免棱鏡全站儀在傾斜測量中可靠性探討

于海濤

(淄博市勘察測繪研究院，山東淄博 250000)

免棱鏡全站儀在傾斜測量中可靠性探討

于海濤?

(淄博市勘察測繪研究院，山東淄博 250000)

探討了免棱鏡全站儀進行高層建筑物傾斜測量的方法。通過與傳統的傾斜測量方法對比及用沉降觀測的數據計算大樓的傾斜率去印證說明免棱鏡全站儀傾斜測量數據準確可靠。其測量方法無論在精度上和實際應用中都切實可行。

面棱鏡全站儀；傾斜測量；沉降觀測；偏移量

建筑物在施工或使用過程中，因各種原因常常發生幾何變形。其變形值在允許范圍內，則是正常和安全的；若大于允許的限度，則會影響建筑物的安全施工和正常使用。在竣工驗收中要求也很嚴格。因此，高層建筑物在施工和使用過程中必須對其進行變形觀測。變形觀測包括:沉降、傾斜、位移等測量。其中傾斜測量是建筑物變形的主要內容之一。它是測定建筑物的頂部相對于底部的偏移量，包括傾斜的方向、大小等。在測定建筑物傾斜度的方法中最簡單的方法是懸吊垂球法或經緯儀懸投法，根據其偏差值直接確定建筑物的傾斜度。但是實際工作中，由于建筑物樓頂無防護裝置，人根本不敢靠近樓頂角，也有的大樓基坑未填埋也無法靠近。都造成傳統的傾斜測量方法很受局限，無法滿足現在越來越復雜的測量要求。

前段時間有一高層住宅的負責人找我們反映電梯廂懸吊垂直下落時擦碰井壁，可能是大樓傾斜了，委托我們對該樓進行傾斜測量。通過現場實地查看、施工圖紙研究，該大樓為18層55 m高，長方體型，有4條房角從散水一直到樓頂女兒墻。理論上這4條房角是垂直于大地水準面的，否則該大樓是傾斜的。為了測定每條房角的傾斜方向和傾斜距離，決定使用NTS－362R型免棱鏡全站儀，測定樓頂4個角的坐標和樓底4個角的坐標。具體作法如下:

首先在該大樓北側離大樓100 m左右的地方選一控制點，架設儀器，如圖1所示。

然后假設測站點坐標(225.00，225.00)。在照準大樓頂角時要十字絲稍微向下幾厘米，照準大樓底角時十字絲要稍微向上幾厘米。測完北墻4個角點A、A′、B、B′坐標后。再通過樓大廳的門口前窗戶直接放控制點到南墻以南100 m左右的地方。把儀器架到這個點定完向后，重復上面的步驟測出南墻面4個角點C、C′、D、D′坐標，坐標成果如表1所示。

圖1 測量示意圖

表1

把此8個坐標展繪到CAD軟件繪圖平臺上，連接AA′、BB′、CC′、DD′，發現這四條線段AA′、BB′、CC′、DD′相互平行，且長度大體相等。說明該大樓在垂直建筑物北墻的方向上整體向北傾斜，大約0.06 m。如果這4條線段不平行，說明該樓在其他方向上還有傾斜。如果不相等說明這四條房角傾斜率也不一樣。這樣就比較麻煩了，說明該樓整體性不是很好，建筑質量很一般。

根據A(125.000，200.000)A′(125.070，199.992)得:

A′對于A的偏移量:

AA′的高度:D＝ZA′－ZA＝55.04 m

傾斜度:i＝d/D＝0.13%

根據B(126.946，259.968)B′(127.016，259.961)得:

B′對于B的偏移量:

BB′的高度:D＝ZB′－ZB＝55.06 m

傾斜度:i＝d/D＝0.13%

根據C(111.954，260.455)C′(112.017，260.461)得:

C′對于C的偏移量:

CC′的高度:D＝ZC′－ZC＝55.08 m

傾斜度:i＝d/D＝0.11%

根據D(110.008，200.487)D′(110.063，200.489)得:

D′對于D的偏移量:

DD′的高度:D＝ZD′－ZD＝54.96 m

傾斜度:i＝d/D＝0.10%

根據中華人民共和國國標《建筑地基基礎設計規范》GB50007－2002第5.3.4條，對多層和高層建筑的整體傾斜率規定如表2所示。

表2

受檢建筑物結構高度均約55.0 m，故對該建筑物傾斜安全性的判斷應滿足“24＜Hg≤60”，建筑物整體傾斜率不大于0.003”的規定，由上面分析數據可以看出該建筑物整體傾斜率為:0.0012 m。此值遠小于規范允許值(0.003)要求，由此表明受檢建筑物主體傾斜滿足現行規范要求。

