梁强武 周泽宇

1. 广州大学土木工程学院 广东 广州 510006；2. 深圳市华阳国际工程设计股份有限公司广州分公司 广东 广州 510080

当前，世界各国城市相继兴建了大量的超高层与高耸结构。而200 m以上的超高层建筑，由于地球运动作用，我们不能再视其是静止的；同时加上外力作用，超高层建筑也一定是动态的。对于超高层建筑，当水平变形超过电梯的容差，可能导致电梯无法安装或无法正常运行。同时，上部楼层的水平变形使质心偏离塔楼的刚心产生附加弯矩，对超高层建筑的P－Δ效应有放大的作用，对塔楼的整体稳定有不利影响[1]。

为保证这种超高层复杂建筑的安全使用，就必须进行长期的精密变形监测，以确保其变形形态在允许范围内。而在建筑施工过程中，进行精密的变形监测，更可以及时了解塔楼在施工条件下的变形情况，供施工单位决策是否需要调整、怎么调整提供技术支持[2-4]。

对于用地面控制网不能监测到核心筒或是玻璃幕墙已经遮挡的监测点，可以在楼上架设全站仪，采用后方交会法或内导线法。但对于在运动中的塔楼而言，使用后方交会法或内导线法，两者的监测精度有很大的差异。为了能够获得更加精确的监测数据，必须探讨在运动的塔楼中如何架设全站仪、同时又能获得精确数据的方法。本文以南宁某写字楼为例，进行探索和分析。

1 工程概况

南宁某写字楼是集商业、办公和酒店于一体的超高层综合体，总占地面积7 030 m²，总建筑面积约为278 000 m²，地上247 000 m²，地下3层，地上裙房4层；塔楼84层，连屋顶幕墙构架建筑高度402.6 m。本塔楼为带加强层的钢筋混凝土核心筒＋钢管混凝土框架混合结构。塔楼核心筒竖向分3次向北收进，塔楼南侧框架柱整体向北2°。

2 地面控制网的建立

2.1 选用坐标体系

由于本工程位于南宁市青秀区，为了与总包单位的测量放线数据和钢构单位等的放线能够形成对比校核，本工程和总包单位同样选取南宁市当地坐标体系。由本坐标体系，X轴正方向向北，Y轴正方向向东。

2.2 建立地面控制网

当监测单位进场时，施工单位向监测单位提供现场测量桩的技术交底，高程点不少于2个，平面点不少于3个，并提供测量成果报告[5-6]。

根据现场及周边环境的实际情况，先是选定能够对建筑物进行观测的控制点（该点为监测时架设全站仪），该点不能有遮挡，与建筑的距离要适当，以尽可能看到多个被监测点；并且该点要能够与整个控制网的相邻2个控制点相互观测，以便使用全站仪将该点的坐标测出以及定期的控制网坐标复核。

根据现场环境的实际情况，选取整个控制网的控制点（图1）。为计算更加准确，监测时尽量使用3个后视点，即全站仪尽量架设在控制点上，再加上2个后视棱镜点。在图1中，加粗的点位置为将来架设全站仪的点，其他点为小黑圈。监测时，全站仪架设在加粗的有数字标识的控制点上，2个后视棱镜分别架设在相邻的2个控制点上。

图1 地面控制网点的大致位置

在进行监测前，先由业主或是总包单位提供当地的大地坐标点资料，根据本坐标控制点，采用全站仪四等精度导线测法控制网进行引测，形成闭合、平差，得出每个控制点的大地坐标，给出控制网大地坐标信息表[7]。

3 使用地面控制网的监测分析

3.1 地面架设全站仪能够对监测点进行监测的部分

按照设计院提出的监测点位置，在监测楼层设置了用于安装棱镜的弯钩。为提高监测精度，本工程使用瑞士徕卡全站仪TM30，水平定位精度为3 mm＋0.3×10-6D（D为测量距离） ppm，垂直为5 mm＋0.3×10-6D，测角精度为0.5"，测距精度为0.6 mm＋1×10-6D，使用配套的徕卡360°棱镜。

为提高测量精度和方便使用三维变形监测程序，我们将全站仪架设在控制网点上，再加上2个架设在控制网点上的后视徕卡圆棱镜。3个点的坐标，待外业监测完，使用徕卡三维变形软件，手动输入相应控制网点的坐标，便可得出每个被监测点的大地坐标。首次监测时，可利用三维变形监测软件的学习功能，先进行学习测量，然后整个监测测量6个测回，每个测回中，每个监测点测10次取平均值。再次监测时，由于全站仪架设在固定的控制点上，可以利用学习测量的方法，调出本设站点的学习信息，除了新增的监测点，便可以不用再次学习即可监测。

3.2 地面架设全站仪不能对监测点进行监测的部分

由于施工中外框架的钢梁吊装后会遮挡核心筒上的监测点，或是玻璃幕墙安装到该楼层时，从外控制网就无法对监测点进行监测，只能采用在楼上架设全站仪的方法。

当全站仪架设在楼上时，使用后方交会法，由于楼上没有控制网点，故此时的全站仪是自由设站。每次监测均由地面架设在控制网点的2个棱镜作为后视点，提供坐标来反算被监测点的大地坐标（图2）。

