般的测量工作相比,变形测量具有以下特点:

(1)观测精度要求高

由于变形观测的结果直接影响到变形原因合理分析、变形规律的正确描述以及变形趋势的科学预测,因此,变形观测必须具有较高的精度。《工程测量规范》对变形测量的精度要求见表10-7。因此,在变形观测之前,应根据变形观测的不同目的,选择相应的观测精度和施测方法。

(2)需要重复观测

为了分析变形规律和预测变形趋势,必须按照一定的时间周期重复进行变形观测。变形测量的观测周期,应根据建(构)筑物的特征、变形速率、观测精度要求和工程地质条件等因素综合考虑。观测过程中,根据变形量的变化情况,观测周期应适当调整。

(3)采用严密的数据处理方法

建筑物的变形一般都较小,周期性的重复观测又会积累大量的原始观测数据,因此必须采用严密的数据处理方法,从不同观测周期的大量观测数据中,精确确定变形规律与趋势。

表10-7 变形测量的等级划分和精度要求

注:①变形点的高程中误差和点位中误差,是相对于最近基准点而言;②当水平位移变形测量用坐标向量表示时,向量中误差为表中相应等级点位中误差的1/√2;③垂直位移的测量,可视需要按变形点的高程中误差或相邻变形点高差中误差确定测量等级。

在进行变形测量时,应满足以下基本要求:

(1)大型或重要工程建筑物、构筑物,在工程设计时,应对变形测量统筹安排。施工开始时,即应进行变形测量。

(2)变形测量点,宜分为基准点、工作基点和变形观测点。其布设应符合下列要求:

①每个工程至少应有3个稳固可靠的点作为基准点;

②工作基点应选在比较稳定的位置。对通视条件较好或观测项目较少的工程,可不设立工作基点,在基准点上直接测定变形观测点。

③变形观测点应设立在变形体上能反映变形特征的位置。

(3)每次变形观测时,宜符合以下要求:采用相同的图形(观测路线)和观测方法,使用同一仪器和设备,固定的观测人员,在基本相同的环境和条件下工作。

(4)平面和高程监测网,应定期检测。建网初期,宜每半年检测一次;点位稳定后,检测周期可适当延长。当对变形成果发生怀疑时,应随时进行检核。

(5)每次观测前,对所使用的仪器和设备,应进行检验校正,作出详细记录。

(6)变形观测结束后,应根据工程需要整理上交变形值成果表、观测点布置图、变形量曲线图、有关荷载、温度、变形量相关曲线图以及变形分析报告等资料。

10.5.2 建筑物的沉降观测

为了掌握建筑物的沉降情况,及时发现对建筑物不利的下沉现象,以便采取措施,保证建筑物的安全使用,测定建(构)筑物上所设观测点的高程随时间而变化的工作称为沉降观测。如对高层建筑物、重要厂房的柱基及主要设备基础、连续性生产和受震动较大的设备基础、地下水位较高或大孔性土地基的建筑物等进行的沉降观测工作。

1)观测点的布置

沉降观测点应选在能够反映建(构)筑物变形特征和变形明显的部位;标志应稳固、明显、结构合理,不影响建(构)筑物的美观和使用;点位应避开障碍物,便于观测和长期保存。

建(构)筑物的沉降观测点,应按设计图纸埋设,并宜符合下列规定:

(1)建筑物四角或沿外墙每10~15 m处或每隔2~3根柱基上。

(2)裂缝或沉降缝或伸缩缝的两侧;新旧建筑物或高低建筑物以及纵横墙的交接处。

(3)人工地基和天然地基的接壤处;建筑物不同结构的分界处。

(4)烟囱、水塔和大型储藏罐等高耸构筑物的基础轴线的对称部位,每一构筑物不得少于4个点。

观测点的标志形式有墙上观测点、钢筋混凝土柱上的观测点和基础上的观测点,如图10-43所示。建筑物、构筑物的基础沉降观测点,应埋设于基础底板上。基坑回弹观测时,回弹观测点,宜沿基坑纵横轴线或在能反映回弹特征的其他位置上设置。回弹观测的标志,应埋入基底面下10~20 cm。其钻孔必须垂直,并设置保护管。地基土的分层沉降观测点,应选择在建(构)筑物的地基中心附近。观测标志的深度,最浅的应在基础底面50 cm以下,最深的应超过理论上的压缩层厚度。观测的标志,应由内管和保护管组成,内管顶部应设置半球状的立尺标志。

