施工测量控制网的建立(修改稿)

14施工测量控制网的建立4.1建筑物放样的程序和要求4.1.1建筑物放样的程序放样，又称为测设，它是按照设计和施工的要求，将设计好的建筑物位置、形状、大小及高程，按照一定的精度要求在地面标定出来，以便进行施工。实质是将图纸上建筑物的一些轮廓点（特征点）标定于实地上，其工作目的与一般测图工作相反，是由图纸到地面的过程。通常，建筑物的设计思路是：首先作出建筑物的总体布置，确定各建筑物位置间的相互关系（也就是各建筑物轴线间的相互关系），然后围绕主要轴线设计各辅助轴线，再根据辅助轴线设计各项细部的位置、形状、尺寸等。因此，工程建筑物放样工作的程序，应该与设计时的情况一样，遵循从整体到局部的原则，即首先在现场定出建筑物的轴线，然后再定出建筑物的各个部分。采取这样一种放样程序，可以免除因建筑物众多而引起的放样工作的紊乱，并且能严格保持各放样元素之间存在的几何关系。例如放样工业建筑物，则首先放样出厂房主轴线，再确定机械设备轴线，然后根据机械设备轴线，确定机械设备安装的位置。又如放样民用建筑物，则首先放样建筑物外廓轴线，再确定建筑物内部各条轴线，然后根据建筑物内部各轴线确定房间的形状、尺寸等。4.1.2建筑物放样的要求工程建筑物主要轴线放样要求，应根据建筑物的性质、它与已有建筑物的关系及建筑区的地形（主要决定工程量的大小）和地质（主要决定建筑物的稳定）情况来决定。例如扩建的建筑场地上的建筑物的主轴线，要考虑与现有建筑物的联系，而大坝主轴线的放样，主要考虑地形与地质状况。主轴线的放样，可以根据在建筑区为施工测量专门建立的控制网——施工控制网进行。而细部放样一般可根据主要轴线进行，但有时也可以根据施工控制网进行。测量人员应该创造从现场标定的轴线进行细部放样的条件。这对于保证建筑物的几何形状、尺寸及放样工作的顺利进行，都具有很大的影响。当施工控制网仅仅用于放样建筑物的主要轴线时，对该控制网的精度要求并不一定很高。例如，工业场地上主轴线放样精度为2cm，建立厂区施工控制网时，控制网能够满足这样的精度要求即可。但是，如果施工控制网除了用于放样主轴线，还用来放样各辅助轴线和细部结构时，则对施工控制网的精度要求就大大提高。例如桥梁的施工控制网，除了用来精2密测定桥梁长度外，还要用来放样桥墩的位置，保证其上部结构的正确连接，因此其精度要求就比较高。所以，放样工作应该建筑物施工的具体情况（精度要求，施工条件等），分别采取区别对待的方法，以降低施工施工控制网的精度要求，从而便于测量工作的进行。施工控制网建立好以后，就可以根据施工控制网进行轴线放样。但在实际工作中，并不意味着利用施工控制网一次就能将所有的建筑物轴线都放样出来，而是依据施工进度和施工需要，依次进行。因为过早放样某些点位，一是由于进度所限，不利于桩位的保护，二是施工过程中，设计有可能修改，过早放样的某些点位必须重新放样。综上所述，施工放样的程序可以做如下选择：一、根据施工控制网放样建筑物轴线，再根据建筑物轴线进行细部放样；二、根据施工控制网直接放样建筑物轴线和细部。如何选择，视设计、施工等实际情况而定。需要强调的是，放样是整个施工过程中的重要组成部分，因此，必须与施工组织计划相协调，在精度和速度方面满足施工需要。测量人员必须具有高度的责任心，做到胆大心细，满足进度，保证质量。4.2施工控制网的布设4.2.1施工控制网的特点勘测阶段所建立的测图控制网，其目的是为测图服务，控制点的选择是根据地形条件和测图比例尺综合考虑的。由于建筑设计的依据之一是地形图，测图控制网不可能考虑到待设计建筑物的总体布置，又由于施工控制网的精度取决于工程建设的性质，因此测图控制网无论从点位的精度方面还是从点位的密度方面，都难以满足施工放样的要求。为此，为了进行施工放样测量，必须建立施工控制网。施工控制网的布设应该根据建（构）筑物的总平面布置和施工区的地形条件来考虑。对于地形起伏较大的山岭地区和跨越江河的地区，一般可以考虑建立三角网或GPS网。