高层建筑物施工高程基准的竖向传递方法比较

胡文雄

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

近几年来，超高层建筑在各地蓬勃兴起，随着建筑物高度的增高，对施工测量精度的要求也越来越高，如何控制施工测量基准竖向传递中的误差累积已成为施工测量的重中之重。随着GPS技术的发展，通过与常规地面测量技术相结合，施工平面基准的竖向传递方法已经相当成熟。然而，众所周知，高精度高程基准地面传递多以水准测量为主，而水准测量高程传递的原理也就决定了其无法单独运用于高程基准的竖向传递中。通过对全站仪、水准仪、螺旋测微仪、钢尺等测量仪器的组合，本文介绍了两种施工高程基准的竖向传递方法。

1 高程基准的竖向传递方法

高层建筑物各施工层标高是由底层±0标高向上传递，建筑物施工时须在各施工层预留直径30cm的洞口用于高层传递。

1.1 方法一：全站仪天顶距法

该方法需要配备的仪器有：全站仪1台、水准仪1台、水准尺至少2把（其中1把为铟瓦尺）、螺旋测微尺1把。

如图1所示，A点为底层±0标高标志，B点为施工层标高标志。

图1 全站仪天顶距法示意图

1）在预留孔上放置约30cm×30cm的透明毛玻璃，玻璃要有足够的硬度，保证能承受一把水准尺的重量而不变形，并在玻璃的上方放置反射片，用于反射全站仪测距信号；

2）利用螺旋测微尺量取玻璃与反射片的总厚度d；

3）在施工层预留孔正下方架设全站仪（整平），在A点放置水准尺（铟瓦尺）；

4）调整全站仪垂直角为0°并锁定，即全站仪视线水平，瞄准水准尺，两次读取水准尺读数取平均数i；

5）调整全站仪垂直角为90°并锁定，即全站仪视线竖直，通过预留孔瞄准透明毛玻璃上的反射片（移动反射片直至全站仪瞄准其中心，然后固定反射片位置）；

6）同时在施工层架设水准仪，反射片及施工层标高标志B点放置水准尺，即通过水准测量将反射片面高程传递至B点；

7）此时，为了防止因玻璃变形造成的影响，全站仪与水准仪应同时读数，全站仪4次读取距离取平均数s，水准仪两次测得反射片与B点高差取平均数v。

由此可得底层A点至施工层B点的高差：

精度分析：根据误差传播定律，由高差计算公式可得

式中：mi为人眼读取水准尺读数的误差，md为玻璃厚度的量取误差，ms为测量全站仪至反射片高差的误差，mv为水准仪单站测量误差。

人眼读取水准尺读数的误差mi≤0.1mm，螺旋测微器量取玻璃厚度的误差md≤0.1mm，水准仪单站测量误差mv相对于其它几项误差来说基本上可以忽略不计，那么影响高程传递精度的主要因素为测量全站仪至反射片垂直距离s的误差，包含了全站仪的竖轴铅垂误差m垂及测距误差m距。

仪器的铅垂误差取决于仪器的整平误差，即m垂＝m平＝0.2г，г为全站仪照准部水准管的分划值，一般小于20″，因此，m平≤4″，可知仪器竖轴倾斜带来的距离差Δ≤s（1－cos 4″）。

目前，建筑物的高度不会高于1 000m，因此Δ≤0.001mm，完全可以忽略不计。

可见，测量全站仪至反射片垂直距离s的误差仅取决于光电测距误差，如选用标称精度1mm＋1ppm×D的仪器时，当测量高度小于1 000m时，m距≤2mm。

综合以上各误差因素可知，当测量高度小于1 000m时，高程传递mh≈2mm。

1.2 方法二：悬挂钢尺法

该方法需要准备的仪器有：水准仪2台（含水准尺），钢尺。

如图2所示，A点为底层±0标高标志，B点为施工层标高标志。

图2 悬挂钢尺法示意图

1）在施工层预留孔上方架设支架，用于固定悬挂钢尺，在钢尺下方悬挂一重物，以保证钢尺的稳定；

2）同时在底层及施工层分别架设水准仪，在A点及B点放置水准尺；

3）底层水准仪读取水准尺读数HA，钢尺读数a，施工层水准仪读取水准尺读数HB，钢尺读数b，钢尺读数a，b需多次读取求平均值。

由此可得底层A点至施工层B点的高差：

精度分析：根据误差传播定律，由高差计算公式

式中：mHA，mHB为水准仪读数误差，ma，mb为人眼读取钢尺读数误差。

水准仪读数误差mHA，mHB相当于ma，mb可忽略不计；ma，mb取决于钢尺变形误差以及读数误差。在精度要求较高的情况下，可以通过温度改正及拉力改正来消除钢尺的变形误差。而人眼读数误差为ma＝mb＝0.1mm。

因此，在进行温度改正及拉力改正之后，高程传递mh≈0.15mm。

2 应用实例

某高层建筑物，设计高度为530m，每50m设置转换层。为了削弱高程误差对施工过程造成的影响，保证施工高程基准精确进行竖向传递，分别采用了全站仪天顶距法、悬挂钢尺法进行高程传递，两种方法相互验证。

采用全站仪天顶距法时，通过2台全站仪（标称精度分别为1mm＋1ppm×D、2mm＋2ppm×D）多组观测，观测数据如表1、表2所示。

表1 观测结果（仪器1标称精度1mm＋1ppm×D）m

表2 观测结果（仪器2标称精度2mm＋2ppm×D）m

采用悬挂钢尺法时，通过改变张力，测得多组数据如表3所示。

表3 不同张力下观测数据

分析表1、表2可知，当采用标称精度为1mm＋1ppm×D的全站仪进行观测时，测得的高差最大较差为1.9mm，采用标称精度为2mm＋2ppm×D的全站仪进行观测时，测得的高差最大较差为2.5mm，且两次测量结果都比较接近，可靠性较高。

分析表3可知，在进行温度改正、拉力改正的情况下悬挂钢尺法具有更高的精度，三次测量结果较差最大仅为0.1mm。

3 结束语

比较两种方法的测量结果，可知两种方法均为可靠，可应用于各类施工测量中。悬挂钢尺法受钢尺长度的限制，对场地有一定的要求，但其在进行温度改正、拉力改正的情况下，测量结果更为精确。全站仪天顶距法主要依赖于全站仪的测距精度，随着全站仪的不断发展，该方法将得到更广泛的应用，而且不受场地的限制，操作更为方便。

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