2)观测方法

(1)水准点的布设

图10-43 沉降观测点标志

沉降观测的基准点或工作基点也称为水准点,建筑物的沉降观测是依据水准点进行的,因此,要综合考虑水准点的稳定、观测的方便和精度要求合理布设水准点。

①为了相互校核并防止由于某个水准点的高程变动造成差错,一般至少埋设3个水准点。3个水准点之间最好安置一次仪器就可进行联测。

②水准点应埋设在建筑物、构筑物基础压力和震动等影响范围以外,埋设深度至少要在冰冻线及地下水位变化范围以下0.5 m。

③水准点离观测点的距离不应大于100 m,以便于观测与提高精度。

(2)观测时间

从基坑开挖时水准点的布设与观测,沉降观测应贯穿于整个施工过程中,至竣工后投入使用后的若干年,直到沉降现象停止为止。沉降观测间隔或周期的选择应满足下列要求:

①施工期间,建筑物沉降观测的周期,高层建筑每增加1~2层应观测1次;其他建筑的观测总次数,不应少于5次。竣工后的观测周期,可根据建筑物的稳定情况确定。

②建筑物、构筑物的基础沉降观测,在浇灌底板前和基础浇灌完毕后应至少各观测1次;回弹观测点的高程,宜在基坑开挖前、开挖后及浇灌基础之前,各测定1次。

③一般在增加较大荷重之后(如浇灌基础、回填土、安装柱和厂房屋架、砌筑砖墙、设备安装、设备运转、烟囱高度每增加15 m左右等)要进行沉降观测。

④施工中,如果中途停工时间较长,应在停工时和复工前进行观测。

⑤当基础附近地面荷重突然增加,或周围大量积水或暴雨及地震后,或周围大量挖方等特殊原因有可能导致建(构)筑物沉降变形的情况均应观测。

⑥竣工后要按沉降量的大小,定期进行观测。开始可隔1~2个月观测一次,以每次沉降量在5~10 mm以内为限度,否则要增加观测次数。以后,随着沉降量的减小,可逐渐延长观测周期,直至沉降稳定为止。

(3)观测方法与精度要求

沉降观测实质上是根据水准点用精密水准仪定期进行水准测量,测出建筑物上观测点的高程,从而计算其下沉量。

①水准点是测量观测点沉降量的高程控制点,应经常检测水准点高程有无变动。测定时一般应用S1级水准仪往返观测。

②观测应在成像清晰、稳定的时间内进行,同时应尽量在不转站的情况下测出各观测点的高程,以便保证精度。

③前、后视观测最好用同一根水准尺,水准尺离仪器的距离不应超过50 m,并用皮尺丈量,使之大致相等。测完观测点后,必须再次后视水准尺,先后两次后视读数之差不应超过精度要求。沉降观测的精度要求及对应的观测方法可参考表10-8。

表10-8 沉降观测的精度要求和观测方法

④沉降观测的各项记录,必须注明观测时的气象情况和荷载变化。

3)成果整理

每次观测结束后,应检查记录中的数据和计算是否准确,精度是否满足要求。根据水准点与观测点之间的观测高差,利用水准点的高程,推算观测点在各观测时间的高程,同时计算两次观测之间的下沉量和累计下沉量,填入沉降观测记录表中,同时注明观测日期和荷重情况,如表10-9所示。为了更加清楚地表示下沉量、荷重、时间三者之间的关系,预测沉降趋势以及判断沉降过程是否稳定,还应画出各观测点的下沉量(荷重)—时间关系曲线(图10-44)。

表10-9 沉降观测记录表

图10-44 下沉量(荷重)-时间关系曲线

沉降观测外业手簿中还需详细注明建(构)筑物施工情况。其主要内容包括:建筑物平面图及观测点布置图,基础的长度、宽度与高度;挖槽或钻孔后发现的地质土壤及地下水情况;建筑物观测点周围工程施工及环境变化的情况;建筑物观测点周围笨重材料及重型设备堆放的情况;施测时所引用的水准点号码、位置、高程及其有无变动的情况;地震、暴雨日期及积水的情况;如中间停止施工,还应将停工日期及停工期间现场情况加以说明。

