巖土師專業(yè)知識輔導(dǎo)---工業(yè)與民用建筑工程測量

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解放前,上海工業(yè)和民用建筑發(fā)展較早,但規(guī)模不大,專業(yè)測繪人員少,儀具簡陋,測量技術(shù)落后。解放后,工業(yè)和民用建筑隨著工業(yè)的發(fā)展,新區(qū)的建設(shè),舊城區(qū)的改造,大型聯(lián)合企業(yè)的出現(xiàn),以及大批高層和超高層建筑的建設(shè),對工程測量提出了很高的精度要求,由建立測量控制網(wǎng),土建定位、設(shè)備安裝、大型屋頂金屬網(wǎng)架拼裝、整體吊裝就位、變形測量等,均要求達(dá)到毫米級的精度,甚至要求測量誤差控制在1~2毫米內(nèi)。隨著工程的特殊要求,使用了高精度電磁波測量儀,2秒級經(jīng)緯儀,全鉆型電子經(jīng)緯儀,自動安平精密水準(zhǔn)儀,1/200000天頂天底鉛垂儀,程序計算機(jī)自動繪圖儀等儀器設(shè)備。
    一、大型工業(yè)廠房工程測量
    1975年前,工業(yè)建設(shè)中的工程測量,均采用鋼尺量距及經(jīng)緯儀測角小平板測圖的方法,進(jìn)行測設(shè)三角控制網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)和人工測圖。1975年開始,華東電力院組建航測和陸地攝影測量專業(yè),配有立體量測儀、立體坐標(biāo)量測儀、陸地攝影經(jīng)緯儀、單投影轉(zhuǎn)繪儀、高差儀、縮小儀、立體反光鏡等儀器設(shè)備。測繪技術(shù)人員采用航測和陸攝的方法,完成了工業(yè)廠房工程測量任務(wù),使工程測量專業(yè)技術(shù)有了新的發(fā)展。1975年,華東電力院進(jìn)行了石化總廠大型立式油罐容積的陸地攝影測量。
    1977年,華東電力院開始高壓架空送電線路航空攝影測量,經(jīng)過5年研究試驗,于1982年初解決了線路直線性、象片連接差、交叉跨越、平面精度和高程精度等一系列技術(shù)難題,摸索了一整套應(yīng)用于實際工程中的工作方法和作業(yè)程序,在同年下半年投入生產(chǎn)。
    70年代期間,華東電力院還應(yīng)用陸地攝影測量,完成了蘇南核電站選廠階段1/1000大比例尺地形圖的外業(yè)攝影和內(nèi)業(yè)成圖任務(wù),有2個多平方公里,其中內(nèi)業(yè)成圖由上海測繪院完成。同時,還完成了江西東津水電站1/1000比例尺陸攝成圖任務(wù)。
    工程控制網(wǎng)測量,在平坦地區(qū)一般采用方格網(wǎng)形式,是大中型企業(yè)興建時首要的測量工作,是建(構(gòu))筑物施工定位的依據(jù)。1978年2月,上??辈煸簻y量隊承接寶鋼廠區(qū)建筑方格網(wǎng)測量任務(wù),該廠面積14平方公里,東西長7公里,南北寬2公里,廠區(qū)地勢平坦,河渠溝塘較多,樹林村莊密集,尚有許多碉堡,對測設(shè)方格網(wǎng)極為不利,為爭取建廠時間,首先布設(shè)1個四等三角網(wǎng),供道路施工初定方格網(wǎng)點使用,在障礙物清除后,精測方格控制網(wǎng)。全廠方格網(wǎng)分二級布設(shè)。第一級為首級控制,以東西向中央主干道(緯三路)及與其垂直的經(jīng)一、經(jīng)三、經(jīng)五干道組成主軸線網(wǎng),在主軸線兩端及中心相交處,建10米以上鋼標(biāo),使格網(wǎng)邊長相互通視,以利控制精度。第二級沿廠區(qū)其余10多條干道布設(shè)方格網(wǎng),以一級網(wǎng)為起迄。