超高层建筑结构施工测量控制方法

路敬伟，万瑞

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

0 引言

工程测量对于高层建筑来说是最重要的基础性工作之一，工程测量出现微小失误，都会给工程施工带来较大误差。测量的精度直接影响超高层建筑的性能和抗震级别[1]。与其他的建筑工程相比，超高层建筑的结构施工测量要求极为严格[2]。超高层建筑结构施工控制的测量方法很多，对保证工程质量和实施工程动态管理均起着关键性作用，是专业性较强的技术工作，因此，结构施工控制测量是保证超高层建筑项目施工质量的前提条件，也是工程施工测量的重要环节。必须确保超高层结构施工控制的测量方法及精度满足设计及施工的要求[3]。

1 工程概况

本文主要是解决图1所示的中交汇通横琴广场项目的结构测量控制问题。该项目施工测量控制特点和难点是在温度、风荷载等影响下高层的测量精确定位问题。核心筒与外框结构施工不同步及弧形平面布置，导致测量控制的要求很高，超高层测量累积误差的控制难度较大[4]。由于每根钢构件下锚栓数量多致使外框钢管柱、核心筒剪力墙内钢骨柱精度控制很难达到要求。保证预埋锚栓的精确测量及定位是保证本工程首节构件顺利实施的关键。为了满足上述测量要求，本文综合利用改进支架的全站仪和激光垂准仪组合测量，从而保证了该项目的顺利进行。

2 超高层结构施工控制测量实现方法

2.1 平面控制网建立

图1 中交汇通横琴广场整体效果图Fig.1 Overall rendering of CCCC Hengqin Huitong Financial World

结合本工程的特点，为方便施工测量，提高测量效率，施工测量采用内控制的方法[5]。内控网建立：从首层（依0.000以上）开始向上的每一层，需要在首层主轴线向内平移1 m处做测量控制轴线。根据主轴线的交点组建本工程的内控网，核心筒内每层楼板上预留6个15 cm伊15 cm的激光垂准仪使用的放线孔，作为激光垂准仪向上传递各层轴线的光线通道。内控制点布设位置如图2所示。

图2 平面总控制网点布设图Fig.2 Layout of plane total control network

2.2 高程控制网建立

2.2.1 高程控制网的布设原则

1）为保证超高层施工测量的精度要求，在施工场地周围稳固的位置建立高程控制网，以此作为保证超高层施工测量精度的首要条件，并定期复测。

2）根据给定的高程点，在施工场地周围稳固的位置建立高程控制点。按照四等闭合水准测量进行复测检查，校测合格后，在施工场地周围布设的高程控制点组建一条闭合水准路线，确保施工期间高程测量精度控制的准确性，同时该点可作为后期建筑物沉降观测的基准点。

2.2.2 高程控制网等级

高程控制网的等级布设四等闭合水准测量。通过校核后的水准点向墙体上引测本工程的依0.000 m点，并用水准仪把高程引测到墙体+1.000 m位置上用红色油漆做“▼”标记，作为本工程测量的高程依据。为保证该项目的测量精度，本项目高程引测过程中遵循了前后视等长的原则。本项目引测标高时除了做自身闭合外，还对于同一层不同时间段测得引测的标高进行了校验，确保了测量偏差在依3 mm之内。

2.2.3 标高传递

首先校对依0.000 m标高点，然后将依0.000 m标高点引测到建筑物的电梯井内，用墨斗弹出，闭合差控制在依3 mm以内。

用检定合格的50 m钢尺直接从依0.000 m标高点沿电梯井和核心筒结构底板预留洞铅直测量出各层距结构板面+1 000 mm线的统一高程点，当3点高程传递到同一测量施工面时，用水准仪对传递的3个高程点进行闭合校对，以3个高程点传递的平均值为基准，作为各层结构高程的测量控制依据。

