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【转载】用经纬仪光学对点器进行建筑施工垂直度控制  

2015-08-25 23:32:24|  分类: 工程建设 |  标签: |举报 |字号 订阅

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用经纬仪光学对点器进行建筑施工垂直度控制

姜晨光

APPLICATION OF TRANSIT-OPTICS FOR VERTICALITY CONTROL

OF BUILDING CONSTRUCTION

JIANG Chenguang

目前,国内外在建筑施工垂直度控制中采用的方法主要有激光控制法、铅垂线控制法及经纬仪外控法。这些方法作业过程比较复杂或需购买特种仪器、设备,增加垂直度控制的成本。

笔者在系统地研究了经纬仪光学对点器的结构及工作原理后,提出了利用经纬仪的光学对点器进行建筑施工垂直度控制的新方法。经数个高层建筑的应用,证明其具有操作过程简单、控制精度可靠等优点。

1 基本原理

经纬仪的光学对点器是安装在经纬仪照准部上的重要器件之一,当经纬仪照准部旋转时光学对点器也跟着旋转,经纬仪照准部旋转时的旋转轴是竖轴(即图1中的V轴)。当经纬仪严格整平以后,竖轴位置即为铅垂线位置。光学对点器的光轴(即光学对点器视准轴)由两段构成(图1),一段为L h,另一段为L v,L h与L v的交点为J。经纬仪装配完成后要求光学对点器光轴中的L v段必须与经纬仪的竖轴V重合,当竖轴V处于铅垂位置时,L v也同时处于铅垂位置,见图1(a)。经纬仪使用一段时间后,L v与V轴间的关系会发生变化,这种变化可用三种图形来概括,即图1中(b)、(c)、(d)。一般情况下,L h与L v的交点J与竖轴间的偏离量很小(小于1 mm)。尽管L v与V轴间会产生上述三种变化,但我们仍可以准确地根据Lv的位置确定竖轴V的位置。

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图1 经纬仪光学对点器视准轴与竖轴的关系

竖轴V位置的确定方法是:无论Lv与V 之间的关系如何,将经纬仪照准部旋转360°后,L v上任何一点的旋转轨迹都是一个圆[该圆的直径可以为零,像图1中的(a);也可以不为零,像图1中的(b)、(c)、(d)],这些圆的圆心就是竖轴的通过位置。换句话说,当照准部旋转时,L v也跟着同步旋转,且L v的旋转轴与照准部的旋转轴相同,均为竖轴V。

将经纬仪严格整平后,经纬仪的竖轴位置就是一条铅垂线,此种情况下经纬仪照准部旋转一周后,光学对点器视准轴中的L v轴也将同步旋转一周(其旋转轴就是竖轴这条铅垂线),找出不同位置处Lv上一点旋转轨迹的圆心,也就确定了铅垂线的位置。这就是利用经纬仪光学对点器进行建筑施工垂直度控制的原理。

2 控制过程

在施工层轴线控制预留孔的上方架设经纬仪,严格整平仪器后,通过光学对点器向地面层轴线控制桩上观察(图2),旋转经纬仪照准部,使经纬仪水平盘读数为0°,在地面层上记下光学对点器中心(即L v轴)的投点位置A,依次继续旋转经纬仪照准部,使经纬仪水平度盘读数分别为90°、180°、270°;在地面层上分别依次记下光学对点器中心对应的投点位置B、C、D。在地面层上找出AC两点连线与BD两点连线的交点O',则O'即为经纬仪竖轴V的通过位置(即铅垂线位置)。在地面层上以DB为x轴、AC为y轴,即可建立地面层轴线控制直角坐标系xO'y,然后用三角板可精确地量出地面轴线控制点O在xO'y坐标系中的坐标(x=n、y=m)。

同样,在施工层预留孔的上方粘贴一块硬纸板,保持经纬仪原位置不变,调整光学对点器的焦距,通过光学对点器看清硬纸板,用与图2相同的方法,依次旋转照准部到水平度盘读数等于0°、90°、180°、270°四个位置,在硬纸板上标出照准部处于上述四个位置时光学对点器中心在硬纸板上的投影位置A'、B'、C'、D'。同样在硬纸板上连接A'C'线及B'D'线,两线的交点O″即为经纬仪竖轴的位置(即铅垂线位置)。这样硬纸板上的O″与地面层上的O'就严格位于同一铅垂线上了。同样在硬纸板上以D'B'为x'轴、A'C'为y'轴,即可建立施工层轴线控制坐标系x'O″ y'(若A'、B'、C'、D'四点相距较近或重合,则可用经纬仪望远镜在水平度盘读数为0°、90°、180°、270°时,在预留孔四周附近定出四个点,建立施工层轴线控制坐标系),在x'O″y'坐标系中用三角板沿x'轴量距n、沿y'轴量距m,即可定出地面轴线控制点O在施工层的铅直投影位置O S,从而完成了施工轴线控制点的传递工作。在施工层上根据OS及实际施工情况可以很容易地求出施工垂直度偏差,进而采取有效的工程措施,纠正垂直度偏差。

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图2 ±0.000平面(或施工层)轴线投影图

3 控制精度

从上述控制过程看,用经纬仪光学对点器控制施工垂直度的精度主要决定于经纬仪的整平(或安平)精度,经纬仪的整平是靠照准部长水准器进行的,照准部长水准器的精度对经纬仪的整平精度起着决定性的作用。一般经纬仪整平后无论照准部旋转到何位置,照准部长水准器中的气泡不偏出半格,即认为经纬仪整平了。

目前,国产J 6经纬仪照准部长水准器的格值(格宽为2 mm)为30″,J 2经纬仪为20″。当气泡偏离正好为半格时,J 6经纬仪的安平精度为±15″、J 2经纬仪的安平精度为±10″,即此时经纬仪竖轴与实际铅垂线的夹角J 6为±15″、J 2为±10″,则此时经纬仪竖轴与实际铅垂线间的绝对偏差l与经纬仪光学对点器投影高度(即施工高度)H的关系为J 6经纬仪l=Htg15″、J 2经纬仪l=Htg10″,此时利用光学对点器进行施工垂直度控制的控制精度为J 6经纬仪l/H=tg15″=1/13 750,J 2经纬仪l/H=tg10″=1/20 626。由此可见,利用经纬仪的光学对点器控制施工垂直度完全可以满足结构施工对垂直度控制的要求。

我们曾在5幢高层建筑物施工中采用经纬仪光学对点器控制施工垂直度,实际控制效果(以经纬仪外控法的观测结果为依据)见表1。从表1可看出,利用经纬仪光学对点器控制施工垂直度非常有效。

表1   光学对点器法施工垂直度控制效果

施工建筑代号
主体高度H (m) 64.8 71 54 48 35
垂直度控制偏差l(mm) ±5.1 ±5.7 ±3.9 ±4.2 ±3.0
使用经纬仪 北光J2 北光J2 北光J2 西光J2 西光J2
垂直度控制精度 1/127069 1/12456 1/13846 1/11428 1/11667

4 结语

理论分析与实际应用都证明利用经纬仪光学对点器控制结构施工垂直度非常有效,完全可以满足结构施工对垂直度控制的要求,具有成本低、控制过程简单、操作快等优点,从而扩展了经纬仪原有的基本功能。

在实际应用上述方法时,必须对经纬仪进行严格的检校,并且在实际作业过程中严守本文中给出的操作程序。

作者单位:姜晨光,莱阳农学院,副教授,265200,山东莱阳

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