基于全站儀反射片技術(shù)的高層建筑物傾斜測(cè)量方法探討

1、基于全站儀反射片技術(shù)的高層建筑物傾斜測(cè)量方法探討摘要：鑒于高層建筑物主體直接傾斜變形難以測(cè)量的問(wèn)題，提出基于全站儀反射片技術(shù)的高程建筑物傾斜測(cè)量方法，給出該方法的基本原理，并對(duì)其精度進(jìn)行研究評(píng)定，通過(guò)工程實(shí)例探討了本方法的可行性，同時(shí)分析了高層建筑物主體傾斜產(chǎn)生的原因并給出簡(jiǎn)明的治理辦法。研究結(jié)果顯示該方法在保證測(cè)量精度的同時(shí)，能夠很好的完成高層建筑物主體傾斜監(jiān)測(cè)工作，同時(shí)最大程度的解決建筑場(chǎng)地狹小無(wú)法完成正交垂直投點(diǎn)標(biāo)定法傾斜測(cè)量的問(wèn)題。關(guān)鍵詞: 傾斜觀(guān)測(cè);全站儀反射片;精度評(píng)定隨著城市化進(jìn)程的加速，城市中高層建筑物的數(shù)量越來(lái)越多，建筑物主體傾斜測(cè)量作為建筑物變形監(jiān)測(cè)的一部分，其重要性也越來(lái)

2、越明顯。規(guī)范中規(guī)定在建筑物外部進(jìn)行建筑物主體傾斜測(cè)量，測(cè)站點(diǎn)距建筑物主體應(yīng)在1.5-2倍建筑物高的范圍內(nèi)，但對(duì)高層建筑物進(jìn)行傾斜觀(guān)測(cè)時(shí)其施工場(chǎng)地一般受限嚴(yán)重，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀正交垂直投點(diǎn)標(biāo)定法已很難順利實(shí)施，而使用免棱鏡全站儀進(jìn)行建筑物傾斜監(jiān)測(cè)的方法也存在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位難以確定等問(wèn)題，難以保證測(cè)量精度。鑒于以上問(wèn)題，筆者提出基于全站儀反射片技術(shù)的高層建筑物傾斜測(cè)量方法，對(duì)高層建筑物傾斜測(cè)量的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究。1 基本原理基于全站儀反射片技術(shù)的高層建筑物傾斜測(cè)量是在被測(cè)建筑物所在工業(yè)場(chǎng)地上建立獨(dú)立坐標(biāo)系, 使用全站儀反射片（圖1）在建筑物待測(cè)面上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)高精度全站儀直接觀(guān)測(cè)建筑物上傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐

3、標(biāo)，獲取建筑物主體或各層間監(jiān)測(cè)點(diǎn)的x方向和y方向的傾斜位移值 ， ，繼而計(jì)算總體傾斜位移 ，再根據(jù)公式（1）2即可計(jì)算出建筑物的總體傾斜度，x方向傾斜度和y方向傾斜度。（1）式中H為監(jiān)測(cè)點(diǎn)間高差。整個(gè)測(cè)量操作方法如下：（1）施工場(chǎng)地獨(dú)立坐標(biāo)系的建立及傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在被監(jiān)測(cè)建筑物工業(yè)場(chǎng)地建立獨(dú)立坐標(biāo)系，選擇合適的測(cè)站點(diǎn)O和定向點(diǎn)A，使測(cè)站點(diǎn)O和定向點(diǎn)A連線(xiàn)盡量與被監(jiān)測(cè)建筑物的一邊平行，將測(cè)站點(diǎn)O作為獨(dú)立坐標(biāo)系原點(diǎn)，定向點(diǎn)A與測(cè)站點(diǎn)O連線(xiàn)為獨(dú)立坐標(biāo)系X軸，水平正交方向?yàn)閅軸。使被監(jiān)測(cè)建筑物落于獨(dú)立坐標(biāo)系第一象限，使用全站儀反射片在建筑物擬監(jiān)測(cè)墻面的上、下四個(gè)角點(diǎn)分別布設(shè)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、3、4，詳