对于地形平坦但通视比较困难的地区，例如改建、扩建的居民区及工业场地，可以考虑布设导线网。对于建筑物比较密集且布置比较规则的工业与民用建筑区，也可以将施工控制网布设成规则的矩形格网，即建筑方格网。相对于测图控制网而言，施工控制网一般具有如下特点：1控制的范围小，控制点的密度大，精度要求较高相对于测图区域而言，施工区域相对较小。对于一般的工业与民用建筑场地，许多施工区域面积小于1km2。但在如此小的场地上，各种建筑物的分布错综复杂，没有较为密集的3控制点，就无法胜任施工期间的放样工作。另一方面，建筑物的放样，其偏差都有一定的限差。如工业厂房主轴线的定位精度为2cm，相对于地形测绘而言，这样的精度要求是相当高的。因此，施工控制网的精度要求就比较高。2施工控制网使用频繁在施工过程中，控制点往往直接用于放样。对于复杂建（构）筑物，在不同的高度层上，往往具有不同的形状、不同的尺寸和不同的附属工程，随着施工层面和浇筑面的升高，往往对每一层都要进行放样工作。由此可见，控制点的使用是相当频繁的。从施工初期到工程竣工，有些控制点甚至用到几十次。这样一来，对于控制点的稳定性、长期保存的可能性、使用时的方便性就提出了比较高的要求。工地上常见的轴线控制桩、观测墩、混凝土桩等就是基于这一要求建立的。3放样工作容易受施工干扰在现代建筑工地上，经常采用交叉作业的方法，这样会使得不同建筑物的施工高度有时相差悬殊，会妨碍到控制点之间的相互通视。另外，施工机械遍布场地，人员往来频繁，运输车辆往来穿梭等，都会成为阻碍视线的严重障碍。因此，施工控制点的位置分布要恰当，密度也应该较大，便于工作时能有所选择。根据上述特点，施工控制网应该作为整个工程施工设计的一部分。布网时，应该充分考虑施工的程序、方法及施工场地的布置情况等。控制网布置好以后，还要注意桩位的保护。如标注在施工设计的总平面图上，对施工人员进行宣传教育等。4.2.2施工坐标系与测量坐标系的转换在设计总平面图上，建筑物的平面位置常常用施工坐标系统的坐标来表示。所谓施工坐标系，就是以建筑物的主要轴线作为坐标轴建立起来的局部坐标系统。如工业与民用建筑中往往以主要车间或建筑物的轴线作为坐标轴来建立施工坐标系，大桥用桥轴线，曲线隧道用其一条切线。当施工坐标系与测量坐标系（如高斯平面直角坐标系和城市坐标系）发生联系时，应该进行坐标换算，以使坐标系统统一。如图4-1：设xoy为测量坐标系，AO′B为施工坐标系，施工坐标系的坐标原点在测量坐标系中的坐标为（xo′,yo′），O′A轴的坐标方位角为α，则P点在两个坐标系的换算关系为：xp=xo′+Apcosα-Bpsinα(4-1)yp=yo′+Apsinα+Bpcosα以及4Ap=(y-yo′)sinα+(x-xo′)cosα(4-2)Bp=(y-yo′)cosα-(x-xo′)sinα上式中的参数xo′，yo′,α由设计文件给出。xAyo'ByαopppxpBpAoy'ox'图4-1测量坐标系与施工坐标系4.2.3施工控制网的布设方案施工控制网与测图控制网在投影面的选择上是不一样的。因为施工放样需要的是控制点之间的实地距离，所以施工控制网的基线长度不需要投影到平均海水面上。例如，工业建设场地上是将施工控制网投影到厂区的平均高程面上，桥梁控制网要求化算到桥墩顶面上，也有的工程要求将基线投影到精度要求最高的平面上，等等。有些复杂工程往往是各种建筑物、构筑物、公路、铁路、工业设施的综合体，各个项目对放样的精度要求不同；另外，各项目之间轴线的几何联系，相对于其内部各轴线间的几何联系，在精度上往往有较大差异。因此，在布置施工控制网时，采用分级布设是比较合理的。即首先布置整个施工区域的首级控制网，其作用是放样各个建（构）筑物的轴线，然后建立加密的二级控制网，其作用是控制各建（构）筑物内部的几何关系。需要指出的是，由于工程建设的特殊要求，二级控制网的精度有时要高于首级控制网，例如大坝坝体的建设与其内部发电机组的安装在精度上是有很大区别的，这也是施工控制网的一个特点。