一級網(wǎng)采用2秒級經(jīng)緯儀,9測回測角24米殷鋼尺二支往返懸空丈量,量距工作量極大,為滿足施工進(jìn)度,20多人每天工作10多小時,加班丈量1個多月,最終丈量精度滿足1/100000的規(guī)定,軸線定線偏差亦滿足180°±5″,二軸線交角90°±3″的要求。除平面控制外,又設(shè)置廠區(qū)30公里Ⅱ等水準(zhǔn)網(wǎng),作為廠區(qū)高程控制的依據(jù)。高精度大方格網(wǎng)與水準(zhǔn)網(wǎng)的建立,保證了大型鋼結(jié)構(gòu)廠房定位,精密自動化設(shè)備安裝,以及長距離自動化流水線銜接的正確性。
    1979年,根據(jù)國家現(xiàn)有的航攝像片和外控點資料,按綜合法、微分法、樁點法等,先后完成了福建省永安電廠灰場、安徽省淮北電廠選廠等工程1/50000地形圖,特別是淮北電廠選廠時急需1/50000地形圖,華東電力院測繪人員邊摸索邊試驗,在采用像片成圖新技術(shù)的情況下,較快完成了30平方公里的成圖任務(wù)。
    1981年,中船勘察院在江州造船廠施工測量中,采用航測手段完成1/1000陸上地形測量任務(wù),又采用WN-1超聲波測深儀,施測了廠區(qū)1.35平方公里水域地形測量。該項測量獲1987年國家銀質(zhì)獎。
    1982年,秦山核電廠由中船勘察院承擔(dān)工程測量任務(wù)。工作中,充分發(fā)揮電磁波測距儀的作用,將平面控制網(wǎng)分三級布設(shè),首級布設(shè)4等電磁波測距導(dǎo)線(20點),T26測回測角,DI5電磁波測距,平差后測角中誤差1.8秒,最弱點點位中誤差±23.3毫米。4等導(dǎo)線網(wǎng)下布設(shè)Ⅱ級電磁波測距導(dǎo)線(42點),其下又設(shè)置13條圖根導(dǎo)線(26點),測量精度均滿足工程測量規(guī)范要求。并完成陸地和水下1/2000地形圖6.8平方公里,其中水下地形1.2平方公里,對山區(qū)3平方公里地形,用航測成圖(攝影比例尺為1∶14000),象控點聯(lián)測采用WILD DI3S紅外測距儀,用STEMETROGRAPH下型精測儀成圖。對平坦地區(qū)及村莊,采用小平板儀和經(jīng)緯儀聯(lián)合測量。航測圖質(zhì)量采用DI3S紅外測距儀配T2經(jīng)緯儀進(jìn)行檢查,高程中誤差±0.94米,地形點中誤差圖上為±0.56毫米。
    1984年,在江蘇魏集電廠選廠工程中,華東電力院利用國家現(xiàn)有1/2000航片,采用1983年購置的G型精密立體測圖儀,應(yīng)用全野外布點全能法成圖,完成16平方公里1/2000大比例尺地形圖,根據(jù)實地檢測,高程中誤差為±0.35米,滿足了工程需要。
    同年7月,興建上海耀華皮爾金頓玻璃有限公司浮法玻璃廠,上海勘察院承擔(dān)測設(shè)方格網(wǎng)任務(wù),測量的建筑面積共9.17萬平方米,40余項單項工程,有3500平方米的熔窯車間和長達(dá)540米的浮法工藝生產(chǎn)流水線施工放樣。方格網(wǎng)長1公里,寬0.5公里,分二級布設(shè),I級網(wǎng)直線角180°±8″,直角90°±6″,邊長丈量1/50000,邊長相對誤差1/20000,方位角閉合差±8。Ⅱ級網(wǎng)精度略低于Ⅰ級網(wǎng),設(shè)2座鋼標(biāo),并將部分點設(shè)置在川楊河以南及廠外建筑物上,隨時可檢測因施工遭破壞移位的控制點。首次應(yīng)用AGA120電磁波測距儀,測量方格網(wǎng)邊長,僅化半個月時間完成了Ⅰ級網(wǎng)19點,Ⅱ級網(wǎng)4點方格網(wǎng)測量工作。工程特點是,以測距代替量距,節(jié)省人力約80%,提高功效近10倍。