同时楼层基准点标高点用全站仪从首层结构面每50 m引测一次，50 m之间各楼层的标高用钢卷尺沿核心筒外墙面向上测量。用全站仪引测标高基准点的方法为：

1）在依0.000 m层的混凝土楼面上架设全站仪，通过温度计、气压计进行温度和大气压的测量，从而对全站仪进行气象参数值的修正。

2）全站仪后视核心筒墙面上的+1.000 m标高基准线，并测得全站仪高度值。设置全站仪内Z向坐标数值，包括反射片的参数。

3）全站仪望远镜垂直向上，沿着测量预留洞口竖直向上测量距离，上部反射片应安置在钢平台及需要测量标高的各个施工楼层上，并向下对准全站仪望远镜头。

4）计算得到反射片位置的标高、仪器高、后视测点标高，将该处标高移到核心筒墙面距本楼层建筑高度+1.000 m处，并弹墨线作为标示。如图3所示。

图3 高程传递全站仪法复核Fig.3 Review of elevation transfer total station method

2.3 平面测量方法及改进的装置

2.3.1 首层底板放线

首先校对测量控制点无误后，在测量控制点上架全站仪，精密对中整平后，用全站仪盘左盘右取中法，把测量控制点投测到首层板面上，并进行闭合校对。闭合差应符合测角中误差依10义，边长相对中误差应在1颐10 000范围内校对无误后，进行细部点施测[6]。每层轴线之间的偏差在依1 mm以内，层高垂直偏差在依3 mm以内。经自检、互检合格后验线，最后依据轴线控制网和施工区域图完成测量内控制点的布设，以此作为本工程竖向控制基准点。

2.3.2 施工工序

标准层施工测量与钢结构施工工序：钢管柱安装（先校对标高，再校对位移、最后微调钢管柱的垂直度偏差）寅测量校对寅首层框架梁寅二层框架梁寅测量寅螺栓初拧寅首层次梁、小梁寅二层压型钢板堆放寅二层次梁、小梁寅测量校对寅高强度螺栓终拧寅压型钢板铺设（楼板建筑+1.000 m控制线）寅钢筋、混凝土施工。

2.3.3 改进的测量装置

由于核心筒内异形结构，且操作空间狭小，楼层板没有同时施工，很难具备测量仪器架设的条件，为解决此问题，特制全站仪支架固定在钢板墙L1上来代替常规的三脚架，同时保证了良好测量放样条件。

利用全站仪通过后方交会法进行自由设站，按照极坐标法进行施工测量放样钢板墙a、b、c、d、e等控制点的位置坐标，自由设站的特点是不受已知点位置的限制、不需要进行仪器对中，只需精平全站仪即可，在一定程度上提高了测量放样精度，节约了测量工作时间，降低了测量工作强度，合理的解决了核心筒内测量操作空间狭小等一系列难题，如图4所示。

图4 核心筒内全站仪测量放样示意图Fig.4 Schematic diagram of the total station measurement in thecore tube

2.4 竖向控制

采用测量内控法如图5所示。规范要求：每投测限差依3 mm，全高不应超过3H/10 000，H>90 m时，不超过依30 mm。本工程结构物垂直度要求极其严格，为依30 mm。以首层测量轴线控制网中基准点作竖向施测时[7]，按以下要求实施：

图5 内控点传递示意图Fig.5 Internal control point transfer diagram

1）事先严格校正好测量仪器。以首层测量轴线为准作后视，观测时要精密调平水平度盘的水准管。

2）在首层各测量控制点分别架设激光垂准仪，待仪器精密整平对中后垂直向上投测测量控制点，通过预留孔处放置的一块有机玻璃光靶接收激光点。投测时激光垂准仪须水平旋转4个方向（0毅，90毅，180毅，270毅），向光靶上投测，若 4个光点重合，则传递无误差；若4个光点不重合，需做出4个光点的对角线的交点作为传递上来的投测点。

3）从首层顶板上开始按留洞平面图所示位置逐层顶板留出6个15 cm伊15 cm的洞口，作为激光垂准仪向上传递各层轴线的光线通道。

4）测量控制点施测到施工层楼板上，将全站仪分别架设在各投测点上，复核各角度及相邻两施测点间距是否同首层底板上对应的各个角度及控制点距离相符，待角度、距离校测后，将施测点用墨线弹出，并以此作为基准线，用检定合格的50 m钢尺，将其余控制线量测在楼板上。

