免棱镜全站仪在倾斜测量中可靠性探讨

于海涛

(淄博市勘察测绘研究院，山东淄博 250000)

免棱镜全站仪在倾斜测量中可靠性探讨

于海涛∗

(淄博市勘察测绘研究院，山东淄博 250000)

探讨了免棱镜全站仪进行高层建筑物倾斜测量的方法。通过与传统的倾斜测量方法对比及用沉降观测的数据计算大楼的倾斜率去印证说明免棱镜全站仪倾斜测量数据准确可靠。其测量方法无论在精度上和实际应用中都切实可行。

面棱镜全站仪；倾斜测量；沉降观测；偏移量

建筑物在施工或使用过程中，因各种原因常常发生几何变形。其变形值在允许范围内，则是正常和安全的；若大于允许的限度，则会影响建筑物的安全施工和正常使用。在竣工验收中要求也很严格。因此，高层建筑物在施工和使用过程中必须对其进行变形观测。变形观测包括:沉降、倾斜、位移等测量。其中倾斜测量是建筑物变形的主要内容之一。它是测定建筑物的顶部相对于底部的偏移量，包括倾斜的方向、大小等。在测定建筑物倾斜度的方法中最简单的方法是悬吊垂球法或经纬仪悬投法，根据其偏差值直接确定建筑物的倾斜度。但是实际工作中，由于建筑物楼顶无防护装置，人根本不敢靠近楼顶角，也有的大楼基坑未填埋也无法靠近。都造成传统的倾斜测量方法很受局限，无法满足现在越来越复杂的测量要求。

前段时间有一高层住宅的负责人找我们反映电梯厢悬吊垂直下落时擦碰井壁，可能是大楼倾斜了，委托我们对该楼进行倾斜测量。通过现场实地查看、施工图纸研究，该大楼为18层55 m高，长方体型，有4条房角从散水一直到楼顶女儿墙。理论上这4条房角是垂直于大地水准面的，否则该大楼是倾斜的。为了测定每条房角的倾斜方向和倾斜距离，决定使用NTS－362R型免棱镜全站仪，测定楼顶4个角的坐标和楼底4个角的坐标。具体作法如下:

首先在该大楼北侧离大楼100 m左右的地方选一控制点，架设仪器，如图1所示。

然后假设测站点坐标(225.00，225.00)。在照准大楼顶角时要十字丝稍微向下几厘米，照准大楼底角时十字丝要稍微向上几厘米。测完北墙4个角点A、A′、B、B′坐标后。再通过楼大厅的门口前窗户直接放控制点到南墙以南100 m左右的地方。把仪器架到这个点定完向后，重复上面的步骤测出南墙面4个角点C、C′、D、D′坐标，坐标成果如表1所示。

图1 测量示意图

表1

把此8个坐标展绘到CAD软件绘图平台上，连接AA′、BB′、CC′、DD′，发现这四条线段AA′、BB′、CC′、DD′相互平行，且长度大体相等。说明该大楼在垂直建筑物北墙的方向上整体向北倾斜，大约0.06 m。如果这4条线段不平行，说明该楼在其他方向上还有倾斜。如果不相等说明这四条房角倾斜率也不一样。这样就比较麻烦了，说明该楼整体性不是很好，建筑质量很一般。

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

A′对于A的偏移量:

AA′的高度:D＝ZA′－ZA＝55.04 m

倾斜度:i＝d/D＝0.13%

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

B′对于B的偏移量:

BB′的高度:D＝ZB′－ZB＝55.06 m

倾斜度:i＝d/D＝0.13%

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

C′对于C的偏移量:

CC′的高度:D＝ZC′－ZC＝55.08 m

倾斜度:i＝d/D＝0.11%

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

D′对于D的偏移量:

DD′的高度:D＝ZD′－ZD＝54.96 m

倾斜度:i＝d/D＝0.10%

根据中华人民共和国国标《建筑地基基础设计规范》GB50007－2002第5.3.4条，对多层和高层建筑的整体倾斜率规定如表2所示。

表2

受检建筑物结构高度均约55.0 m，故对该建筑物倾斜安全性的判断应满足“24＜Hg≤60”，建筑物整体倾斜率不大于0.003”的规定，由上面分析数据可以看出该建筑物整体倾斜率为:0.0012 m。此值远小于规范允许值(0.003)要求，由此表明受检建筑物主体倾斜满足现行规范要求。

于是我们与大楼建设单位、施工单位交流讨论时得知，该楼北边原设计没有大型停车场，是大楼建成后加建的。全部用混凝土浇筑共3层，与该楼基础紧密相接，无伸缩缝。车库混凝土膨胀时对楼基础产生向南的推力，使楼顶向北方向倾斜。于是与建设、设计、施工单位认识到虽然大楼倾斜满足国家建筑倾斜规定，但是大楼会不会持续向北倾斜我们都没把握。所以决定对大楼倾斜进行调整。首先把车库与大楼基础隔离开，通过定期的倾斜测量和沉降观测来监测大楼是否能够自行调正。

通过5次历时3个月的倾斜测量发现，该楼倾斜量不断变小结果如表3所示。

表3

为了检验NTS－362R面棱镜全站仪测点坐标精度我们同时进行了沉降观测，使用蔡司NI004精密水准仪，因瓦合金精密水准尺。倾斜观测同步进行了5次沉降观测结果如表4所示。

沉降观测结果表 表4

由观测数据可知该楼北墙A、B两沉降观测点高程上升，南墙C、D两沉降观测点高程下降。根据公式:△i＝△h/b(其中△h表示两次沉降量的差值，b表示该大楼的宽度)

第二次沉降观测相对于第一次沉降观测结果变化的倾斜率为:△i＝△h/b＝0.006/15＝0.04%

第三次沉降观测相对于第二次沉降观测结果变化的倾斜率为:△i＝△h/b＝0.004/15＝0.03%

第四次沉降观测相对于第三次沉降观测结果变化的倾斜率为:△i＝△h/b＝0.003/15＝0.02%

由此可见每次沉降观测所得该楼的倾斜度变化量与全站仪倾斜测量所得倾斜度变化量是一致的，也证明了免棱镜全站仪在倾斜测量中的可靠性。普通全站仪倾斜测量的精度、成果的可靠程度，取决于大楼测量点的选择和棱镜的放置方法。由于棱镜可以平卧在房间角也可以侧放、斜放在房角，放置位置很多对测量坐标数据的影响很大，几乎掩盖了大楼房角倾斜量的数值。现在使用免棱镜全站仪，就不用考虑棱镜放置位置的影响。直接照准房角上一点就可以测出任意高度的坐标值。像有的无法爬上的楼顶、无法接近的楼底角用免棱镜全站仪就很方便了。同时进行的沉降观测成果也佐证了倾斜测量的准确性。当车库与大楼基础断开后，北边一侧所设的沉降观测点A、B上升，南边所设沉降观测点下沉。根据每次每个点沉降量及相互间几何关系推算出的大楼倾斜角度与倾斜测量的角度很接近，相差最大的也就0.003°。这也证明了免棱镜全站仪测量楼角坐标分析计算建筑物倾斜的方法是可靠的。免棱镜测量技术为测量一些人员无法达到建筑物顶部或接近建筑物底部的倾斜测量工作提供了必要条件。比传统方法不但提高了效率，精度也大大提高。再加上CAD三维立体模型技术更能够准确直观的描绘出建筑物倾斜的方向，倾斜率。

[1] 顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学[M].上海:同济大学出版社，1999

[2] 付新启，张国辉.建筑物倾斜观测的通用方法[J].测绘通报，2004(4)

[3] GB50007－2002.建筑地基基础设计规范[S].

[4] JGJ/T8－97.建筑变形测量规程[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

于海涛(1978—)，男，助理工程师，主要从事高层建筑变形观测，地基沉降处理等工作。