塔樓、空中連廊施工過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)方案

1、第三十二節(jié) 塔樓、空中連廊施工過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)方案1. 概述景觀天橋長(zhǎng)度約300米，寬度約30米、距離地面約250米?？缭讲⒅斡谒荰2、T3S、T4S、T5的屋面，共設(shè)置26個(gè)隔震支座，其中T2、T5、T3S各6個(gè)支座，T4S設(shè)置8個(gè)支座。其主結(jié)構(gòu)采用空間交叉的鋼桁架結(jié)構(gòu)，屋面采用單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。景觀天橋桁架結(jié)構(gòu)主要分為三層，從上至下依次是主層結(jié)構(gòu)、機(jī)電夾層以及避難層。主體結(jié)構(gòu)的主桁架為3組東西向連續(xù)桁架跨越4個(gè)塔樓，截面形式為箱型，主要截面尺寸為100010006565、8008004545、6006003535、5008003045、3006001835等。垂直于主桁架方向，每4.5米安

2、裝一梯形次桁架連接3組主桁架，截面形式為箱型、H型和圓管，主要截面尺寸為8008005050、6002502530、H6003502530、36016、55018等。 由于景觀天橋的鋼架約重6000多噸，可能會(huì)對(duì)支撐此連廊的四棟塔樓產(chǎn)生沉降變形及傾斜，以及前期四棟塔樓的沉降不均勻也會(huì)影響天橋的安裝 ，因此前期我司將加大對(duì)四棟塔樓的監(jiān)測(cè)并且在安裝天橋的過(guò)程中也加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，由于T4S、T5塔樓之間的距離最少也有38米，故它的跨度大，鋼結(jié)構(gòu)桁架將會(huì)產(chǎn)生不容忽視的撓度變形。因此，在安裝過(guò)程中須及時(shí)監(jiān)測(cè)其撓度的變化情況，分析鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，以便及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)采取有效補(bǔ)救措施，避免事故的發(fā)生。

3、2. 監(jiān)測(cè)依據(jù)及內(nèi)容2.1 監(jiān)測(cè)的目的通過(guò)對(duì)塔樓和景觀天橋的監(jiān)測(cè)，保證空中連廊的安裝定位不受影響。2.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容2.2.1T4S、T5塔樓的監(jiān)測(cè)2.2.2景觀天橋的監(jiān)測(cè)3. T4S、T5塔樓監(jiān)測(cè)3.1 內(nèi)控法位移監(jiān)測(cè)在T4S、T5各棟塔樓二層平面內(nèi)設(shè)4個(gè)控制點(diǎn)，共安設(shè)4臺(tái)垂線坐標(biāo)儀，通過(guò)4點(diǎn)的平面內(nèi)位移分析，監(jiān)測(cè)樓層變形。 為了防止樓層的平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)，我司還用全站儀對(duì)塔樓進(jìn)行外控監(jiān)測(cè)（外立面監(jiān)測(cè)）T5控制點(diǎn)布置圖T4S控制點(diǎn)布置圖3.2 外立面設(shè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)主樓外圍的觀測(cè)點(diǎn)位置固定，以地面1F固定點(diǎn)為后視，分別觀測(cè)塔樓的5F、15F、25F、30F、35F、40F、45F、屋面層各點(diǎn)的平面坐標(biāo)。觀測(cè)

4、結(jié)果和采用垂線坐標(biāo)儀（內(nèi)控法）觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)比較應(yīng)一致。3.3 位移變形監(jiān)測(cè)3.3.1 垂線坐標(biāo)儀測(cè)量法樓層之間的相對(duì)平面和豎向變形采用垂線坐標(biāo)儀進(jìn)行測(cè)試。其工作原理如下圖：重錘使垂線垂直，當(dāng)上部樓層產(chǎn)生相對(duì)于下部樓層的變形時(shí)，垂線下端與垂線不直接接觸、固定不動(dòng)的CCD圖像傳感器即可測(cè)量出垂線的平動(dòng)變形值和豎向變形，比較方便的測(cè)量出樓層之間的相對(duì)變形值，計(jì)劃在1F、6F、12F、18F、24F、30F、36F、42F、屋面層設(shè)觀測(cè)點(diǎn)。各層相對(duì)變形的疊加可反應(yīng)建筑物整體宏觀變形。如下圖所示：由上圖可知，實(shí)際測(cè)出的是上下檢測(cè)層的相對(duì)變形，即豎向相對(duì)變形值（dz2-dz1）、相對(duì)平動(dòng)變形值（dx2-