5）布设测量施工孔洞时，孔洞位置必须准确，才能保证激光垂准仪的激光点垂直向上传递的通道畅通无遮挡。

2.5 钢管柱位置控制

采用全站仪极坐标测量法对钢管柱进行测量定位。

1）通过全站仪把钢管柱中心点坐标定出来，作为塔楼钢管柱的测量控制点。定出其他钢管柱中心坐标位置，根据设计图纸尺寸把控制轴线与内控制点之间的位置关系计算出来。

2）将莱卡全站仪（TS06）整平对中架设在控制点上，用来测量控制钢管柱的轴线径向位置。

3）本工程核心筒为弧形，全站仪直接架设在核心筒内楼层板上无法保证测量通视条件，故在楼层板上锚固一块10 mm厚钢板延伸出核心筒外500 mm处作为架设全站仪脚架支腿的一个支撑点。可以在外露的钢板中部位置做出转点L2。全站仪可以精确对中在L2转点上，对钢管柱a、b、c等坐标位置精确放样。如图6所示。

图6 全站仪架设L2点放样钢管柱示意图Fig.6 Schematic diagram of the L2 point lofting steel pipe column set up by the total station

2.6 钢管柱安装测量

构件进场复测要求在构件安装定位测量前，将柱、梁、支撑等主要结构尺寸与中线位置进行校对[8]。根据施工工序划分以及钢管柱吊装的顺序，在需要吊装的钢管柱上面根据钢管柱原有的冲眼位置标出轴线或中心线，并用红色三角或反射贴片做出标记，以便校测使用。在安装前，须对钢管柱的长度及截面几何尺寸作校测，以作为吊装时测量人员控制标高的依据。

定位复测要求在基础混凝土面层上安装第一节钢管柱前，对钢管柱地脚螺栓位置进行检查、调整，其误差小于依1 mm。安装时钢管柱底部的十字轴线对准地脚螺栓十字定位线，其误差小于依0.5 mm。在混凝土浇捣时利用全站仪测设贴在地脚螺栓的反射片中心位置坐标，实时动态监测反射片中心位置坐标数值，对比偏差情况，一旦发现误差超限，应及时调校正确。待地脚螺栓施工完毕后应及时测量地脚螺栓的定位轴线、螺栓伸出支撑面长度、螺栓顶标高、平整度、螺纹长度及螺杆的垂直度，并作好资料记录。

钢管柱垂直度校正要求：钢管柱安装定位如图7所示，将2台全站仪分别置于相互垂直的轴线控制网上，精确整平对中。后视前方墨线（控制轴线），然后纵向转动望远镜，照准钢管柱顶部并作出标志，与设计控制值相对比，判断方向并指挥吊装人员对钢柱进行调整。达到在2个方向上均校正在正确垂直位置后，将4个方向的搅风绳拉紧，然后通知作业人员进行钢管柱焊接[9]。

图7 钢管柱安装定位Fig.7 Steel pipe column installation and positioning

在焊接时，要考虑焊接工艺对钢构件产生的收缩变形影响，必须随时监测并校正钢管柱垂直度，防止柱子偏移。

钢管柱顶位移校核要求在钢管柱吊装前，须对钢管柱顶的偏移进行复测。使用全站仪测出柱顶控制点坐标，与理论坐标进行对比。使用千斤顶以及配套卡具进行轴线校正，直到误差在依3 mm以内，如果误差较大可以分次校正完成。测量控制线与钢管柱中心的尺寸，根据实测数据整理成测量报告，进行数据分析，以便在下一节钢管柱吊装时进行平面调整，避免误差积累而影响钢管柱体垂直度。

钢管柱、钢梁安装后复测，要求当钢管柱初校完后，安装钢梁。梁柱之间用高强螺栓连接，在安装过程中，由于钢管柱受力会影响钢管柱的垂直度，因此必须在安装时校检复核。在螺栓初拧之后，需要终拧。终拧同样会对钢管柱垂直度有影响，为了保证钢管柱安装精度，需作进一步的测量复测。复测后的测量数据作为节点焊接参考依据。焊接之后温度降低会导致焊缝收缩，因此，必须再一次测量复测，复测后记录的测量数据，为下一层钢管柱安装提供调整依据。

3 结语

应用以上超高层结构施工测量控制方法，中交汇通横琴广场项目获得高质量的测量成果，用拉特公司生产的EZ-20激光垂准仪检测核心筒外墙垂直度，建筑高度261.7 m时，检测结果显示误差仅为9.5 mm。本工程结构控制测量方法，确保了钢结构的安装精度与安装质量，保证了超高层建筑结构的施工质量，为后续超高层建筑施工提供借鉴。