沉降观测结束后,应根据工程需要,提交下列有关资料:沉降观测成果表、观测点位置图、下沉速率—时间曲线图、下沉量(荷重)—时间曲线图、相邻影响曲线图和变形分析报告等。

10.5.3 建(构)筑物的倾斜观测

当建(构)筑物受地基承载力不均匀、外力作用(如风荷载、剧震、地下水过量开采)以及建筑物本身质量分布不对称等因素影响,其基础和上部常表现为不均匀下沉即倾斜。用测量仪器观测建筑物的基础和上部结构倾斜方向、大小、速率的工作,称为建筑物的倾斜观测。

1)描述建(构)筑物倾斜的指标

描述建(构)筑物倾斜的指标包括建(构)筑物基础相对倾斜值、建(构)筑物主体的倾斜率和倾斜值。

(1)建(构)筑物基础相对倾斜值

基础相对倾斜值按公式(10-23)计算:

式中:ΔSAB——基础相对倾斜值;

   SA、SB——分别表示倾斜段两端点A、B的沉降观测量(m);

   L——A、B间的水平距离(m),如图10-45(a)所示。

(2)建(构)筑物主体的倾斜率和倾斜值

建(构)筑物主体的倾斜率以公式(10-24)表示:

式中:i——主体的倾斜率;

   ΔD——建(构)筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值(m);

   H——建(构)筑物的高度(m);

   α——主体的倾斜角(°),如图10-45(b)所示。

图10-45 建(构)筑物倾斜观测示意图

2)建(构)筑物的倾斜观测

建(构)筑物基础的相对倾斜是用精密水准仪定期观测基础两端沉降观测点A、B的下沉量SA、SB,利用公式(10-23)进行计算确定。而描述建筑物主体倾斜的指标主要有倾斜率i、倾斜角α以及建(构)筑物主体的偏移值ΔD,相应的观测方法有差异沉降量推算法、垂准仪法和经纬仪垂直投影法。

(1)差异沉降量推算法

该种方法用精密水准仪测定建筑两端的差异沉降量SA-SB,再根据A、B间的水平距离L和高度H用公式(10-25)计算建(构)筑物顶部观测点相对于底部观测点的偏移值ΔD(图10-45),即

(2)垂准仪法

该法适用于建筑物内部有垂直通道或建筑顶部有预留孔时,在顶部安置垂准仪,将预留孔中心投测到底部的接收靶上,根据顶部相同预留孔中心不同观测时间在接收靶位置的投测点之间的水平偏移量确定ΔD。

(3)经纬仪垂直投影法

此种方法应选择几个墙面进行。如图10-46所示,在墙面的墙顶作固定标志A,将经纬仪安置在离墙面距离大于墙高的地面点O处。瞄准A点后将望远镜放平,用正倒镜分中法在墙面上作标志B。过一段时间后,再用经纬仪瞄准同一点A,若建筑物主体沿该方向发生倾斜,向下投影得点B′,则建筑物主体沿该方向的偏移值ΔD1=|BB′|。若同时在另一侧面也观测得到偏移值ΔD2,则建筑物主体相对于底部的总偏移量为

图10-46 经纬仪垂直投影法

10.5.4 建(构)筑物的水平位移观测

建(构)筑物在水平面内的变形称为水平位移,表现为不同时期平面坐标或距离的变化。水平位移观测就是测定建(构)筑物在平面位置上随时间变化的移动量。

水平位移的测量,可采用测角前方交会法、边角交会法、导线测量法、极坐标法、经纬仪投点法、视准线法、正垂线或倒垂线法等,水平位移观测点的施测精度,应参考表10-7中相应等级及要求的规定执行。

1)前方交会法

交会角应在60°~120°之间,并宜采用三点交会。

2)极坐标法

边长应采用检定过的钢尺丈量或用电磁波测距仪测定,当采用钢尺丈量时,不宜超过一尺段,并应进行尺长、拉力、温度和高差等项修正。

3)视准线法

测定建筑物在特定方向上的位移量时,可在其垂直方向上设立一条基准线,并在建筑物上预先埋设观测点,定期测量该观测点偏离基准线的距离,以掌握该方向上建筑物的位移量随时间变化的规律,这种方法叫做视准线法。按照施测方法的不同,视准线法又包括引张线法、激光准直法和测小角法。

图10-47为测小角法的示意图,图中AB为基准线,在A点安置经纬仪,在B和P点上设立观测标志,测量水平角β。由于水平角β较小,根据AP之间的水平距离D,可用公式(10-27)推算P点在垂直于基准线方向上的偏离量δ。

