高层建筑物轴线投测与标高引测

9.6　高层建筑物轴线投测与标高引测

9.6.1　高层建筑施工测量的特点

由于高层建筑物层数多、高度高、体型巨大、结构复杂、平面与立面变化多样、设备和装修标准较高，与一般建筑工程相比，其施工测量的特点如下:

(1)由于建筑层数多、高度高，结构竖向偏差直接影响工程受力情况。因此，要求轴线竖向投测精度高，所用仪器和投测方法要与施工工艺、结构类型相适应。

(2)由于结构复杂，设备和装修标准较高，特别是钢结构，带有高速电梯等设备的建筑，要求测量定位精度达到毫米级。

(3)由于建筑平面、立面造型复杂多变，要求定位放线因时、因地适宜，灵活实用，并配备功能相适应的专用设备和必要的安全措施。

(4)由于工程规模大、工期长，为保障工程的整体性和局部施工的需要，在开工前需要测设足够精度的平面和高程控制网。由于基础开挖、地下工程施工，场地布置变化大，应采取妥善保护措施，使主要控制点在整个施工期间，能准确、牢固地保留到竣工，并移交给建设单位继续使用，这项工作是整个施工测量顺利进行的基础，也是施工测量中难度最大的工作。

(5)由于采取立体交叉作业，施工项目多，为保证各工序间的相互配合、衔接，施工定位需要与设计、施工等各方面密切配合，并要事先充分准备工作，制定切实可行的与施工同步的定位放线方案。

(6)为了保证工程质量，定位放线人员要严格遵守施工放线工作准则。为防止因定位放线的差错造成损失，必须在整个施工的各个阶段和各主要部位做好验线工作，改变事后验线的被动工作方式。

(7)高层建筑一般基础深，开挖面积大，自身荷载大，工期长，对周围环境影响大。因此必须进行相关项目的变形监测，以保证相邻设施及自身的安全。

9.6.2　高层建筑施工测量的精度

高层建筑在施工中对建筑各部位的水平位置、垂直度及轴线尺寸、标高等放线精度要求都十分严格。《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规范》(JGJ3—2002)中不同结构形式在施工中轴线与标高容许偏差值如表9.7所示。

表9.7　高层建筑施工容许偏差

对施工测量的精度也有严格要求。每层间竖向测量与标高测量偏差值范围均为±3mm，建筑物全高(H)测量偏差和竖向测量偏差不应超过3/10000，且应满足下列条件:①当30m＜H≤60m时，全高(H)测量偏差和竖向测量偏差范围为±10mm;②当60m＜H ≤90m时，全高(H)测量偏差和竖向测量偏差范围为±15mm;③当H＞90m时，全高(H)测量偏差和竖向测量偏差范围为±20mm。

为保证工程的整体与局部施工的精度，在进行施工测量前，必须制订出严谨合理的测量方案，建立牢固的测量控制点，严格检校仪器工具，健全检核措施，确保测设的精度。

高层建筑的定位、放线与多层建筑物基本相同。本单元着重介绍高层建筑物的轴线投测与标高传递。

9.6.3　轴线投测的概念

轴线投测就是把底层的轴线通过一定的测量方法引测到施工面上。高层建筑的轴线投测是选择若干条主要轴线的平行线(或称为轴线控制线，间距一般为0.5～1.0m)，组成一定的几何图形(如图9.44中的(a)、(b)、(c)、(d))，以便检核。各控制线交点称为轴线控制点，每层相邻控制点及各层相同控制点间应相互通视。把这些控制点投测到施工面上，由此放样出全部轴线。

图9.44中(a)为十字线，适用于面积较小的塔式建筑;(b)为双十字线，适用于条形建筑;(c)为正方形，适用于面积较大的方形建筑;(d)为三角形，适用于扇形建筑。

图9.44

由于施工场地、结构形式、施工方法等不同，轴线投测可采用外控法、内控法及三维坐标定位等。

9.6.4　轴线投测的方法

1.外控法

当施工场地比较宽阔时，可将经纬仪安置在建筑物的附近进行轴线(竖向)投测。

1)延长轴线投测

如图9.45(a)所示，在地面控制桩b'、、c'、上安置经纬仪，将中心线投测于施工面上得b_中、b_1中、c_中、c_1中。随着施工的进行，楼层不断增加，投测时仰角就会越来越大，投测精度随之降低，因此须将原控制桩引测到离建筑物较远的延长线上或附近已有建筑物的楼顶上，以减小仰角。如图9.45(b)所示，把控制桩c'引测到cc'延长线的c″。在c_1中上安置经纬仪，照准，正、倒镜取中点，将引测楼顶点，做标志固定点位，在上部楼层施工时，即可将经纬仪安置在新的控制桩c″和上，照准c、c1进行投测。同理，可引测b'、、b″、点。

