付 宏

(太原市住宅保障中心，山西 太原 030001)

1 概述

建筑整體傾斜觀測(cè)是多層和高層建筑變形觀測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)于建筑的施工和維護(hù)具有重要意義。整體傾斜觀測(cè)的方法常用經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法、吊垂線法、激光準(zhǔn)直法等，其中投點(diǎn)法因其受周?chē)h(huán)境影響小、操作便捷、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，所以使用更加廣泛。但投點(diǎn)法也有其局限性，一般僅適用于立面為矩形的建筑或角部為直角的建筑。然而，近年來(lái)，隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑的外圍輪廓和形狀越來(lái)越多樣化，在使用傳統(tǒng)投點(diǎn)法進(jìn)行整體傾斜觀測(cè)時(shí)就遇到了困難。鑒于此，筆者利用免棱鏡全站儀實(shí)驗(yàn)了一種新的用于整體傾斜觀測(cè)的方法，并在工程實(shí)踐中對(duì)其精度進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 傳統(tǒng)投點(diǎn)法

傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法進(jìn)行整體觀測(cè)傾斜的方法如圖1所示。

投點(diǎn)法觀測(cè)的位置一般選取建筑的直角部位(如圖1所示)，首先找到建筑Ⅰ面墻頂部與底部對(duì)應(yīng)的一對(duì)點(diǎn)，頂部觀測(cè)點(diǎn)記為M，底部觀測(cè)點(diǎn)記為N。將經(jīng)緯儀(全站儀)安置于正對(duì)Ⅰ面墻的位置，儀器的架設(shè)距離應(yīng)為建筑高度1.5倍～2.0之間。照準(zhǔn)建筑頂部觀測(cè)點(diǎn)M，制動(dòng)儀器的水平度盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)豎直度盤(pán)，使儀器的視線沿垂線投影至與N點(diǎn)同一水平線上，記為點(diǎn)N′；量取點(diǎn)N與點(diǎn)N′之間的距離ΔB，即得到建筑物平行于Ⅰ面墻的偏移量；同時(shí)，根據(jù)點(diǎn)N′、點(diǎn)N的相對(duì)位置，可以判斷建筑平行于Ⅰ面墻的傾斜方向。同理，將儀器搬至與Ⅱ面墻垂直的位置，采用上述方法，觀測(cè)點(diǎn)Q和點(diǎn)Q′，量取距離ΔA。

將ΔA和ΔB矢量相加，即可得到Ⅰ，Ⅱ面墻所夾房角處的總偏移量，將總偏移量與建筑的高度相除，即為該房角的傾斜率。同時(shí)，根據(jù)點(diǎn)N′、點(diǎn)N和點(diǎn)Q′、點(diǎn)Q的相對(duì)位置，可判斷出該房角的傾斜方向。

3 投點(diǎn)法的改進(jìn)

通過(guò)以上簡(jiǎn)單的介紹，我們不難看出，經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法操作便捷、數(shù)據(jù)計(jì)算方便。但在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)過(guò)程中，由于頂部與底部的對(duì)應(yīng)點(diǎn)(即點(diǎn)M和點(diǎn)N，或點(diǎn)J和點(diǎn)Q)在建筑墻面上不易準(zhǔn)確找到，所以一般以墻角的頂部和底部為觀測(cè)點(diǎn)。正因?yàn)槿绱耍瑢?duì)于墻角并非直角的建筑而言，則無(wú)法采用傳統(tǒng)的投點(diǎn)法進(jìn)行傾斜觀測(cè)。

而免棱鏡全站儀的出現(xiàn)，則為上述傾斜觀測(cè)遇到的問(wèn)題提出了一種新的解決辦法。免棱鏡全站儀利用激光作為光源，在沒(méi)有棱鏡或反射片的情況下，依然可以進(jìn)行高精度的測(cè)距工作。筆者就是利用其這一特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法進(jìn)行了一定的改進(jìn)，使用此改進(jìn)后的方法可直接測(cè)定建筑的傾斜方向和偏移量。