5、dx1）、（dy2-dy1）；上下監(jiān)測(cè)層相對(duì)變形進(jìn)行疊加后，即可綜合反應(yīng)出建筑物的整體宏觀變形。采用激光垂準(zhǔn)儀提供垂直基準(zhǔn)線，如下圖所示：3.3.2 GPS+全站儀進(jìn)行垂直度監(jiān)測(cè)法（1）儀器位置的確定(儀器的精確坐標(biāo))使用GPS靜態(tài)觀測(cè)模式來(lái)建立主塔樓頂層的控制測(cè)量。每棟塔樓系統(tǒng)由4臺(tái)GPS天線或接收機(jī)固定安裝在建筑構(gòu)架的最高層。在每一個(gè)天線下面放置一個(gè)可傾斜的圓棱鏡（或360度棱鏡），另外一臺(tái)全站儀（TPS）放置在頂層能夠看到所有GPS點(diǎn)的位置上。GPS加上TPS組成了一套“測(cè)量系統(tǒng)”。GPS靜態(tài)模式時(shí)需要接受和記錄衛(wèi)星信號(hào)一小時(shí)左右。與此同時(shí)全站儀測(cè)量到安置在接收機(jī)天線下面的棱鏡的角度與距

6、離（后方交會(huì)）。然后全站儀測(cè)量用來(lái)控制結(jié)構(gòu)框架的施工點(diǎn)（設(shè)置在新的混凝土層上）。觀測(cè)完畢后數(shù)據(jù)導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)用來(lái)處理。使用徠卡測(cè)量辦公室（LGO）軟件來(lái)計(jì)算GPS天線位置。全站儀位置的計(jì)算根據(jù)最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。最后轉(zhuǎn)換接收機(jī)天線的WGS84坐標(biāo)，將全站儀的坐標(biāo)設(shè)置成重慶市獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，并基于此坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置所有參考控制點(diǎn)的坐標(biāo)。這些步驟將產(chǎn)生測(cè)量?jī)x器的坐標(biāo)和參考控制點(diǎn)的工程坐標(biāo)?；究刂泣c(diǎn)測(cè)站傾斜傳感使用觀測(cè)值（方向與距離）計(jì)算的坐標(biāo)可以保證內(nèi)部一致性，但是必須轉(zhuǎn)換到由GPS天線組成的參考框架定義的坐標(biāo)系內(nèi)。（2）測(cè)量建筑物垂直度(中心線偏離垂軸多少)核心筒測(cè)量使用NIVEL200雙軸精密傾斜儀

7、來(lái)精確確定主塔樓在垂軸方向的偏差。傾斜儀絕對(duì)測(cè)量范圍為0.2弧度。此角度測(cè)量值可以用來(lái)計(jì)算由于結(jié)構(gòu)的傾斜產(chǎn)生的平面在x和y方向上的傾斜值。在傾斜儀最初安裝的時(shí)候，它們需要根據(jù)基礎(chǔ)的位置在垂直方向上根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行校正。隨后可得到一系列在x和y方向的傾斜觀測(cè)值，傾斜觀測(cè)值將用于與其后的的觀測(cè)值比較來(lái)反應(yīng)主塔樓在垂軸上的角度偏差。傾斜傳感器將通過(guò)RS-485串行接口電纜連接到位于測(cè)量辦公室的運(yùn)行徠卡GeoMos軟件的專用計(jì)算機(jī)上。連續(xù)的、實(shí)時(shí)的測(cè)量每層結(jié)構(gòu)傾斜值都將記錄下來(lái)，傾斜值以x和y方向表示結(jié)構(gòu)在垂軸方向的偏差。平穩(wěn)數(shù)據(jù)的振幅最大值反映了結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。豎軸曲線的平均位移反映了結(jié)構(gòu)總體的位移。

