激光垂准仪在高层建筑竖向轴线控制中的应用

◎ 河南江河工业有限责任公司 靳广兴 辽宁铁煤集团 靳 曲

改革开放以来，随着我国经济实力的不断增强，高层和超高层建筑层出不穷，这些建筑往往比较密集、场地较小，给建筑物的垂准测量带来相当大的难度。如何有效控制高层建筑的垂直度是摆在面前的难题，通过近几年高层建筑的施工，发现激光垂准仪对高层建筑物的垂直度控制具有良好效果，现将有关原理、方法、应用等进行分析。

1.适用范围和工艺特点

随着我国建筑业飞速发展，新材料、新工艺、新设备不断涌现。在竖向轴线测量上出现了激光垂准仪，该测量设备的问世解决了各种高层、超高层建筑日益增多且向造型复杂、质量水平要求高等技术难题。

激光垂准仪（我们通常使用的北京产DZJ3激光垂准仪）是用于测量相对垂准线的微小水平偏差，进行铅垂线的点位传递的测量工具。主要技术指标：同轴误差≤5"，精度1/40000以上，100m光斑直径仅为5mm，激光测量距离为白天≥120m、夜晚≥300m。且结构简单、操作方便。可以广泛应用在高层、超高层建筑、电梯、井塔以及烟囱等。

在投点过程中通常使用到：激光垂准仪一台、若干个网格激光接收靶及有同调频的对讲机两台。

2.竖向轴线控制方法

2.1 竖向轴线控制仪器的选择依据

工程施工测量主体部分最重要的工作即为：轴线控制和标高控制，其中轴线控制尤其重要，是否能够保证建筑物的垂直度、是否能够满足装饰装修及外墙饰面等工作的施工直接与垂直度有关。对于建筑竖向轴线控制有如下三种方案：

（1）吊线坠法：受风力影响大，精度较低。当风力较大时，线坠会出现晃动，对精度有较大影响，且受测量人员主观因素影响较大；

（2）经纬仪垂直投影传递法：受环境、场地、气候条件制约严重。施工到高度较大时候，由于场地狭小没有场地去安放仪器、阴雨天等因素制约着此方法的应用；

（3）激光垂准仪内控法：精度较高、测量速度快。受操作人员主观影响因素小，且越暗处施工精度越高，适用于工业与民用建筑精确测量使用。

根据以上特点的比较，采用激光垂准仪进行竖向轴线测量是最优选方案。

2.2 仪器工作原理

开动激光垂准仪发射器，可以将下方的激光束向下投至地面的基准点上，之后向上方发射铅锤激光束，用它作为铅锤基准线，精度比较高。具体原理如图2-1。

图2-1 垂准仪测量示意图

2.3 工艺流程和方法

制定测量方案→选定底层控制点→调试仪器→施工测量。

2.4 控制点的分段投测

为了提高工效，防止误差积累，考虑仪器性能条件和施工环境（如风力、温度等）影响缩短测程，对于层数较高、建筑物形状复杂的垂直度的测量可采取分段控制。分段投点的方式，即按照层数将建筑物分成几个测量段，每当施工到上一段楼层时，在同一位置控制点的点传递孔两侧预埋钢板，然后将首层的控制点的点位精确地投至上一段的楼层，并进行控制网的检测及校正，确定该点位后作为上一段各层的引测点。

具体步骤为：

（1）制定测量方案：

根据高层建筑的结构形式、施工方法和环境条件，工程技术人员和测量人员制定出切实可行的施工方案。

（2）选定底层控制点：

在底层依据平面控制系统，建立竖向测量控制点。控制网点在建筑物底层混凝土面上预埋若干块200mm×200mm的钢板预埋件，标定点位后在钢板面上用2mm手钻钻出点位，并用铜丝钉入点位孔中，同时四周用钢筋焊制100mm高钢筋笼，用木模板加以覆盖并作明显标识，每个控制点在各层楼面均预留200mm×200mm垂直传递孔，并用红砖在孔四周砌设120mm高的阻水圈。

（3）调试仪器：

调节基座脚螺旋，使基座上的圆水准泡居中，之后按顺时针方向连续旋转120°，三个方向均显示水泡居中即为调平无误；在测量开始前要先用接收靶在预投射楼层试验激光光斑的直径，直到调节到光斑最小为止。

调试仪器时，最好把仪器放在一个比较昏暗的环境中,这样可使激光光斑看起来更加清晰,可提高调校的准确性,同时用于调校的场地必须保持平稳,远离震源。

（4）施工测量：

在此处施工测量即为投点工作：包括下方测量人员的投点工作和上方测量人员的记点工作。

①在预投点的楼层,上方测量人员先把1块300mm×300mm的网格接收靶放置在楼板的预留洞上,接收靶的靶心要记录激光光斑,不能受阻隔。

②上方测量人员准备好后用对讲机通知下方测量，下方测量人员接通知后,首先把激光垂准仪开启,然后按下激光垂准仪的上、下出光选择键,选择上下同时出光,向上发射激光束。

③上方测量人员看到激光束的核心光斑投射到接收靶上后，待光斑逐渐稳定下来。当上方测量人员确定核心光斑已经处于稳定状态时,移动接收靶使靶心与核心光斑重合，记下激光束的光斑圆心位置，则可进行所测楼层的放线工作。

3.结果验证

通过大量的工程实践，以铁岭医学高等专科学校附属医院工程（65.6m高）为例，通过轴线竖向的控制，各垂直度偏差结果如下：外墙边缘从15层每层丈量的记录数据，与室内各层墙、柱垂直度检查得出，偏差值在3mm以内的为100%；外墙垂直度偏差最大值为12mm，高度在60m＜H≤90m建筑物，垂直度偏差最大值为15mm。这说明竖向垂直度控制是成功的，它对高层建筑施工中垂直度控制是可行的。

4.结语

4.1 高层和超高层建筑测量控制点之一就是轴线竖向控制，在施工前要按照工程实际情况和该工程结构特点制定可行的施测方案，合理选择控制点和控制网，选择经验丰富的测量人员按照操作方法准确施测是高层和超高层建筑轴线竖向控制的必备条件。

4.2 激光垂准仪投测轴线法精度高、速度快，从架设仪器到投测完成不超过10分钟。通过调兵山宇泰花园工程、铁岭市民服务中心工程、铁岭市如意大厦工程、铁岭医学高等专科学校附属医院工程等的竖向投测实践应用显示利用该法大大减少了人力投入，且操作方便，是高层和超高层建筑理想的轴线竖向控制方法。