图9.45

2)侧向借线法

(1)侧向平行借线法。如图9.46所示，建筑场地窄小，外廓轴线A无法延长，可将轴线向建筑物外侧平行移出d(d不超过2m)，得到A_W及A_E点。投测时，在A_W安置经纬仪照准A_E点，抬高望远镜照准横放在该端施工面上的木尺，指挥其左右移动，当视线读数为d时，在尺底端做一标志。同理，在A_E点安置经纬仪，照准A_W点，就可在该端施工面上得到另一标志，连接这两个标志，即为A轴。随着楼层的增加，可延长A_WA_E平行线到，以减小仰角。

图9.46

(2)侧向垂直借线法。如图9.47(a)所示，在施工面上已测设出A○轴线，而①轴北侧延长线上L_N点不能安置仪器，将仪器安置在施工面A○轴与①轴交点附近，如9.47(b)图中点。照准A_E，逆时针测设90°角，在L_N处定出点。在A○轴上根据L_N、的间距由定出A₁点。在A₁点上安置经纬仪检查A₁L_N与A₁A_E是否垂直，符合要求后，就可在施工面上定出①轴。

图9.47

3)挑直法

建筑物的轴线(控制线)虽然可以延长但不能在延长线上安置经纬仪，可采用挑直法投测轴线。

(1)距离挑直法。如图9.48所示，8_S、8_N为⑧轴延长到西、东两端墙上的轴线标志，无法安置经纬仪，投测⑧轴时，在施工面上安置仪器后视8_S，纵转望远镜可定出在上安置仪器，后视，纵转望远镜，在8_N处定出8_N'点，实量8_N间距，根据相似三角形相应边成正比例的原理，就可计算出和偏离轴线⑧的垂距，即

图9.48

由上述垂距即可在施工面上由和定出⑧轴线上的8_A上和8_H上。再将经纬仪依次安置在8_A上和8_H上点上，检查8_S、8_A上、8_H上和8_N各点是否在同一直线上。直到符合要求。

(2)角度挑直法。如图9.49所示，D_W及D_E为D轴延长线在西、东两侧墙上的标志，在施工面上D轴线附近上安置经纬仪，用测回法观测∠D_WDD_E。若该角为180°则就位于D轴上，否则，由其差值Δβ=180°－∠D_WDD_E，按公式d=×D_WD_M计算出改正值d，由此就可定出D_M点。同法检查D_W、D_M、D_E三点是否在同一直线上，直到满足要求。

图9.49

无论采用哪种方法投测，为保证精度要注意以下几点:

(1)轴线(控制线)的延长桩点要准确，标志明显，并妥善保护桩点。每次投测时，应尽量以底层轴线标志为准，以避免逐层上投误差的累积。

(2)投测前严格检校仪器，投测时精确调平照准部水准管，以减少竖直轴不铅垂的误差，每次按照正、倒镜投测取中点的方法进行。

2.内控法

在建筑物密集的地区，由于施工场地狭小，无法在建筑物附近延长轴线进行投测，多采用在建筑物底层测设室内轴线控制点。用垂准线原理将各控制点竖直投测到各层施工楼面上，作为该层轴线测设的依据，此法称为内控法或垂准线投测法。

室内轴线控制点(内控点)的布设，根据建筑平面的形状可采用图9.44中的(b)、(c)、(d)等形式，相邻控制点之间应互相通视。当基础施工完成后，由校测后的场地轴线控制桩，将室内轴线控制点测设到底层地面上，并埋设标志，作为向上投测轴线的依据。在各内控点的垂直方向上的每层楼板上预留约20cm×20cm的传递孔。为了防止传递孔掉石块、砂浆等，应有防护措施。依据投测仪器不同，可按下面三种方法投测。

1)吊垂球法

吊垂球法使用得当，既经济、简单，又直观、准确，如图9.50所示。但应注意以下问题:垂球的几何形体要规正，质量要适当(3～5kg)。吊线不得有扭曲，上端固定牢靠，中间没障碍、抗线。下端投测人视线必须垂直于结构面，并防止震动、风吹等。若用塑料套管套吊线，下端专用设备观测精度会更高，每隔3～5层，用大垂球由下直接向上放一次通线校测。投测时以底层轴线控制点为准，通过预留孔直接向各施工面投测轴线。每点应进行两次投测，两次投测偏差在±4mm范围之内时取平均位置做标志并固定，然后检查各点间的距离和角度，与底层相应数据比较，满足要求后，就可由此测设出其他轴线。