于是我們與大樓建設單位、施工單位交流討論時得知，該樓北邊原設計沒有大型停車場，是大樓建成后加建的。全部用混凝土澆筑共3層，與該樓基礎緊密相接，無伸縮縫。車庫混凝土膨脹時對樓基礎產生向南的推力，使樓頂向北方向傾斜。于是與建設、設計、施工單位認識到雖然大樓傾斜滿足國家建筑傾斜規定，但是大樓會不會持續向北傾斜我們都沒把握。所以決定對大樓傾斜進行調整。首先把車庫與大樓基礎隔離開，通過定期的傾斜測量和沉降觀測來監測大樓是否能夠自行調正。

通過5次歷時3個月的傾斜測量發現，該樓傾斜量不斷變小結果如表3所示。

表3

為了檢驗NTS－362R面棱鏡全站儀測點坐標精度我們同時進行了沉降觀測，使用蔡司NI004精密水準儀，因瓦合金精密水準尺。傾斜觀測同步進行了5次沉降觀測結果如表4所示。

沉降觀測結果表 表4

由觀測數據可知該樓北墻A、B兩沉降觀測點高程上升，南墻C、D兩沉降觀測點高程下降。根據公式:△i＝△h/b(其中△h表示兩次沉降量的差值，b表示該大樓的寬度)

第二次沉降觀測相對于第一次沉降觀測結果變化的傾斜率為:△i＝△h/b＝0.006/15＝0.04%

第三次沉降觀測相對于第二次沉降觀測結果變化的傾斜率為:△i＝△h/b＝0.004/15＝0.03%

第四次沉降觀測相對于第三次沉降觀測結果變化的傾斜率為:△i＝△h/b＝0.003/15＝0.02%

由此可見每次沉降觀測所得該樓的傾斜度變化量與全站儀傾斜測量所得傾斜度變化量是一致的，也證明了免棱鏡全站儀在傾斜測量中的可靠性。普通全站儀傾斜測量的精度、成果的可靠程度，取決于大樓測量點的選擇和棱鏡的放置方法。由于棱鏡可以平臥在房間角也可以側放、斜放在房角，放置位置很多對測量坐標數據的影響很大，幾乎掩蓋了大樓房角傾斜量的數值。現在使用免棱鏡全站儀，就不用考慮棱鏡放置位置的影響。直接照準房角上一點就可以測出任意高度的坐標值。像有的無法爬上的樓頂、無法接近的樓底角用免棱鏡全站儀就很方便了。同時進行的沉降觀測成果也佐證了傾斜測量的準確性。當車庫與大樓基礎斷開后，北邊一側所設的沉降觀測點A、B上升，南邊所設沉降觀測點下沉。根據每次每個點沉降量及相互間幾何關系推算出的大樓傾斜角度與傾斜測量的角度很接近，相差最大的也就0.003°。這也證明了免棱鏡全站儀測量樓角坐標分析計算建筑物傾斜的方法是可靠的。免棱鏡測量技術為測量一些人員無法達到建筑物頂部或接近建筑物底部的傾斜測量工作提供了必要條件。比傳統方法不但提高了效率，精度也大大提高。再加上CAD三維立體模型技術更能夠準確直觀的描繪出建筑物傾斜的方向，傾斜率。

[1] 顧孝烈，鮑峰，程效軍.測量學[M].上海:同濟大學出版社，1999

[2] 付新啟，張國輝.建筑物傾斜觀測的通用方法[J].測繪通報，2004(4)

[3] GB50007－2002.建筑地基基礎設計規范[S].

[4] JGJ/T8－97.建筑變形測量規程[S].

Prism Total Station in the Tilt Measurement Reliability

Yu HaiTao
(Survey Institute of Surveying and Mapping，Zibo 250000，China)

The Prism Total Station for high－rise buildings tilt measurement.Tilt measurement with the traditional method of comparing and calculating with the settlement observation data rate of the building to tilt as illustrated Prism Total Station slope measurements are accurate and reliable.Measurement methods in terms of accuracy and practical application of all feasible.

Face Prism；tilt measurement；settlement observation；offset

1672－8262(2011)01－140－02

P258

B

2010—04—07

于海濤(1978—)，男，助理工程師，主要從事高層建筑變形觀測，地基沉降處理等工作。