钢结构膜结构安装测量及沉降观测探讨

2012-03-12李怀珠

中国新技术新产品 2012年11期

李怀珠

（河南第五建筑安装工程（集团）有限公司，河南郑州 450007）

引言

钢结构及膜结构安装测量是一项非常重要的测量工作，如何采用先进的测量技术将整个壳体按照设计图纸准确无误地安装就位，将直接关系到工程的进度和质量。安装测量前应建立较高精度的安装测量控制网（一级建筑控制网）。要求测角中误差±5″，边长相对中误差1/30000。以下分别介绍地脚螺栓的埋设及肋梁安装测量。

1 地脚螺栓的埋设

1.1 平面位置测量

测定平面位置时，将两台经纬仪架设在纵横轴线控制基准点上,后视同一轴线对应的控制基准点，将轴线投测到与地脚螺栓定位板面同高度的木方子上并用红色三角标记,将其与定位板上纵横柱定位轴线比较，根据偏差情况，调整定位板,使得定位板的纵横轴线与两台经纬仪投测的轴线完全重合为止，定位板的纵、横轴线允许误差为0.3mm。在灌注基础混凝土前，检查定位板上的纵横轴线,与设计位置的允许误差为0.3mm。相邻柱中心间距测量误差为1mm，第一根钢柱至第n根钢柱间距的测量允许误差为mm，量距时，采用一级钢尺并加上尺长、温度、垂曲三项改正。在混凝土浇筑完后初凝前，应检测定位板上的中心线，如发现偏差，应即刻校正，直至符合精度要求为止。

1.2 地脚螺栓标高测量方法

地脚螺栓标高测量采用DS2水准仪从高程控制点直接引测到辅助安装的木方子上，用红油漆做好标记，根据引测的标高点，调整定位板的高度到设计位置，标高测量的允许误差为±1mm。

2 主塔楼锥形钢架及膜结构安装测量

对于主塔楼锥形钢架及膜结构的拼装及安装测量，我们拟采用全站仪三维测量方案。

2.1 坐标系的建立

如图1所示，在待测物方任取A、B两点，将其在水平面（取仪器三轴交点处的水平面）内投影点的连线为X轴方向，仪器中心为坐标原点，过原点在水平面面内垂直于X轴的方向为Y轴，垂直于XY平面的轴为Z轴，构成右手直角坐标系。

2.2 测量原理

全站型电子速测仪（简称全站仪）是具有测距、测角能力的先进仪器，因此根据极坐标法测定物点的三维坐标为全站仪三维测量系统提供了理论依据和技术保障。

图1 三维坐标系

设在O点的全站仪测得A、B两点的距离分别为SA、SB，天顶角为VA、VB，水平角为αA、αB，由图1可得A、B两点在O-XYZ坐标系下的坐标为：

式中H＝αA－αB、β为OA方向与Y轴之间的夹角

由于A、B两点的水平投影在X轴方向上，则有YA＝YB，即:

由此可求得

由上式可以看出，β值取决于仪器中心及选取的A、B两点的位置关系，解求β的工作也即完成了全站仪三维测量系统的定向。

对于物方空间的任意点P在上述坐标系中的坐标为：

式中 HP＝αP-αA、Sp为P点的斜距，αP为P点的天顶角，αP为P点的水平度盘读数，其余符号同前。

主塔楼锥形钢架及膜结构安装安装测量过程中，三维测量坐标系的选择需根据安装现场平面布置图具体确定，由于场区原有场区平面控制网不能完全满足主塔楼锥形钢架安装测量精度的要求，因此必须建立精度较高的安装测量控制网。

2.3 测量精度分析

分析全站仪三维测量系统的点位精度，主要有以下三个方面的因素：仪器的系统误差、仪器的偶然误差、反射装置（目标）误差。这里主要分析前两者对点位精度的影响。

根据误差传播定律可得：

式中，ms为P点距离测量中误差；mv为P点天顶角测量中误差；mH为水平角测量中误差；mβ为定向时确定β角的中误差。

2.4 塔尖安装校正

安装测量前，在塔尖的侧面位置粘贴TOPCON GTS-602AF全站仪(测角1"，测距1+1×10-6)仪器专用反射标志，并根据设计的形状及其方程计算该标志中心点的三维坐标。然后根据三维测量系统测量原理利用全站仪（内置测量程序），测量所安装塔尖测量标志中心的实际三维坐标（x，y，z），利用实时处理软件计算实测值与设计值的差值，实时指挥主塔楼锥形钢架的安装测量。在内业利用外业所采集到的数据在所编程序环境下进行数据后处理并成图，打印有关资料上报有关部门。