8、相應(yīng)的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)將會(huì)用于此目的。在不同高度的不同的傾斜儀數(shù)據(jù)需進(jìn)行結(jié)構(gòu)傾斜的非線性改正。電子傾斜儀與計(jì)算機(jī)連接示意圖3.4 沉降監(jiān)測(cè)3.4.1 沉降觀測(cè)技術(shù)要求建筑變形測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)變形測(cè)量等級(jí)沉降觀測(cè)位移觀測(cè)適用范圍觀測(cè)點(diǎn)測(cè)站高差中誤差（mm）觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)高差中誤差（mm）一級(jí)0.151.0高精度要求的大型建筑物和科研項(xiàng)目變形觀測(cè)二級(jí)0.503.0中等精度要求的建筑物和科研項(xiàng)目變形觀測(cè)；重要建筑物主體傾斜觀測(cè)、場(chǎng)地滑坡觀測(cè)三級(jí)1.510.0低精度要求的建筑物變形觀測(cè)；一般建筑物主體傾斜觀測(cè)、場(chǎng)地滑坡觀測(cè)3.4.2 沉降觀測(cè)設(shè)計(jì) （1）沉降觀測(cè)的方法和頻率根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在被觀測(cè)建筑物外墻

9、上選擇堅(jiān)固穩(wěn)定的地方，根據(jù)設(shè)計(jì)的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，與離建筑物5倍基坑深度遠(yuǎn)處便于觀測(cè)且堅(jiān)固穩(wěn)定的點(diǎn)組成閉合水準(zhǔn)路線，以確保觀測(cè)結(jié)果的精確度。第一次觀測(cè)應(yīng)在觀測(cè)點(diǎn)安設(shè)穩(wěn)定后及時(shí)進(jìn)行，并和假定的兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成閉合水準(zhǔn)路線，每次測(cè)量均做往返測(cè)量。以后隨結(jié)構(gòu)升高將臨時(shí)觀測(cè)點(diǎn)上移并進(jìn)行觀測(cè)，直到0.000時(shí)，再按規(guī)定埋設(shè)永久性觀測(cè)點(diǎn)。然后每施工一層，復(fù)測(cè)一次，結(jié)構(gòu)封頂后每月觀測(cè)一次，竣工后每季度觀測(cè)一次；竣工一年后每半年一次，直至沉降穩(wěn)定為止。(2)基準(zhǔn)點(diǎn)的選擇與布設(shè)要達(dá)到沉降觀測(cè)點(diǎn)的沉降變化情況，必須要有一些固定（相對(duì)的固定）的點(diǎn)子作為基準(zhǔn)，根據(jù)它們來(lái)進(jìn)行測(cè)量，以求得所需要的變化值?；鶞?zhǔn)

10、點(diǎn)的選擇與控制網(wǎng)的布設(shè)，應(yīng)該全面的考慮、合理的解決作為變形觀測(cè)依據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)問(wèn)題。在選定的位置用長(zhǎng)約1米的鋼筋深埋，并固定保護(hù)。為了檢查水準(zhǔn)基點(diǎn)本身的高程是否變動(dòng)，可將其成組的埋設(shè)，通常每組三點(diǎn)，并形成一個(gè)等邊三角形，如下圖所示：在三角形的中心，與三點(diǎn)等距的地方設(shè)置固定測(cè)站，由此測(cè)站上可以經(jīng)常觀測(cè)三點(diǎn)間的高差，這樣便可判斷出水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程有無(wú)變化。(3)沉降觀測(cè)點(diǎn)的布置根據(jù)規(guī)范要求，沉降觀測(cè)點(diǎn)一般布置在建筑物的四角、大轉(zhuǎn)角處及沿外墻每10-15m處或每隔2-3根柱基上。本建筑塔樓沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在相應(yīng)的柱子上。“T5”、“T4S”塔樓核心筒觀測(cè)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)、外型鋼-混凝土柱觀測(cè)點(diǎn)數(shù)為4個(gè)進(jìn)行布

11、置，該塔樓施工到0.00m層時(shí)，將主樓的沉降觀測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到首層柱子對(duì)應(yīng)位置。如下圖所示：T5 塔樓沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖T4S 塔樓沉降觀測(cè)點(diǎn)布置圖(4)沉降觀測(cè)點(diǎn)的做法沉降觀測(cè)點(diǎn)做法示意圖(5)沉降觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)在基礎(chǔ)底板完成之后開(kāi)始進(jìn)行觀測(cè)，以基坑壁引測(cè)的高程控制點(diǎn)為依據(jù)對(duì)各沉降觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。第一次連續(xù)觀測(cè)兩次取平均值作為其實(shí)測(cè)高程，地下室施工過(guò)程中每完成一層觀測(cè)一次，且不得超過(guò)一個(gè)月；在暫時(shí)停工期間20天觀測(cè)一次：如遇特殊情況，則根據(jù)情況即使增加觀測(cè)次數(shù)：若發(fā)現(xiàn)沉降有異常，根據(jù)情況每日進(jìn)行觀測(cè)。直至沉降穩(wěn)定為止。沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：平均每天沉降量小于或等于0.01mm。4. 景觀天橋的監(jiān)測(cè)4.1 基準(zhǔn)

