中建二局基础设施建设投资有限公司 湖北省武汉市 432200
摘要:社会在不断地发展,建筑工程也在不断发展,而水准测量在建筑施工中贯穿始终中,它在各方面都发挥着重要的作用,因此探讨水准测量技术在建筑施工中的应用研究,对提高建筑工程勘测施工质量,提升建筑整体水平,保证工程建设工期和投资效益都具有十分重要的意义。
关键词:水准测量 建筑工程 应用
1 引言
高程测量是测量任务中的一个重要部分。其中,水准测量在工程建设应用中发挥着很重要的作用。它为施工放样,设备安装,变形监测及分析与预报中提供了基础资料,为工程的顺利进行作了铺垫。在一个工程建设中,水准测量贯穿始终,他涉及了工程的很多方面。因此,我们熟练地掌握水准测量的原理及基本方法很有必要,并且要了解它在实际工程中的应用。在实际操作中需要我们认真、细心,把质量提高,为现代化建设提供一份力量。
2 写作背景
在各种建筑工地上,我们会经常会看到工程人员用水准仪和水准尺,来测定地面上一些点之间的高低关系,这项工作就是水准测量。
水准测量应用极其广泛。它是测绘地形图的最基本工作之一。不进行水准测量,就很难在地形图上绘出地面的高低起伏状态。
在农田水利建设中,修筑沟渠,在交通运输事业中,修建公路、铁路,都要首先应用水准测量测出沿线的高低变化情况,以便确定中线的填高或挖深。在施工过程中还要经常应用水准测量来校正填高和挖深是否满足要求。
建筑物修建过程中和修建完成后,我们还要对它进行变形观测,这都与水准测量挂钩。
现在,大型机器的安装,也普遍应用水准测量,在矿藏开采、城市规划、国防建设、地震预报等工作中也离不开水准测量。
随着社会的迅速发展,不仅水准测量的设备和方法将有很大的改进,而且水准测量的应用也将会愈来愈广泛。
3 水准测量的基本原理
水准测量是利用水准仪提供的水平视线在水准尺上读数,直接测定地面上两点间的高差,然后根据已知高程及测得的高差来推算待定点的高程。如图1-1所示
地面上有A、B两点,设A为已知点,其高程为HA,B为待定点。在AB两点间安置一台水准仪,提供水平视线,在两点间分别竖立带有刻划线的标尺,叫做水准尺,当水准仪提供水平视线时,分别读取A点上水准尺的读数a和B点上水准尺的读数b,则A、B两点的高差为
hAB =a-b (1-1)
设水准测量的方向是从A点往B点进行,则规定已知点A点为后视点,A尺为后视尺,简称后尺,A尺上的读数a为后视读数;待定点B为前视点,B尺为前视尺,简称前尺,B上的读数b为前视读数。安置仪器处为测站,立水准尺的点称为测点。
式(1-1)用文字表达就是:两点间的高差等于后视读数减去前视读数。显然,高差有正负之分,当B点高于A点时,a>b,高差为正;当B点低于A点时,a<b,高差为负。有了A、B两点间的高差后,就可以进一步由A点高程HA推算出B点的高程HB。B点的高程为
HB=HA+hAB=HA+(a-b) (1-2)
这种方法为高差法,再工程测量中还有一种常用的方法叫视线高法,即由视线高程计算出B点的高程,由图可知,A点的高程加上后视读数a等于水准仪的视线高程,简称视线高,一般用Hi表示视线高,公式表示如下
Hi = HA + a (1-3)
HB = Hi – b =(HA + a)- b (1-4)
图1-1
4 水准测量在施工中的应用
在建筑施工中,水准测量应用广泛,标高的测设,水平桩的测设都需要水准测量,还有抄平也需要水准测量。下面我就以这些方面介绍一下水准测量在施工中的应用。
4.1 高程
4.1.1 绝对高程