    1985年,中船勘察院在武昌造船廠進(jìn)行滑道現(xiàn)狀測量,水上部分軌道相對位置偏差不大于±2毫米,高程偏差小于±2毫米。水下部分縱向偏差小于±10毫米,橫向偏差小于±5毫米,高程偏差小于±5毫米,弧形滑道全長360米。水下部分采用倒錘裝置,將軌道上測點正確投影出水面,在岸上用極坐標(biāo)法進(jìn)行現(xiàn)狀測量,同時,又與同濟(jì)大學(xué)合作,采用近景攝影測量方法,與倒錘法比較均滿足設(shè)計要求。
    1991年12月,中船勘察院進(jìn)行江南造船廠地形測量,平面控制以Ⅰ級導(dǎo)線為首級控制,Ⅱ級符合導(dǎo)線加密,Ⅰ、Ⅱ級導(dǎo)線均帶有條件的間接觀測平差計算。高程以Ⅱ等水準(zhǔn)為首級控制。地形測量采用DT5電子經(jīng)緯儀加Redmini測距儀、PC-1500野外電子記錄手薄,組成積木型全站儀進(jìn)行自動測量,自動計算,自動記錄存儲。內(nèi)業(yè)繪圖采用486計算機(jī),高精度大屏幕圖形顯示器,數(shù)字化儀,桌面繪圖機(jī),以及開發(fā)的測繪原件系統(tǒng)組成CAD工作站來編輯成圖。共完成78.9萬平方米1/500地形圖測量。
    此外,華東電力院還完成了大量水下地形測量任務(wù),利用超聲波測深儀相繼完成了面積較大的鎮(zhèn)海電廠、徐六涇電廠、石洞口電廠、外高橋電廠等測線長122公里,測量范圍5220平方公里,測圖比例尺1/1000~1/2000,局部1/500測量任務(wù)。華東電力院還利用GPS與自動測深儀聯(lián)合作業(yè),進(jìn)行水下地形測量,該法直接進(jìn)行計算機(jī)成圖。
    二、大型民用建筑施工測量
    1971年3月,上海電視鐵塔開始建設(shè),塔高205米。由上海測繪院和同濟(jì)大學(xué)測量系承擔(dān)工程測量任務(wù),塔身定位拼裝是主要測量內(nèi)容,采用地面斜臥拼裝,整體豎起就位的施工方法,設(shè)計指定拼裝定位對205米高度偏離中心不得大于20毫米,在拼裝過程中,嚴(yán)格控制測量誤差,最終天線安裝偏心值為5毫米。上海電視鐵塔于1984年建成。
    1973年,上海勘察院承擔(dān)上海體育館工程測量任務(wù),根據(jù)體育館結(jié)構(gòu)施工流程,首先在直徑110米圓周上,樹立36根高26米的立柱,然后在現(xiàn)場進(jìn)行大屋頂金屬網(wǎng)架地面拼裝,最后整體吊裝就位。測量的主要內(nèi)容,是配合設(shè)計、施工進(jìn)行建筑物軸線控制測量,定位放樣工作和屋頂網(wǎng)架拼裝測量,屋頂網(wǎng)架變形測量,其中36根柱子中心定位(誤差要求±5毫米)和網(wǎng)架拼裝是兩項關(guān)鍵性的測量工作。在網(wǎng)架拼裝前,地面設(shè)置支承網(wǎng)架的223只高度不同的鋼模臺。設(shè)計要求模臺間距6.111米,誤差不大于2毫米,55米屋頂半徑允許誤差10毫米。當(dāng)時采用鋼尺量距,2秒級經(jīng)緯儀定向測角,精密水準(zhǔn)儀測高。為避免白天氣溫對鋼尺的影響,改為傍晚丈量,網(wǎng)架的幾何數(shù)據(jù)選用兩套測量方法進(jìn)行,最后取平均值以提高測量精度。在作業(yè)過程中加強(qiáng)檢查,網(wǎng)架拼裝誤差絕大部分控制在設(shè)計限差內(nèi),個別數(shù)據(jù)稍有超限,最終整體網(wǎng)架吊裝全部準(zhǔn)確就位于36根柱子上,使體育館屋頂網(wǎng)架施工安裝一次成功,該工程于1975年竣工。