3 沉降观测

工程在施工的过程中，在采用科学合理的降水方式及边坡支护的前提下，也必须对其本身及周边环境进行沉降变形监测，确保工程的沉降量在规定的范围内，从而为整个施工过程提供安全保障，同时也为以后的形变测量提供参考依据。对周边环境，如护坡桩位移等按照二等测量要求进行观测。

3.1 沉降基准点布设原则

布设的沉降基准点必须坚固稳定且便于长期保存；为了对沉降基准点进行相互检查，沉降基准点的数目应不少于三个，以保证沉降观测成果的正确性；沉降基准点与观测点的距离不宜太远，以保证观测精度；沉降基准点须埋设在建筑物的压力传播范围以外，同时为了防止沉降基准点受到冻胀的影响，沉降基准点的埋设深度不小于1.5m，以保证沉降基准点的稳定。沉降观测基准点埋设在变形区以外，数量三个，按国家二等水准测量的技术要求施测，每站高差中误差±0.3mm，闭合差±0.6mm×n0.5。

3.2 沉降基准点埋设方法

基点埋设参照《工程测量规范》及有关变形观测基点埋设标准进行。沉降基准点埋设根据中华人民共和国国家标准《工程测量规范》(GB 50026-93)的有关沉降观测点埋设规定进行沉降点的埋设。变形观测点是直接反映建筑物变形的参照点，应与变形体固结为一体，布设在能敏感反映变形的位置。

在承重墙柱上沉降观测点标志采用内藏式，用Φ32电锤在设计位置位置打孔，将直径28mm预埋件放入孔内，周围用环氧树脂填充使牢固，观测时将活动标志旋紧，观测工作结束以后取出外旋保护盖，这样既不影响原有建筑物的外观，于此同时还能起到保护标志的作用。

3.3 沉降观测

根据中华人民共和国国家标准《工程测量规范》(GB 50026-93)的有关沉降观测的规定，结合当前世界先进测量技术，按《工程测量规范》规定的二等水准测量作业要求进行。观测仪器采用DS2精密水准仪，配合铟钢尺作业，采用相同观测路线和观测方法，使用同一仪器和设备，并要固定观测人员，在基本相同的环境和条件下工作。

3.4 沉降观测周期及期限

沉降观测周期按每两个结构观测一次，直至封顶，封顶后每月观测一次，直至竣工。出现不均沉降时，根据情况增加观测次数。施工期间因故停工超过三个月，应在停工时及复工前进行观测。结构封顶至工程竣工沉降周期应符合下列要求：均匀沉降且连续三个月内平均沉降量不超过1mm时，每三个月观测一次；连续二次每三个月平均沉降量不超过2mm时，每六个月观测一次；外界发生剧烈变化时应及时观测；封顶后应每六个月观测一次，直至基本稳定（1mm/100d）为止。

4 变形观测

4.1 监测目的

通过对支护结构的位移变形观测和基底土标高变化的观测，准确了解支护结构和基底土的变化情况，以利于对变形和应力的发展作出评价，从而判定支护结构的安全性。

4.2 测点布置及观测方法

4.2.1 支护桩顶部的位移

使用日本拓普康全站仪棱镜配合，采用坐标法进行观测。基坑四周帽梁顶部涂红三角作为观测点，统一编号，间距9～10m左右。

4.2.2 发现混凝土垫层产生裂纹后，每天做好裂纹分布及发展情况记录。

4.2.3 降水井水位用钢卷尺进行测量。

4.2.4 裂缝及沉降：采用全站仪坐标法观测。观测点采用钢钉直接钉在马路上，路牙上观测点采用涂红三角作标识。沉降观测采用高精度水准仪，沉降观测点利用裂缝观测点。观测时与裂缝观测一同进行。

观测频率支护桩顶部的位移，裂缝、沉降情况每天8：00观测一次。下列情况下增加一次夜间观测：土方开挖初期垫层封闭前，发现变形速率较大，遇雨天。垫层裂缝观测、降水井水位观测每天记录一次。基坑回弹观测，开挖时一次，封垫层一次，承台浇筑完时一次，共三次。如果建设单位已经委托专业单位负责监测工作，在施工过程中需要同监测单位密切配合，共同完成监测工作。必须将对支护结构的变形观测每天做2次，继续做好降水井水位观测，做好对工程桩的观测。每天的观测结果必须整理打印出来报业主、监理、设计和分局技术部门。每次观测完毕后，观测数据及时整理填入相应的表中，并及时报告项目技术负责人和值班监理，基坑每个方向挑选1～2各点绘制位移和标高随时间变化的关系曲线。若发现变位速率较大，支护结构发生异常等情况，及时向各有关单位联络人汇报。