自然地面是起伏不平的,要衡量地面上某一点的高度,就要确定一个基准。目前我国采用的是“1985国家高程基准”,全国的高程系统都是以它为基准测算出来的。地面上某一点到大地水准面的铅直高度,称为该点的绝对高程,也叫海拔。如珠穆朗玛峰的海拔高度8844.43,也就是说它比大地水准面高8844.43m
4.1.2 相对高程
地面上某点到任意水准面的铅垂距离,称为该点的假定高程或相对高程。在建设工程中,常以原有建筑物地面或路边石为基准来确定新建工程的±0.000。需要注意的是,在选定相对高程时一定要考虑新建工程的排水、官网、道路与外部的衔接关系,以免造成坡度矛盾,同时还需要考虑挖填土方的合理平衡。
4.1.3 高差
高差是指地面上两点之间的高程之差。如果知道地面上两点的高程,那么两点之间的高差就可以计算出来了。
4.1.4 建筑标高
在工程设计中,每一个独立的单位工程(一栋楼、一座水塔)都有它自身的高度起算面,为±0.000(±0.000一般取建筑物首层室内地坪高度)。建筑物结构本身各部位的高度都是以±0.000为起算面算起的相对高度,称为建筑标高。
4.1.5 建筑标高与绝对高程的关系
工程设计者在施工图上明确给出该单位工程的±0.000相当于绝对高程XXXM,这个确定±0.000的绝对高程值称为设计高程,也称设计标高。在一一个建筑群中各单位工程设计高程可能相同,也可能不同,在山区建设中有时相差很大。绝对高程是确定建筑物±0.000的依据,但不介入结构本身的高度计算,所以,绝对高程和建筑标高是有联系的两个概念。
4.2 设计标高的测设
根据施工场地附近的水准点,用水准测量的方法,把设计标高在地面上或建筑物的立面上测设并标定出来。例如在平整场地、开挖基槽、定基础、室内地坪、道路、管线高度时都需要将设计标高测设在施工现场并设立必要的标志,这也叫已知高程的测设。
4.2.1 测设工作的特点与方法
测量工作时已知后视点的高程,通过测量两点间的高差,就可以根据公式求出前视点的高程。而测设工作则是在已知后视点高程和前视点设计高程的条件下,求出前视点标尺应有的读数,并把底部的高度标定出来,该位置就是设计标高。
下面就说一下怎么测设设计标高,由仪器高法测设:
由式HB=Hi-b移项可得
b=Hi-HB
上式的含义是:前视读数=仪器视线高-设计标高。
由后视读数与亮点高差测设:
由式HB=HA+(a-b)移项可得:
b=a-(HB-HA)=a-hAB
上式的含义是:
前视读数=后视读数-计算高差
4.2.2 测设工作的步骤
下面用一个工程实例,说明测设步骤。如图1-3所示
已知水准点BM4的高程H4=32.853m,欲测设出设计标高34.35m的高程。步骤如下:
在两点间安置仪器,后视BM4点上的标尺读数为a=1.914m,则视线高为:
Hi=H4+a=32.853+1.914=34.767
计算设计标高的前视读数,即
b=Hi-HB=34.767-34.35=0.417
将水准标尺竖立在需要测设设计标高处的木桩侧面,观察员指挥扶尺人员将水准尺上下缓缓移动,当中丝读数恰好为0.417时停住,通知扶尺员沿尺底在木桩侧面画一条水平线,其水平线就是设计标高的位置。
图1-3
4.2.3 测设工作中的校核
我们都知道测设工作中一个重要的环节就是检核,因为要保证测出数据的正确性,只有通过检核才能确定。在实施上述步骤时要注意后视已知点标高的准确、读数a的正确、b读数计算及移动标尺照准时的正确,这四部分都需要正确无误才能测设出设计标高。
有条件时,确定视线高可观测两个水准点读取a,以校核视线高。
b读数可以这样校核,我们继续使用上面例子中的数据来进行校核:
b=a-hAB=1.914-(34.35-32.853)=0.417
为了检查a、b读数,可用两次仪器高进行校核。
4.2.4 测设标高中的其他做法与注意点
我们都知道如果是一小会儿保持标尺不动,我们能做到,但是要保持时间较长的话,就有点费力了,所以我们若感到上下移动水准尺画水平线很费力时,也可以先将尺竖在木桩顶上,测出木桩顶的读数,按下式计算出下移数。
下移数=前视计算读数-桩顶读数
若桩顶低于设计标高,则应更换木桩。
为了方便扶尺,可将尺直接立在水平线的位置,有的施工现场把木桩沿所画水平线将上部截去,以减少差错。截时要将桩顶截平截后应重新竖尺进行复核。
4.3 抄平测量
4.3.1 抄平的含义
施工中常常要同时测设一些同一设计标高的点,例如龙门板设置水平桩等。同时测设同一标高的工作称为抄平。在平坦地区,利用视线高法的原理,安置一次仪器,就可以测出许多同一标高的点。为了提高工作效率,施工中习惯用木杆代替水准尺进行进行抄平,既方便灵活直观,又可以免除读数误差。但是要选用直的,且地面与木杆的边相垂直的杆子。
4.3.2 抄平的操作方法
安置好水准仪,扶尺员把木杆竖立在要抄平的标准高度上,一手扶杆,另一手中平持铅笔,将笔放在目估的视线高度处,顺杆子面,上下移动铅笔,当铅笔移到水准仪观测的水平视线位置时,由观察员命令扶尺员停下,并随即在木杆上画一水平线,此线即是水平视线高。然后扶尺员将木杆竖到需要进行抄平的木桩侧面,观察员随时使用微倾螺旋,调平气泡,同时指挥扶尺员顺桩的侧面上下移动木杆,当木杆画的水平线与中丝对齐时,沿木杆底面,在木桩的侧面上画一横线,此线即为抄平的标准高度。
在进行抄平测量时,有一点我们应该注意,就是当仪器被碰或安置的时间长,仪器高有变化时,要将木杆再次竖到标准高度上,重新安置仪器,抹掉原来画得水平线,重新画出水平线,重复上述操作方法,继续进行抄平测量。
4.4 水平桩的测设
4.4.1 水平桩的含义
为了控制开挖基槽的深度,以及在进行基槽清底和基槽垫层时有掌握高程的依据,在施工中常在基槽的侧面,比曹底的设计标高高出0.3—0.5m处,从拐角起每隔2—3m测设一个桩,用来控制基础施工标高的这种桩就叫水平桩。
4.4.2 水平桩的测设方法
测设水平桩的方法和测设标高的方法类似。下面举例说明,如图1-4所示
图1-4
假定槽底设计标高是﹣1.8m,水平桩高出槽底标高0.4m。具体操作步骤如下:
1)将水准仪安置在基槽的旁边,扶尺员把水准尺竖立在龙门板上,作为后视点,在长气泡居中时,读取a=0.751,按测设已知高程的方法,按水平桩假定的数据,计算出前视水平桩的读数b。
2)假设水平桩高程为HB龙门板高程为HA,由式HB=HA+(a-b)得
-1.8+0.4=0.00+0.715-b
b=2.115m
3)把标尺竖立在基槽内,用望远镜照准标尺,用微倾螺旋调平气泡,扶尺员按观的指挥,将标尺紧靠基槽上下缓慢移动,直到横丝读数为计算的b=2.115m时,紧靠尺底在槽壁上打一小木桩,此桩即为测设的水平桩。
4)按照上述操作测设所需要的相隔的水平桩。
5 水准测量在变形监测中的应用
5.1 变形监测的意义
我们知道,建筑工程在施工过程中以及施工完成后,由于重力作用以及外界环境因素的变化,都会发生下沉、位移、倾斜或是发生裂缝、扭转等几何变形。不同的建筑物,其设计允许的变形量存在区别,如果实际变形量大于允许的最大变形范围而没有被发现或者是采取必要的安全改善措施,就会对建筑工程的整体安全造成严重影响,因此,我们必须要对其进行监测,保证其安全,在建筑工程施工过程中,以及工程竣工验收工程沉降稳定前,都要采用水准测量的方法,对建筑物的变形进行监测。