    1983年,在上海體育館東南興建一座室內(nèi)游泳館,采用了三向金屬網(wǎng)架屋頂,由于館型采用六角形,施工測量精度略高于體育館。上??辈煸簻y量隊承擔(dān)工程測量,由于有了體育館的測量經(jīng)驗,游泳館測量方法僅選用一種。屋頂網(wǎng)架地面拼裝時,改手工量距為使用電磁波測距儀測距。網(wǎng)架起吊就位于28根立柱上,完全滿足安裝的要求,全部符合驗收標(biāo)準(zhǔn)。
    1989年初,在陸家嘴建造上海東方明珠電視塔,塔高468米。工程施工測量由上海市建筑一公司承擔(dān)。在施工前,工程技術(shù)人員對高、大、重、深、造型復(fù)雜的電視塔,如何準(zhǔn)確控制塔身的垂直度是一大難題。電視塔直筒垂直測量是整個測量的重點,是保證塔身垂直度的關(guān)鍵,它的難度和復(fù)雜不僅表現(xiàn)在測量控制點布設(shè)困難,而且受施工條件的干擾和不良?xì)夂虻挠绊?。根?jù)設(shè)計提出測量精度要求:塔筒4個垂準(zhǔn)基點的標(biāo)準(zhǔn)差小于2毫米,塔筒中心點控制到平臺誤差小于3毫米,塔中心米字形軸線長度誤差1/20000,竣工后塔身垂直度偏差小于50毫米,測繪人員決定用Wild ZL天頂垂準(zhǔn)儀作垂準(zhǔn)測量,用WildT2級經(jīng)緯儀(附彎管)作垂準(zhǔn)檢查。根據(jù)建筑施工工藝和程序,自行設(shè)計作業(yè)方法,首先在-0.05米處建立高精度小控制網(wǎng),在不同標(biāo)高設(shè)立基準(zhǔn)平臺,作為投點的依據(jù),然后將控制網(wǎng)和基準(zhǔn)面4個中心點(3個直筒中心和塔體中心),精確投到隨筒體高度而提升的施工平臺上,進(jìn)行米字形軸線測量。每當(dāng)平臺上升一次(3米),投點和軸線測設(shè)并檢查一次,由底到頂共測設(shè)90多次,由于道道工序有檢查,最終筒體中心偏差為22毫米,其他3個直筒體的偏差在15毫米以內(nèi),達(dá)到塔筒體垂準(zhǔn)測量優(yōu)異成績,在球體鋼結(jié)構(gòu)安裝時,球體玻璃幕按圖紙要求順利鑲嵌到位,實踐檢驗測量方法是成功的。在電視塔工程測量鑒定會上,一致評價塔位垂準(zhǔn)測量作業(yè)達(dá)世界先進(jìn)水平。
    三、建(構(gòu))筑物變形測量
    工業(yè)和民用建筑(包括地基基礎(chǔ))都要求堅固穩(wěn)定,為此必需進(jìn)行周期性的變形監(jiān)測工作,確保使用安全。建國前,變形測量極少開展,亦未引起重視。建國后,上海較早開展變形測量的單位有:上海測繪院、中船勘察院、上海民用院、華東工業(yè)院、華東電力院等。1950年,上海測繪院開始觀測建筑物沉降。1962年,中船勘察院進(jìn)行441廠宿舍樓沉降觀測及船廠滑道變形測量。電廠主要建(構(gòu))筑物的沉降觀測,主要有吳涇電廠、閘北電廠、楊樹浦電廠等。觀測方法一般按Ⅱ等水準(zhǔn)測量精度施測,傾斜觀測采用導(dǎo)線交會法、投影法等。
    上海體育館金屬大屋頂網(wǎng)架重600多噸,直徑110米,中間無一根柱支撐,網(wǎng)架沉降量雖有理論計算值,但無實際測試數(shù)據(jù)可比較,上海勘察院于1973年10月開始進(jìn)行網(wǎng)架變形觀測,用直接水準(zhǔn)方法測定網(wǎng)架節(jié)點的沉降量,從試吊、安裝、屋面板裝飾,直至1983年11月止,觀測周期歷時9年,總下沉量(屋頂中心點)為283毫米,低于設(shè)計要求500毫米。通過變形測量不僅保證了體育館安全使用,同時又掌握了大型無柱體育館屋頂網(wǎng)架沉降量變化規(guī)律,為以后同類型網(wǎng)架變形測量提供可靠參考依據(jù)。
