高耸建筑物的垂直度测量

高耸建筑物的垂直度测量邓永忠江门市规划测绘勘察队关键词垂直度交会法引言大型烟囱和高压输电铁塔等建筑物，都有着很高的高度，而底部和顶部的水平断面尺寸与高度相比都对较小，也即是高瘦型建筑。大型烟囱重量都很大，对地基的压力就很大，若超过了一定限度的偏科，就会对基础（地基）产生不均匀的压力，使得偏科和不均匀的压力形成恶性循环。高压输电铁塔要承受塔顶悬挂着的输电线的重量，使得铁塔的总体重心在铁塔顶部，受到风力、气温等自然因素的变化，铁塔顶部将受到方向不断变化、大小不匀的力量使得铁塔不断摇摆，产生不同方向偏离垂直位置的趋势。所以，对这两类建筑物的垂直度观测就非常必要。我们也对这样的建筑物进行过垂直度测定和监测，现将我们的做法介绍如下，不当之处请同行的专家们给予指正：垂直度的观测我们采用交会法，测定建筑物底部中心和顶部的坐标，比较底部中心和顶部的坐标来确定建筑物的垂直度，通过一定时间间隔的多次测定即可了解建筑物垂直的稳定性。为什么选择交会法而不选用其他方法的理由如下：若采用测定和监测建筑物基础倾斜，只能反映建筑物基础的倾斜程度，和倾斜的发展，只能间接推断建筑物垂直与否，垂直程度有无发展和变化，若建筑物在中段有裂变而使建筑物中段以上偏离了垂直位置，基础倾斜是不能反映和发现的，所以，我们没有选择测定基础倾斜的办法。若采用正垂线或倒垂线测定和监测建筑物垂直度，对已建完和使用中的建筑物，受环境和安全的限制往往无法实施或实施极困难，所以也未选用。用交会法测定建筑物的垂直度，我们体会主要应注意以下几方面：第一是仪器的测前检验，第二是测站点的选点，第三目标的测量；第四观测数据处理现分别叙述如下：一，仪器的测前检验：由于被观测目标很高，观测时经纬仪视线的垂直角必然较大，测量目标的水平方向时，受仪器垂直轴不垂直的影响，水平角就有垂直轴不垂直（也就是仪器水平轴不严格水平）带来的误差，这种误差的绝对值，随垂直轴倾斜的方向而变化，无法采用技术措施消除，用盘左盘右位置观测也不能抵消，所以，施测前，除按一般仪器检验项目保证三轴相互垂直的关系外，还要特别细致地检验和调校仪器照准部管状水准器的水准轴与仪器垂直轴的相互垂直关系，在整置仪器时，也要细致地整平仪器，保证在整个观测时间内照准部管状水准器泡不偏离二分之一格值。若使用的仪器有双轴补偿功能，效果会更好。一，测站点选点：测站点选在被测建筑物周围稳定的地方，一般敷设四个以上，最好均匀分布在整个圆周上。对于测站点与被测目标的距离我们考虑如下：设观测目标高点时的垂直为T，照准目标高点的方向上，仪器水平轴受垂直轴不垂直而倾斜的角度为v，则目标高点的水平方向因水平轴倾斜而带来的水平角误差c的函数关系为：C（秒）=v（秒）*tg（T）从以上关系式看出；在水平轴倾斜时，高点的垂直角越大，高点的水平方向误差也越大，所以，我们选测站点时，最好距离被测目标高度的两倍为好，这样，一方面使得观测高点时，垂直角不大于30度，又不会因距离太远而使照准误差加大，测站点最好选同一个后视目标，后视方向在目标清晰的情况下远一点较好，可以使所有测站点有误差一致的方位角起算数据。三，目标的测量烟囱的水平断面一般都是圆形，底部中心在烟囱的内部，无法直接测定底部中心的坐标，我们可以在底部同一水平面上，测得均匀分布的四个烟囱外表面点坐标，任意三个点的坐标可以求得一组底部中心（圆心）的坐标，四个外表面点有四组不同的组合，也就是可以求得四组底部中的坐标，由于测定四个外表面点的坐标时，有偶然误差，烟囱底部的水平断面也不严格为一个圆周，所以，四个底部中心坐标不完全相同，这就有了平差问题，如果四个底部中心坐标差别不大，也可以取算术平均值作为底部中心坐标的最后结果。测定烟囱顶部中心的坐标，采用方位角交会法；在所有测站点上测定烟囱顶部左、右外缘和后视点的水平夹角，左、右外缘与后视点的夹角取中数，即为顶部中心与后视点的夹角，进而推算出该测站顶部中心点的方位角，每个测站点到顶部中心的方位角，可交会求出一组顶部中心的坐标，由于测站数大于两个，所以，测站不同的组合，就求出多组不同的顶部中心坐标，同样，由于水平角度存在偶然误差，顶部中心的多组坐标也不尽相同，这就有了平差问题，平差后的顶部中心坐标作为该次测定的最后结果。底部中心坐标与顶部中心坐标比较，就可得出顶部中心偏离底部中心的纵横坐标差，进而得出顶部中心的偏离距离，偏离方向，对日标高低的偏离百分比等相关数据。多次观测数据的比较就可得到垂直度的发展趋势。高压输电铁塔一般都是四个塔脚，平面形状为矩形或正方形，我们可以在每个对对角塔脚的同一水平位置，用细线绕成长‘8”字形，长8字形的交点，更主要的是两组对角塔脚的长“8”字的交点，就是输电铁塔底部中心点。用标志在实地把底部中心点标在地面上。底部中心点的坐标可以在四个测站上，用全站仪极坐标法测定平面百角坐标，或者在四个测站上用方位角交会法测定平面百角坐标。由于有多余的观测数据，要求得底部中心点平面百角坐标的最或是值结果，就需要平差。输电铁塔顶部中心点的位置，我们利用铁塔最高的一根横担两端对于输电铁塔顶部中心的对称性，用方位角交会法测定该横担两端的平面百角坐标，同样，横担两端点的平面百角坐标最或是值，也需要经过平差计算得到。再取横担两端点平面百角坐标最或是值的中数，就得到铁塔顶部中心点该次观测的平面百角坐标，与铁塔底部中心点平面百角坐标比较，就可得到铁塔顶部偏离垂直位置的偏移距离，偏移方向，对于铁塔高度的偏移百分比等数据，多次观测数据的比较，就可得出铁塔偏离垂直位置的发展趋势。四，观测数据处理:我们每一次对底部中心点和顶部中心点的测量，都有着较多地多余观测，为了消除多余观测的矛盾，并按最小二乘法原理求得测量对象最合理的最或是值结果。使用不同的观测方法，采用了不同的平差计算；对于烟囱顶部中心点和铁塔横担两端点的方位角交会法，我们使用了等权的间接观测（坐标）平差法。对于铁塔底部中心点的观测数据，由于同时有边长（距离）和角度的观测数据，使用了不等权间接观测（坐标）平差法处理。对于烟囱底部中心点的测量，由于观测数据是圆周上的超过必需数量的点的平面百角坐标，我们就采用了特殊的间接观测（坐标）平