图10-47 测小角法

式中,ρ″=206 265″。

本章小结

本章主要介绍了施工测量的基本工作、建筑施工测量、竣工测量以及变形测量。

施工测量的三项基本工作是设计长度的测设、设计水平角度的测设和设计高程的测设,设计平面点位、设计高程、设计坡度以及铅垂线的测设是上述基本工作的应用。

施工场地建立统一的平面和高程控制网在于保证各个建筑物、构筑物在平面和高程上都能符合设计要求,互相连成统一的整体,然后以此控制网为基础,测设出各个建筑物和构筑物的主要轴线。平面控制网的布设应根据总平面图设计和建筑场地的地形条件确定。对于丘陵地区常用三角测量方法建立控制网;对于地形平坦地区可采用导线网;对于面积较小的居住建筑区,常布置一条或几条建筑轴线组成简单的图形;而对于建筑物多,并且布局比较规则和密集的工业场地,由于建筑物一般为矩形而且多沿着两个互相垂直的方向布置,因此,为使建筑物定位放线工作方便并易于保证精度,控制网一般都采用格网形式,即通常所说的建筑方格网。在一般情况下,建筑方格网各点也同时作为高程控制点,在工业与民用建筑施工区域使用最多的为四等水准,甚至有些情况也可用普通水准测量。根据建筑场地上建筑轴线的主点或其他控制点进行建筑物定位,即把建筑物外的各轴线交点测设在地面上,并用木桩标志出来,然后再根据这些点进行细部放样。在一般民用建筑中,为了方便施工,还在基槽外一定距离处设龙门板。根据龙门板或轴线控制桩的轴线位置和基础宽度,并顾及基础挖深应放坡的尺寸,在地面上用白灰标出基础开挖线。根据施工的进程,再进行各项基础施工测量。工业厂房的施工测量应首先进行工业厂房控制网的测设,再进行厂房柱列轴线的测设和柱基施工测量及厂房结构安装测量。在各项放样过程中,要注意限差的要求。

在每一项单项工程完成后,必须由施工单位进行竣工测量,提供工程的竣工测量成果等编制竣工总平面图,以全面反映工程施工后的实际情况,作为运行和管理的资料及今后工程改建和扩建的依据。

在建(构)筑物的运营过程中,还必须长期进行变形观测。变形观测点的选择。变形观测的主要内容有:建筑物的沉降观测、建(构)筑物的倾斜观测和水平位移观测。变形观测的成果处理。

习题与思考题

1.测设与测图有什么区别?测设的基本工作有哪些?

2.点位的测设方法有几种?各适用于什么场合?

3.已知点M、N的坐标分别为:xM=500.89 m,yM=509.32 m;xN=685.35 m,yN=398.67 m。点A、B的设计坐标分别为xA=823.77 m,yA=466.24 m;xB=758.06 m,yB=469.29 m。试分别用极坐标法和角度交会法测设点A和B。

4.假设某建筑物室内地坪的高程为50.000 m,附近有一水准点BM.2,其高程H2=49.680 m。现要求把该建筑物地坪高程测设到木桩A上。测量时,在水准点BM.2和木桩A间安置水准仪,在BM.2上立水准尺,读数为1.506 m。求测设A桩所需的数据和测设步骤。

5.已知A点高程为126.85 m,AB间的水平距离为68 m,设计坡度i=+10‰,试述其测设过程。

6.测设铅垂线有哪几种方法?各适用于什么场合?

7.施工平面控制网有哪些形式?如何进行测设?

8.已知某厂房两个相对房角的坐标,放样时顾及基坑开挖范围,欲在厂房轴线以外6 m处设置矩形控制网,如图10-48所示,求厂房控制网四角点P、Q、R、S的坐标值。

图10-48

图10-49

9.如何测设建筑物轴线,龙门板的作用是什么,在施工工地有时标定了轴线桩,为什么还要测设控制桩?

10.如图10-49所示,在建筑方格网中拟建一建筑物,其外墙轴线与建筑方格网线平行,已知两相对房角设计坐标和方格网坐标,现按直角坐标放样,请计算测设数据,并说明测设步骤。

11.编绘竣工总平面图的目的是什么?

12.简述建筑物变形观测的意义及主要内容。

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