12、控制網(wǎng)布設(shè)空中連廊桁架撓度變形觀測(cè)的主要基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能布設(shè)于穩(wěn)定、相互通視且便于觀測(cè)之處。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況我司將4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在T4S屋面上，編號(hào)為JZ1-JZ4。但是,若T4S發(fā)生不均勻沉降,基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)于變形點(diǎn)的高差將發(fā)生變化。因此,在每次撓度變形觀測(cè)前,先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)使用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行精度復(fù)核,以便利用這些基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確測(cè)得各變形點(diǎn)撓度的變形值?；鶞?zhǔn)點(diǎn)采用直徑約1 cm ,長(zhǎng)約5 cm 的不銹鋼條且頂部刻有十字,埋設(shè)與我們混凝土中,以確保其穩(wěn)固。基準(zhǔn)點(diǎn)布置如下圖：基準(zhǔn)點(diǎn)布置圖4.2 撓度觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)4.2.1 觀測(cè)點(diǎn)的布置根據(jù)連廊的特點(diǎn)，在連廊主體桁架上布置21個(gè)控制點(diǎn)，即T2、T3S、T4S

13、、T5每棟塔樓上各布三個(gè)點(diǎn)，T2T3S、T3ST4S、T4ST5塔樓之間各設(shè)置3個(gè)控制點(diǎn)。如圖1所示：圖1 觀測(cè)點(diǎn)布置圖4.2.2 觀測(cè)點(diǎn)的制作變形觀測(cè)點(diǎn)采用自制邊長(zhǎng)為14.1cm 的正方形鋼板,沿對(duì)角線兩邊噴黑與白的油漆,使黑白分界線垂直地面焊接在桁架上,讓每邊的三角形頂點(diǎn)( a 、b、c) 在上下方向的垂直距離為10 cm(見(jiàn)圖2) 。圖2 變形觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)志圖4.3 測(cè)量方法 采用測(cè)量視線與水平視線間的高差的方法4.3.1 測(cè)量精度要求 根據(jù)建筑物變形測(cè)量規(guī)范中要求變形點(diǎn)單程高差觀測(cè)中誤差mh = 17 mm。4.3.2 基準(zhǔn)控制網(wǎng)測(cè)量 每次撓度變形觀測(cè)前,先對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行GPS測(cè)量,再進(jìn)行撓

14、度變形觀測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)。測(cè)量步驟如下： （1）A、B兩點(diǎn)為地面固定的首級(jí)控制點(diǎn)，已知其三維坐標(biāo)值。 （2）C點(diǎn)（四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)）為屋面的被測(cè)量點(diǎn)。 （3）為提高觀測(cè)精度，每次使用三套GPS衛(wèi)星定位儀，分別架設(shè)在A、B、C點(diǎn)。 （4）根據(jù)觀測(cè)采集到的數(shù)據(jù)，用計(jì)算機(jī)解算出C點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。 （5）C點(diǎn)設(shè)計(jì)三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)值比較，得到C點(diǎn)定位偏差。 （6）根據(jù)GPS的測(cè)量偏差，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)高差進(jìn)行改正。4.3.3 撓度變形觀測(cè)的方法 首次觀測(cè)時(shí),在基準(zhǔn)點(diǎn)上用全站儀的免棱鏡功能測(cè)定每一變形觀測(cè)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差和水平距離,經(jīng)平差解算出各觀測(cè)點(diǎn)的高程和相對(duì)于各基準(zhǔn)點(diǎn)的水平距離,作為以后每次變形觀測(cè)比較的依據(jù)