图9.50

2)天顶准直仪

利用能测设天顶方向的仪器，向上进行竖向投测。测设天顶方向的仪器有:配有90°弯管目镜的经纬仪、激光经纬仪、激光垂准仪、自动天顶准直仪等(见图9.51)。

图9.51

如图9.52所示为北京博飞仪器股份有限公司开发的DZJ3-L1型激光垂准仪。它利用半导体激光管向上、向下产生一条与望远镜视准轴重合的红色激光光束，在遇到靶标或物体时，有一可见的红色小光斑，方便观测。

该仪器参数:激光源635nm可见光，向上投测范围及精度100m±10″;向下投测范围及精度50m±30″。光斑最大Ф6mm，工作温度－20～+50℃。电源DC4.8～6V，连续工作时间约12h(2节5号电池)。重量2.8kg。

该仪器设有向上、向下观测的两个目镜，当无电源或外界干扰较大、光线较强时，可采用光学方法投测。配有水平度盘，使观测、校正更为方便。该仪器具有半导体激光器激光管寿命长、结构紧凑、稳定性设计、操作简单、使用方便、密封防尘等特点。

图9.52

仪器操作:

(1)安置仪器。将三脚架安置在底层投测点上如图9.53所示，高度适中，架头水平，把仪器安装在基座强制对中孔内，锁紧基础制动手轮，放在架头上，拧紧中心连接螺旋，调节脚螺旋使圆气泡居中。

图9.53

(2)整平。与经纬仪整平方法相同，调平水准管的气泡，最大偏移值不超过1/4格值为止。

(3)对中。打开向下投测激光开关，利用地面上的光斑对准测站点。采用光学对点时，先调节对点器目镜，使分划板清晰，再旋转对点器调焦手轮，使测站点清晰，在架头上滑动仪器，使测站点居于分划板的十字丝中央，将仪器照准部转动180°，再检查对中情况，然后拧紧中心连接螺旋。也可采用激光对点。

(4)投点。打开向上投测激光开关，物镜调焦，使光斑最小且清晰，在0°、90°、180°、270°四个方向上投点，不重合时取对角线交点。

采用光学投测时，分别调节望远镜目镜、物镜，使分划板十字丝与接收靶标分划板清晰，并消除视差。整平后，视准线可以作为垂准线，只需一次观测精度就足够了。但为了进一步提高垂准精度，可将照准部旋转180°，获得第二个观测值，取其中数(中点)就是正确的垂准位置。

投测时要注意安全，经常检校激光束。最好选择阴天无风的时候观测，以保证精度。

3)天底准直法

利用能测设天底方向的仪器，向下进行竖直投测。常用测设天底的仪器有:垂准经纬仪、自动天底准直仪、自动天顶—天底准直仪。

投测时是把仪器安置在施工面的传递孔上，用天底准直法，通过每层的传递孔，将底层轴线控制点引测到施工面。

无论采用哪种投测，都必须注意校测，可采用吊垂球或外方向经纬仪测角等。还必须注意因阳光照射、焊接等原因而使建筑物产生的变形。投测时摸索规律，采取措施，以减少影响。

9.6.5　高层建筑物的高程传递

1.水准仪配合钢尺法

高层建筑底层+0.50m的标高线由场地上的水准点来测设。其余各层的+0.05m线由底层标高线用钢尺沿结构外墙、边柱或楼梯间向上直接量取，即可把高程传递到施工面上。一般每层选择3处向上量取标高，以便检核及适应分段施工的需要。用水准仪检查各标高点是否在同一水平面上时，其误差范围为±3mm。再由各点测设出该层的+0.50m标高线。

2.全站仪法

对于超高层建筑，用钢尺测量有困难时，可以在投测点或电梯井安置全站仪，通过对天顶方向测距的方法进行高程传递，如图9.54所示。操作方法和过程如下:

(1)在投测点上安置全站仪，使望远镜视线水平(置竖盘读数为90°)，读取竖立在首层+0.50m标高线上水准尺上的读数为a₁。a₁即为全站仪横轴到+0.50m标高线的仪器高。

(2)将望远镜视线指向天顶(置竖盘读数为0°)，在需要测设高程的第i层楼投测洞口上，水平安放一块400mm×400mm×5mm、中间有一个Φ30mm圆孔的钢板。听从仪器观测员指挥，使圆孔中心对准望远镜视线，将测距反射片扣在圆孔上，进行测距为d_i。

(3)在第i层楼上安置水准仪，在钢板上立一水准尺并读取后视读数a_i，在欲测设+0.50m标高线处立另一根水准尺，设该尺读数为b_i，则第i层楼面的设计高程H_i为:

图9.54　高程传递

(4)由(9.11)式可解出应读前视b_i为:

(5)上下移动水准尺，使其读数为b_i，沿尺底在墙面上画线，即为第i层楼的+ 0.50m标高线。