4、細(xì)位置見(jiàn)示意圖 2。（2）監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理在測(cè)站點(diǎn)O架設(shè)高精度全站儀，輸入O點(diǎn)坐標(biāo)（0, 0, 0），后視A點(diǎn)定向，輸入A點(diǎn)坐標(biāo)（XA, 0, 0），在已建的獨(dú)立坐標(biāo)系下測(cè)定建筑物上傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)（X1,Y1, Z1）、（X2,Y2, Z2）、（X3,Y3, Z3）、（X4,Y4, Z4）。 為點(diǎn)4相對(duì)點(diǎn)1在垂直墻面方向的位移， 為正，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1向獨(dú)立坐標(biāo)系X軸負(fù)方向移動(dòng)， 為負(fù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1向獨(dú)立坐標(biāo)系X軸正方向移動(dòng)，最終傾斜方向可視建筑物整體方位對(duì)其進(jìn)行表述； 得出后，進(jìn)而計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1垂直墻面方向的傾斜值為： 圖1 全站儀反射片 圖2 傾斜監(jiān)測(cè)獨(dú)立坐標(biāo)系及

5、建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)示意圖 為點(diǎn)4相對(duì)于點(diǎn)1在平行墻面方向的位移， 為正，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1向獨(dú)立坐標(biāo)系Y軸負(fù)方向移動(dòng)， 為負(fù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)1向獨(dú)立坐標(biāo)系Y軸正方向移動(dòng)，最終傾斜方向可視建筑物整體方位對(duì)其進(jìn)行表述； 得出后，進(jìn)一步計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1平行于墻面方向的傾斜值為： 則監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1的總體傾斜值為： 則監(jiān)測(cè)點(diǎn)4相對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)1在垂直、平行墻體方向和建筑物整體的傾斜度分別為： 、 、 相應(yīng)的建筑物頂部監(jiān)測(cè)點(diǎn)3相對(duì)于底部監(jiān)測(cè)點(diǎn)2的相對(duì)傾斜值和傾斜度同樣按以上方法計(jì)算,計(jì)算過(guò)程略。2精度評(píng)定根據(jù)極坐標(biāo)公式1 （2） （3）假設(shè)測(cè)站點(diǎn)和定向點(diǎn)無(wú)誤差，按誤差傳播定律計(jì)算可得：（

6、4）（5）以上各式中X0、Y0 為測(cè)站平面坐標(biāo)（0,0），S為觀(guān)測(cè)邊長(zhǎng)(斜距)， 為垂直角， 為方向角，則計(jì)算可得監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直和平行墻面方向中誤差為：（6） （7） 監(jiān)測(cè)點(diǎn)總位移中誤差： （8） 由于同一儀器的測(cè)角誤差相同，即 ，則（8）式可化為： （9）分析各中誤差推導(dǎo)式（6）（7）（9），由于各式分母中 的存在，且由于施工場(chǎng)地限制觀(guān)測(cè)邊長(zhǎng)S一般較短（大部分小于200米），因此式（6）中 主要受 變化的影響，式（7）中 主要受 影響，式（9）中 主要受 影響。因此，在測(cè)量過(guò)程中重點(diǎn)保證測(cè)距中誤差即可保證測(cè)量結(jié)果的精度；同時(shí)可見(jiàn)垂直角 越大， 越小，相應(yīng)的精度就越高。由以上分析可知，規(guī)范2中規(guī)定

7、的測(cè)站點(diǎn)距被測(cè)建筑物1.5-2倍建筑物高的規(guī)定是為了傾斜觀(guān)測(cè)操作的方便，同時(shí)也是為了避免受現(xiàn)場(chǎng)施工的影響考慮的，與傾斜觀(guān)測(cè)精度無(wú)關(guān)。因此在實(shí)際高層建筑物傾斜監(jiān)測(cè)過(guò)程中，應(yīng)在保證測(cè)量作業(yè)安全且不受現(xiàn)場(chǎng)施工影響的情況下，盡量縮短測(cè)站點(diǎn)與被測(cè)建筑物間距離，以獲得更高的監(jiān)測(cè)精度。以現(xiàn)有測(cè)角精度1，測(cè)距精度2+2ppm的高精度拓普康全站儀進(jìn)行評(píng)定，在大部分施工場(chǎng)地條件下，一般高層建筑物在100米以?xún)?nèi)，為保證精度取 角盡量大，則按規(guī)范測(cè)站點(diǎn)到建筑物最大距離為150米，相應(yīng)觀(guān)測(cè)邊長(zhǎng)最大按180米考慮，綜合計(jì)算現(xiàn)有儀器的最大點(diǎn)位中誤差為： 2.15mm以上點(diǎn)位中誤差精度可以滿(mǎn)足建筑物變形測(cè)量規(guī)范JGJ 820