15、,以后要定期進(jìn)行檢測(cè)。觀測(cè)時(shí)進(jìn)行兩次連續(xù)觀測(cè),互差小于限差時(shí)取其平均值作為最后結(jié)果。圖3 撓度變形觀測(cè)方法示意圖撓度變形觀測(cè)時(shí),在一基準(zhǔn)點(diǎn)上安置全站儀,精確對(duì)中,嚴(yán)格整平,在另一基準(zhǔn)點(diǎn)上安置帶有對(duì)中桿的三腳架和反射棱鏡,精確對(duì)中和整平。首先觀測(cè)測(cè)站點(diǎn)(基準(zhǔn)點(diǎn)) 到鏡站點(diǎn)i (基準(zhǔn)點(diǎn)) 的斜距Si 及豎直角i(見(jiàn)圖3) ,可按(1) 式計(jì)算出鏡站水平視線相對(duì)于鏡站點(diǎn)地面標(biāo)志的高差。 hi = Di tani + (1 - K) D2iP(2 R) + b (1) （1）式中i 為視線i 與水平線之間的豎直角, b 為反射鏡高, K 為大氣折光系數(shù), R 為地球的平均曲率半徑,Di 為測(cè)站、鏡站兩

16、點(diǎn)間的水平距離, Di = Si cosi ,然后,在測(cè)站(基準(zhǔn)點(diǎn))上觀測(cè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)j 的豎直角,測(cè)定其相對(duì)于水平視線的豎直角j (如圖3 所示) 。由于其相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)的水平距離Dj 已知,則可計(jì)算出變形點(diǎn)j 相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)水平視線的高差為 hj = Dj tanj + (1 - K) D2jP(2 R) (2) （2） 式中j 為測(cè)站點(diǎn)到變形點(diǎn)j 的視線與水平線之間的豎直角,其他符號(hào)與(1) 式含 義相同。此時(shí),變形點(diǎn)相對(duì)于鏡站點(diǎn)的高差為hij = hj - hi =Dj tanj - Di tani +(1 - K) ( D2j - D2i )P(2 R) + b (3) 觀測(cè)時(shí),在每個(gè)測(cè)站

17、分別觀測(cè)每個(gè)變形標(biāo)志(如j) 三角形三個(gè)頂點(diǎn)的豎直角,計(jì)算三角形標(biāo)志三個(gè)頂點(diǎn)( a 、b、c) 相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)水平視線的高差hja 、hjb 、hjc和這三個(gè)高差的兩兩之差(垂直距離之差) , 即hja - hjb和hjb - hjc ,計(jì)算出的目標(biāo)標(biāo)志3 個(gè)三角形頂點(diǎn)之間實(shí)際垂直距離與理論值之差,若 1 mm(理論值事先測(cè)定出來(lái)) ,取其平均值hj = (hja +hjb +hjc )/3 作為觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于測(cè)站點(diǎn)水平視線的高差。為了保證監(jiān)測(cè)精度,對(duì)每一個(gè)變形點(diǎn)都要在兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè),以便進(jìn)行檢核,在兩側(cè)站上測(cè)得同一點(diǎn)的高程差互差 1.4 mm 時(shí),取均值為最后結(jié)果。對(duì)于撓度變形觀測(cè)來(lái)說(shuō),由

18、于觀測(cè)目標(biāo)固定,反射鏡鏡高固定,測(cè)站固定,目標(biāo)的撓度變形是上下垂直位移,所以測(cè)站至目標(biāo)的水平距離是不變的。每次觀測(cè)時(shí)水平距離的變化主要是儀器對(duì)中誤差的影響。大氣折光對(duì)觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量高差值的影響,在變形量比較時(shí)可以互相抵消。因此,在進(jìn)行變形量比較的每次測(cè)量高差計(jì)算時(shí), (3) 式的后兩項(xiàng)可以不參加計(jì)算,即hij = hj - hi = Dj tanj - Di tani (4)而某次觀測(cè)點(diǎn)j 的高程為hj = hi +hij (5)其撓度變形量為Hj (變形量) = hj (初次) - hj (本次) (6)4.4 精度分析變形點(diǎn)j 與鏡站點(diǎn)i (基準(zhǔn)點(diǎn)) 高差計(jì)算公式:hij = hj - hi =Sj sinj - Si sini + b +(1 - K) ( D2j - D2i )P(2 R)對(duì)其進(jìn)行全微分得dhij = sinj + Sj cos2j (1 - K)PR d Sj + - sini - Si