5.2 水准测量变形监测方案的设计
建筑工程变形观测包括基础沉降观测和建筑物本身变形观测。变形监测方案设计包括沉降点的布置以及监测周期的设计两个方面,监测点不能太少,观测周期也必须合理,才能从监测得来的数据进行合理有效的分析。在沉降观测点的布置一般设计部门提出监测要求,再由施工方编制沉降点布置方案并在施工期间进行埋设。沉降点的数量应该足够多,以保证测量的结果能够反映整个基础的沉降、倾斜和弯曲的变化情况。同时,沉降点的位置的选择还应该考虑建筑物的规模、形式和结构等特征,并结合建筑工程场地的工程地质、水文地质等条件。监测建筑物自身变形的观测点应该与建筑物紧密结合,在便于观测的同时可以保证在整个变形观测周期间不受损坏。在监测周期的确定上,建筑工程要分竣工前后两种情况而设定,竣工前由于荷载增加快,造成的沉降量较大,因此,相关规定要求,建筑物没增加一层,必须进行一次变形监测,以便尽早地发现不均匀的沉降,在发现沉降异常时及时调整施工方案;竣工后的变形监测周期一般根据一次监测的日平均沉降值确定,大于0.3/d要求每隔半月观测一次,0.1—0.3/d要求每隔一个月观测一次,0.05—0.1/d要求每隔三个月观测一次,0.02—0.05/d要求每隔六个月观测一次,小于0.01/d是表明建筑物基本稳定,固定周期的变形监测可以停止。
5.3 水准基点的布设
建筑物的变形观测是根据建筑物附近的水准基点进行的,所以这些水准基点必须坚定稳固,为了对水准点进行相互校核,防止其本身产生变化,水准点的数目应该尽量不少于3个,以组成水准网。对水准基点要定期进行高程检测,以便保证变形观测成果的正确性。
在布设水准基点时应考虑下列因素:
1)水准基点应尽量与观测点接近,以保证观测精度;
2)水准基点应该布设在受震区域以外的安全地点,以防止受振动的影响;
3)离开公路、铁路、地下管道和滑坡至少5m,避免埋设在低洼易积水及松软土地带;
4)为防止水准基点受到冻胀的影响,水准基点的埋设至少要在冰冻线下0.5m。
5.4 变形监测水准测量方法
与国家一、二等精密水准测量方法相比,建筑工程沉降监测的方法有其自身的特点,每一次观测都是重新观测,不存在因为测量次数的增多而导致的误差积累,同时,建筑工程沉降观测不能采用闭合水准测量路线,因为闭合水准路线存在闭合差分配,会导致闭合差强制分配到每一测段的高差中,反而有可能扭曲沉降点的高程值,使得在沉降点并未下沉的情况下出现沉降点上升的不合理现象。如果因此若发现沉降点的高程值异常,不要进行误差修正,正确的做法应该是无条件返工重测核实,从而分辨出是测量误差太大,还是确有较大的沉降。
6 结语
本文通过对水准测量的基本原理的介绍以及水准测量在建筑工程中的一些应用,也举了些例子,从文中可以看出,水准测量对建筑施工的重要性,所以在工作中应该认真对待,在实际操作中,我们知道水准测量会有各种各样的误差,包括仪器本身的误差,观测者带来的误差以及外界条件的误差,因此,我们应该尽量克服这些误差对测量结果精度的影响,对工程质量的影响,用实事求是,精益求精的工作态度做好自己的本分工作。
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论文作者:王梨梨
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/16
标签:高程论文; 水准论文; 测量论文; 标高论文; 读数论文; 高差论文; 建筑物论文; 《基层建设》2018年第3期论文;