8、072中對(duì)重要建筑物主體傾斜觀(guān)測(cè)點(diǎn)中誤差小于3mm的要求，精度可靠。3 工程實(shí)例我市某小區(qū)6#樓高21層，已封頂，由于其東南側(cè)開(kāi)挖一大型基坑，樓體沉降監(jiān)測(cè)過(guò)程中顯示整個(gè)樓體略向北側(cè)傾斜，現(xiàn)根據(jù)施工方要求需對(duì)樓體傾斜度進(jìn)行測(cè)量。在樓體東側(cè)施工影響范圍外建立測(cè)站點(diǎn)O，在該樓東南部附近院落一舊樓頂部選擇定向點(diǎn)A，使OA連線(xiàn)盡量平行于4#樓南墻，建立獨(dú)立坐標(biāo)系，設(shè)O點(diǎn)坐標(biāo)為（0,0,0），多測(cè)回測(cè)定后確定A點(diǎn)坐標(biāo)為（102.232,0,3.533）。在6#樓南墻面近似各個(gè)角點(diǎn)位置布設(shè)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)四個(gè)1、2、3、4，在西墻上西南角上下位置布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)兩個(gè)5、6，全部使用射釘槍固定在墻體上，點(diǎn)位穩(wěn)定，見(jiàn)示意圖

9、3。圖3 某小區(qū)6#樓體傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)圖使用測(cè)角精度1標(biāo)程精度2+2ppm的高精度拓普康全站儀，按前文方法對(duì)樓體上傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所獲坐標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。表1 某小區(qū)6#樓主體首期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)三維坐標(biāo)（X,Y,Z）118.954,16.585,0.321218.986,96.514,0.453318.990,96.511,61.322418.960,16.583,61.522519.066,16.515,0.432619.068,16.514,61.433計(jì)算后樓頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)相對(duì)樓底監(jiān)測(cè)點(diǎn)的傾斜情況見(jiàn)表2。表2 某小區(qū)6#樓主體傾斜計(jì)算數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)線(xiàn)分方向傾斜值總傾斜/垂直墻體/平行墻體/41

10、0.000130717-0.000392150.024320.000460004-0.0002300020.029650.000213111-0.0003278630.022根據(jù)以上計(jì)算內(nèi)容分析可知，小區(qū)6#樓高整體向東南方向傾斜，平均傾斜0.025 度。4 結(jié)語(yǔ)及注意事項(xiàng)綜上，采用基于全站儀反射片技術(shù)進(jìn)行高層建筑物傾斜測(cè)量，完全能夠滿(mǎn)足規(guī)范2精度要求，同時(shí)能夠最大程度的減弱施工場(chǎng)地對(duì)測(cè)量操作的影響，只需架設(shè)一次儀器就可完成整個(gè)傾斜測(cè)量過(guò)程，是一種值得推廣使用的方法。本方法簡(jiǎn)單實(shí)用，在操作過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）建立施工場(chǎng)地獨(dú)立坐標(biāo)系過(guò)程中，應(yīng)盡力使測(cè)站點(diǎn)O和定向點(diǎn)A連線(xiàn)與被監(jiān)測(cè)建筑物一邊

11、平行；（2）傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)中，應(yīng)保證反射片長(zhǎng)期固定，建議使用射釘槍等固定設(shè)備，同時(shí)要與施工人員做好交流避免反射片損壞和遺失；（3）布點(diǎn)時(shí)還要保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)通視，建筑物建設(shè)過(guò)程中層間傾斜監(jiān)測(cè)時(shí)可在每層相同位置布設(shè)傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將建筑物防護(hù)網(wǎng)截取一部分，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)通視；（4）監(jiān)測(cè)時(shí)要充分考慮時(shí)間、風(fēng)力等因素，每期監(jiān)測(cè)的時(shí)間應(yīng)選擇一天中相同的時(shí)間，避免風(fēng)力太大時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以保證監(jiān)測(cè)精度（5）規(guī)范中規(guī)定建筑物外進(jìn)行建筑物主體傾斜測(cè)量，測(cè)站點(diǎn)距離建筑物應(yīng)在1.52倍建筑物高的范圍內(nèi)，但在本文精度分析中研究認(rèn)為垂直角 越大，精度就越高。因此，在實(shí)際工作中應(yīng)在測(cè)量作業(yè)安全的情況下盡量縮短測(cè)站點(diǎn)與被測(cè)