改進(jìn)后的投點(diǎn)法原理見(jiàn)圖2。

在與墻面垂直的某點(diǎn)架設(shè)免棱鏡全站儀，利用免棱鏡模式直接觀測(cè)建筑頂部觀測(cè)點(diǎn)M，記錄所測(cè)平距HA；制動(dòng)儀器的水平度盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)豎直度盤(pán)，觀測(cè)建筑底部觀測(cè)點(diǎn)N，記錄所測(cè)平局HB。由于在一個(gè)觀測(cè)測(cè)回中，儀器與墻面的相對(duì)位置固定，所以HA與HB的差值即為該墻面傾斜的偏移量e，即e=HA-HB。而通過(guò)此方法得到的傾斜方向則垂直于墻面，即若e>0，則該墻面傾斜方向?yàn)檫h(yuǎn)離儀器的方向；若e<0，則傾斜方向相反；若e=0，則該墻面沒(méi)有發(fā)生傾斜。

4 工程實(shí)例

利用上述原理，筆者就某一工程實(shí)例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證其操作的可行性和數(shù)據(jù)的精度情況。

某建筑東西長(zhǎng)79 m，南北寬76 m，地上6層，高度為23.6 m，平面外形為多邊形，建筑房角并非直角。建設(shè)單位懷疑該建筑因不均勻沉降發(fā)生了傾斜變化，需對(duì)其進(jìn)行整體傾斜觀測(cè)，了解其傾斜率及傾斜方向(允許傾斜率不超過(guò)0.004)。建筑外輪廓及傾斜觀測(cè)點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖3。由于該建筑的墻角并非直角，為了能夠觀測(cè)到整體傾斜，直接將建筑的墻面中部作為觀測(cè)目標(biāo)，對(duì)建筑的每個(gè)墻面進(jìn)行傾斜觀測(cè)，觀測(cè)點(diǎn)編號(hào)1號(hào)～4號(hào)。在本工程實(shí)例中，使用的全站儀型號(hào)為索佳NET05X，其精度為：測(cè)角精度0.5″，免棱鏡模式下測(cè)距精度1 mm+1 ppm。

根據(jù)JGJ 8—2016建筑變形測(cè)量規(guī)范，本次觀測(cè)的精度按二等精度執(zhí)行，要求建筑頂部觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底部觀測(cè)點(diǎn)的水平位移分量中誤差不大于3.0 mm。以3號(hào)觀測(cè)點(diǎn)為例，在距離Ⅲ面墻一定距離的位置上架設(shè)全站儀，用免棱鏡模式觀測(cè)墻頂，記錄所測(cè)平距HA；制動(dòng)全站儀的水平度盤(pán)，旋轉(zhuǎn)垂直度盤(pán)直至墻底進(jìn)行觀測(cè)，記錄所測(cè)平距HB。觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 觀測(cè)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)分析過(guò)程如下：用me,mHA,mHB分別表示偏移量e、平距HA、平距HB的中誤差，由于e=HA-HB，根據(jù)誤差傳播定律，可知：

(1)

(2)

其中，m為中誤差;v為每一次的觀測(cè)值與平均值的差值；n為觀測(cè)次數(shù)。

計(jì)算得mHA=±1.10 mm，mHB=±0.78 mm，繼而求得me=±1.35 mm≤3.0 mm，滿足精度要求。

在本工程實(shí)例中，3號(hào)觀測(cè)點(diǎn)的傾斜方向?yàn)榇怪雹竺鎵η铱拷鼉x器方向，傾斜率的平均值為0.003 2，未超過(guò)允許值的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

1)改進(jìn)后的方法仍會(huì)遇到部分傳統(tǒng)投點(diǎn)法施測(cè)過(guò)程中的問(wèn)題，利用免棱鏡全站儀進(jìn)行傾斜觀測(cè)，操作更加簡(jiǎn)單，不再借助小鋼尺等輔助工具進(jìn)行距離量測(cè)，避免了因小鋼尺精度不足導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果精度降低的影響；同時(shí)，此方法不再需要特意尋找墻面上對(duì)應(yīng)的頂部與底部特征點(diǎn)，觀測(cè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置選擇更加靈活，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)外形更加復(fù)雜的建筑進(jìn)行傾斜觀測(cè)。與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法不同的是，傳統(tǒng)投點(diǎn)法觀測(cè)到的傾斜方向與觀測(cè)墻面平行，而改進(jìn)后的方法觀測(cè)到的傾斜方向則與觀測(cè)墻面垂直。2)此方法是在傳統(tǒng)經(jīng)緯儀(全站儀)投點(diǎn)法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)方法，雖然可以對(duì)非直角墻角的建筑進(jìn)行整體傾斜觀測(cè)，但是仍無(wú)法避免既有建筑外墻保溫和裝飾裝修等對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。