由于篇幅限制，这里仅以最新的5期（第四～八期）偏差值数据为例展开分析（表1）。

图2 监测点布置位置

表1 31层监测点监测数据偏差（mm）

据表1，在第四、六期的数据中，最大的偏差值都达到了5 cm以上，第六期的05号点X轴更是达到了5.87 cm。而采用有限元模拟对应此时的施工情况，核心筒的最大水平位移为2.50 cm，柱的最大水平位移2 cm。比较可知，外框柱的数据相对比较可靠，但是核心筒的数据相差就过大，精度不能够满足要求。而此时，外框柱采用的是用地面控制网的外控法，核心筒是在楼上架设全站仪的后方交会法。由此说明，在复杂的施工现场条件下，在楼上架设全站仪的方法有所不妥，必须找出一种可靠的方法。

3.3 核心筒数据误差过大的原因分析

外框柱使用外控法监测的数据和有限元模拟对比相差在可接受范围内，而核心筒的数据精度已不满足要求。

经分析，当全站仪架设在楼上时，由于施工现场各种施工机械的振动、塔吊起吊重物、施工电梯等，整个楼面的振动很大，全站仪的调平难度很大，可以认为已经超出全站仪自带的自动安平范围。此时，架设在地面的2个棱镜受周围环境的影响较小，误差在允许范围内，而全站仪却是随时晃动的，此时测出来的数据当然是不理想的。

4 将控制网引到楼上的监测分析

4.1 探讨解决方案

为解决施工振动难题，我们提出将控制网引测到楼面上的内控法。为验证其合理性，在使用此方法之前，先做了一些小实验。首先，将控制网点引测到楼面，得出楼面上每个控制点的大地坐标，楼上控制点大致位置见图2。在引测到楼面上的控制点架设2台后视棱镜，然后分为2种方式：打开全站仪的自动安平功能；关闭全站仪的自动安平功能。最后测出来的结果显示，关闭全站仪的自动安平功能得出的结果更加可靠。

分析以上得出的结果，我们认为，当没有将控制网引测到楼上时，架设在地面的2个棱镜是稳定的，而全站仪不管是否打开自动安平功能，都不能将塔楼晃动带来的误差抵消；在将控制网点引测到楼面上时，由于塔楼的晃动，带动楼面上的物体同时运动，此时若是将全站仪的自动安平功能打开，那么就相当于人为地使全站仪不同步于塔楼和2个后视棱镜（没有自动安平功能）的运动，相对来说，就是人为地形成一个角度差；而如果关闭全站仪上的自动安平功能，那么整个塔楼晃动时，带动楼面上的后视棱镜及全站仪同时运动，这个角度差相对来说就比较小。因此，当关闭自动安平功能时，得出的结果更加可靠。

4.2 将控制网点引测到楼面

地面的控制网点定期复核，确认坐标值可靠，可以使用。每次监测时，对于能够用地面控制网点监测的外框柱上的被监测点，尽量用地面控制点。在对核心筒监测之前，先将控制网点引测到楼上，形成一个闭合网，经过平差得出每个控制点的坐标，然后在该控制网点上架设后视棱镜和全站仪。每次监测时，由于相较于上一次的监测，塔楼又有水平位移，所以，每次在楼上架设仪器监测前，先将控制网点引测到楼上。

4.3 监测数据的使用

将控制网点引测到楼上后，在楼上架设仪器，每次监测完后，如同在地面架设仪器监测，同样是使用三维变形软件，输入2个后视棱镜架设点和全站仪架设点的本期实际坐标值，即可得到被监测点的大地坐标值。

5 数据分析

5.1 没有将控制点引测到楼面上的数据分析

通过分析表1，核心筒第四期最大值是5.11 cm，甚至还有－2.88 cm，而外框柱在同一期的最大值是1.75 cm，因为整个塔楼的结构是往北偏心（塔楼的北面柱的竖向，南面是向北倾斜2°，48层以上，特别是71层以上，核心筒向北收进），所以整个塔楼模拟结果是向北运动。而第四期和第五期监测数据都不同程度出现比较大的负值。在第六期中，核心筒的04、05号点的偏差值分别是5.21 cm、5.87 cm。而在同一期的有限元模拟中是2.50 cm，此时外框柱使用外控法监测出来的最大值是2.93 cm，有限元模拟是2 cm，可见外框柱的监测数据是可靠的。同时，对比前六期数据，核心筒的数据较外框柱离散度大，而外框柱的离散度较小，相对稳定（因为第六期之前施工还没到斜墙，没有往北收筒，偏心较小）。在第五、第六期的监测中，各个点的偏差值离散度也很大，并没有有限元模拟得出向北倾斜的情况，而是杂乱无章的状态。

5.2 将控制点引测到楼面上后的数据分析

表1中的第七、第八期皆是将控制网点引测到楼面上后监测的数据，从这个表中的数据可以看出，没有出现过大偏差数据，相对前面的数据也比较平稳，与有限元模拟的数据相比，误差在可接受范围之内。

从第七、第八期数据也可以看出，每个监测点的偏差值都在X轴上方，也就是表明塔楼是在向北倾斜，这符合有限元模拟的结果，而且在当期的所有监测点的数据，相对来说也比较平稳、集中，未出现过大的混乱状态。

6 结语

在施工现场中，作为施工监测的施工方案，要考虑到现场的实际，选择合适的方案，方可得出理想的结果。

在本工程中，在楼上架设全站仪，同时在地面控制点架设后视棱镜的方法，由于此时塔楼的晃动，带动全站仪晃动，监测的数据误差大。在将控制网点引测到楼面上，并将全站仪的自动安平功能关闭后，由于塔楼的晃动，同时带动全站仪和后视棱镜，此时可以认为它们之间是相对静止的，所以监测出来的数据相对来说比较可靠，与有限元模拟数据比较吻合。