4.2.4高程控制网的布设方案在测图期间建立的高程控制网，在点位的密度和分布方面往往难以满足放样的要求，因此也需要建立专门的高程控制网。在施工期间，要求在建筑物附近的不同高度上都必须布置临时水准点，临时水准点的密度应该保证进行高程放样是只设一个测站就能将高程传递到建筑物上。因此，高程控制网通5常也采用分级布设，即首先布设遍布施工区域的基本高程控制网，然后根据不同施工阶段布设加密网。加密点一般为临时水准点，可以因地制宜，置于凸出的岩石上或已经浇筑好的混凝土上，但标记要醒目，便于保存和寻找。需要指出的是，平面控制网和高程控制网可以分开单独布设，也可以把平面控制点联测到高程控制网上，作为一个整体来布设，具体采用哪一种形式情况应该视地形起伏和测量的难易程度而定。4.3施工控制网精度的确定方法与工程建设勘测阶段不同，在施工阶段，测量工作的精度主要体现在相邻点位的相对位置上。对于各种不同的建筑物，或对于同一建筑物中不同的部分，这些精度要求并不一致，而且往往相差非常悬殊。施工控制网精度的确定，应该从保证各种建筑物放样的精度要求来考虑。正确制订工程建筑物放样的精度要求，是一项极为重要的工作。如果订得过宽，就可能造成质量事故；反之，若订得过严，则给放样工作带来不少困难，从而增加了放样工作量，延长了放样的时间，也就无法满足现代化高速度施工的需要。建筑物放样时的精度要求，是根据建筑物竣工时对于设计心尺寸的容许偏差（即建筑限差）来确定的。建筑物竣工时的实际误差是由施工误差（包括构件制造误差、施工安装误差等）和测量放样误差所引起的，测量误差只是其中的一部分。为了根据验收限差正确地制定建筑物放样的精度要求，除了测量知识之外，还必须具有一定的工程知识。由于各种建筑物，或同一建筑物中各不同的建筑部分，对放样精度的要求是不同的。因此，首先遇到的问题是根据哪一个精度要求来考虑控制网的精度。在选择时，应该考虑到施工现场条件与施工程序和方法，分析这些建筑物是否必须直接从控制点进行放样。对于某些建筑元素，虽然它们之间相对位置的精度要求很高，但在放样时，可以利用它们之间的几何联系直接进行，因而在考虑控制网的精度时，可以不考虑它们。例如水利工程中闸门主轴线来放样，所以在考虑控制网的精度时，就可以不考虑这一精度要求。在确定了建筑物放样的精度要求以后，就可用它作为起算数据来推算施工控制网的必要精度。此时，要根据施工现场的情况和放样工作的条件来考虑控制网误差与细部放样误差的比例关系，以便合理地确定施工挖掘网的精度。对于桥梁和水利枢纽地区，放样点一般离控制点较远，放样不甚方便，因而放样误差较大。同时考虑到放样工作要及时配合施工，经常在有施工干扰的情况下高速度进行，不大可能用增加测量次数的方法来提高精度。而在建立施工控制网时，则有足够的时间和各种有利6条件来提高控制网的精度。因此在设计施工控制网时，应使控制点误差所引起的放样点位的误差，相对于施工放样的误差来说，小到可以忽略不计，以便今后的放样工作分行有利条件。根据这个原则，对施工控制网的精度要求分析如下：设M为放样后所得点位的总误差；1m为控制点误差所引起的误差；2m为放样过程中所产生的误差。则M=±2221222211mmmmm（4-3）显然21mm，故121mm，将（4-3）的二项式展开为级数，并略去高次项，则有：)21(22212mmmM（4-4）若使上式中,1.022221mm，亦即控制点误差的影响仅占总误差的10%，即得：22212.0mm将上式与（4-4）式联合解算，可求得Mm4.01（4-5）由以上推导可得，当控制点所引起的误差为总误差的0.4倍时，则它使放样点位的总误差仅增加10%，这一影响实际上可以忽略不计。由于施工控制网通常分两级布设，第二级网的加密方式又多种多样（插点、插网、交会定点等），另外在放样过程中，随着放样方法、放样图形的不同，控制点误差所引起的影响，也随之改变。因此，在确定了所需放样点位的总误差后，应用（4-5）式来确定施工控