    1977年,華東電力院進(jìn)行了橫跨長江的220千伏送電線路大跨越弧垂測量,跨越地段在蕪湖東、西梁山,跨距1500米左右,塔高140~150米,采用三角形解析法,測定導(dǎo)線懸掛點高程的1/2擋距處的導(dǎo)線高程,同時測定大氣溫度和風(fēng)力,并建立導(dǎo)線拋物線聯(lián)立方程,解算導(dǎo)線最低點和1/2擋距處弧垂值。同年,還進(jìn)行了長江南京大跨越弧垂測量,跨距達(dá)1931米,塔高193.5米,取得了大跨越弧垂測量經(jīng)驗。
    1986年,上??辈煸撼袚?dān)了花園飯店樁基的全方位變形監(jiān)測,目的在于掌握軟土地區(qū)高層施工時,土體及建筑物沉降變化規(guī)律,保護(hù)附近地下管線和居民的安全。在經(jīng)過多項測試工作后,摸索到一整套監(jiān)測方法,提高了監(jiān)測技術(shù),同時又積累了完整而有參考價值的實測數(shù)據(jù),為施工監(jiān)測工程開創(chuàng)了一個良好的先例。
    1989年,上海測繪院和上海鐵勘院為合流污水工程在地下施工時的主管監(jiān)護(hù)單位,負(fù)責(zé)鐵路監(jiān)護(hù)變形觀測,測量鐵路附近及路基、鐵軌的變形值。在地下施工日夜挖掘的情況下,監(jiān)測工作亦相應(yīng)進(jìn)行。特別施工臨近鐵路時,地面監(jiān)測頻率提高,甚至每隔20分鐘,要求提供一次沉降數(shù)據(jù)。根據(jù)這些特殊要求,監(jiān)護(hù)單位改變常規(guī)作業(yè)方法,采用PC-1500計算器記錄,自編計算程序,經(jīng)RS-232電子接口與CR-3240打印機(jī)連接進(jìn)行快速打印。該套作業(yè)方法,能在每次觀測結(jié)束后3分鐘內(nèi),提供沉降點的日沉降量及累計沉降量,滿足快速提供數(shù)據(jù)的要求。在測量員日夜跟蹤測量下,保證了每施工段的安全行車。
    1991年,上海市居住開發(fā)區(qū)總公司和上??辈煸?,開始對近300幢高層進(jìn)行沉降測量,收集高層的勘察、設(shè)計、施工、測試等系統(tǒng)資料,進(jìn)行匯編和科學(xué)分析,以達(dá)到解決現(xiàn)行樁基計算中有關(guān)問題,提高沉降計算合理性,發(fā)展巖土工程技術(shù)基礎(chǔ)理論,降低建筑基礎(chǔ)投資等目的。
    90年代,市區(qū)樁基施工大部分改為混凝土灌注樁形式,在基坑開挖時,又增加基坑周圍維護(hù)設(shè)施的測斜等監(jiān)測內(nèi)容。1993年,中船勘察院承擔(dān)當(dāng)時中國建筑88層的金茂大廈直徑900毫米、長65米、送樁18米的超長、超深大口徑鋼管樁的打樁施工監(jiān)測,及直徑142毫米降水井,18米深、2萬平方米基坑圍護(hù)的降水和開挖以及基礎(chǔ)體系、主體結(jié)構(gòu)工程的施工監(jiān)測,使監(jiān)測工作又上了新的臺階。1995年,中船勘察院又開始承擔(dān)金茂大廈施工的全面監(jiān)測工作。
    1993年,當(dāng)楊浦大橋建成未通車前,交通部三航局測量隊進(jìn)行了大橋撓度變形的測量工作,為大橋竣工驗收提供變形數(shù)據(jù)。他們引用日本生產(chǎn)的智能性的雙軸補償三維坐標(biāo)快速測定系統(tǒng),進(jìn)行撓度變形測量,該套裝置系統(tǒng)精度高、測定跟蹤速度快,且能自動記錄、繪圖。大橋建成后,實施大橋全結(jié)構(gòu)在動、靜載時大橋撓度觀測,獲得了大量的撓度變形數(shù)據(jù),并與設(shè)計理論值比較,結(jié)果完全一致。該測試法定名為“撓度檢測新工藝”,在國內(nèi)首創(chuàng)。變形測量的業(yè)務(wù)范圍越來越寬廣,測試技術(shù)不斷提高,在建筑行業(yè)中已占有重要地位。