水准测量在建筑工程中的应用
【摘　要】建筑工程地形图测绘、地质勘测、工程施工、竣工验收以及建筑变形监测过程中，水准测量都是十分重要的工作之一，探讨水准测量技术在建筑工程中的应用研究，对提高建筑工程勘测施工质量，提升建筑整体质量水平，保证工程建设工期和投资效率都具有十分重要的现实意义。
【关键词】水准测量；建筑工程；应用
　　0.引言
　　建筑工程地形图测绘、地质勘测、工程施工、竣工验收以及建筑变形监测过程中，水准测量都是十分重要的工作之一，探讨水准测量技术在建筑工程中的应用研究，对提高建筑工程勘测施工质量，提升建筑整体质量水平，保证工程建设工期和投资效率都具有十分重要的现实意义。
　　1.水准测量基本原理及精度影响因素分析
　　传统的水准测量使用的仪器是水准仪，随着近几十年来的技术发展和进步，水准仪已逐步从传统的机械式发展到现在的自动安平水准仪、电子水准仪、数字水准仪等，测量的速度和效率也有很大幅度的提升，同时，随着GPS高程测量拟合算法不断改进以及仪器本身测量精度的提升，GPS水准测量在工程中应用也越来越普遍。
　　1.1水准仪高程测量原理
　　水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。高程测量是测量三项基本工作之一。根据使用仪器和施测方法的不同，高程测量可分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。用水准仪测量高程，是高程测量中最常用、最精密的方法。测定待测点高程的方法有高差法和仪高法两种。水准测量所用的仪器有：水准仪，水准尺和尺垫三种。水准测量误差包括：仪器误差、水准尺误差、水准管气泡居中误差、读数误差、视差影响、水准尺倾斜误差、仪器和尺垫下沉、地球曲率和大气折光的影响、温度的影响等。
　　1.2 GPS高程测量技术
　　当大面积、环境条件恶劣且水准点相对较少时，对精度要求不高的水准测量，可采用GPS 高程测量技术。GPS高程测量技术是将 GPS 测量获得的各 GPS 点的大地高数据与高程异常资料或重力测量资料等结合起来，采用高程拟合算法和平差算法，共同确定待测点的正常高。目前工程建设中常用 GPS 水准高程方法，其原理是: 首先在待测区内选择一定数量的GPS控制点，控制点的正常高通过水准联测的方式获取，精度可根据测量要求确定，通过相关算法对控制点的正常高于大地高之间的高程异常值进行计算，然后利用控制点的高程异常采用平面拟合法、曲面拟合法、多面函数拟合法等方法，推求待测GPS 点的高程异常值，最后再利用大地高、高程异常与正常高之间爱的关系即可以确定所有 GPS 点的正常高。实践表明，GPS 水准高程和常规方法比较，至少可以节约三分之二的水准工作量，大大提高了工程水准作业的效率。
　　2.水准测量在建筑工程施工中的应用研究
　　建筑工程勘测设计与施工所进行的水准测量。一般分为：(1)建立高程控制网，供建筑工程勘测设计和施工用；(2)线路水准测量，测定沿某一线路的地面高低起伏，供纵断面设计和施工用；(3)面水准测量，测定某一定面积内的地面高低起伏，供土方工程的设计和施工用。其测量的精度按工程的要求来决定，一般相当于或低于四等水准测量。
　　建筑工程高程控制网的建立前需要根据工程需要和测区实际，明确水准网等级，按照等级进行水准网设计，精度估算和优化设计。同时水准控制网的布设应遵循从高级到低级，从整体到局部逐步控制、逐步加密的原则，按照统一的技术标准，同时，为满足工程施工的需要，高程控制点必须有足够的精度和合适的密度。
　　水准测量在建筑工程中的另一个应用就是土石方的计算，为计算建筑工程土方开挖的工程量，需要对待开挖区域的高程进行测量。首先需要利用经纬仪或全站仪对测区进行放线，将测区划分为等面积的方格网，然后采用水准仪高程测量方法，测量出方格网的四个角点的高程，采用相应的体积拟合和计算方法，就能够估算出开挖到某一高程基准需要开挖或回填的土方量，方格网越密集，测量的高程点越多，计算出的土方量就越大。通过实际工作发现，采用水准仪进行土方量测量计算相比全站仪和经纬仪土方测量用时更多，同时计算的精度也相对较低。
　　3.水准测量在变形监测中的应用研究
　　3.1变形监测的意义
　　建筑工程在施工过程中以及施工完成后，由于重力作用及外界环境因素的变化，都会发生下沉、位移、倾斜或是产生裂缝、扭转等几何变形。不同的建筑物，其设计允许的变形量存在区别，如果实际变形量大于允许的最大变形范围而未被发现或采取必要的安全改善措施，就会对建筑工程的整体安全造成严重影响，因此，在建筑工程施工过程中，以及工程竣工验收工程沉降稳定前，要采用水准测量的方法，对建筑工程的变形进行监测。
　　3.2水准测量变形监测方案的设计
　　建筑工程变形观测包括基础沉陷观测和建筑物本身变形观测。变形监测方案的设计包括沉降点的布置以及监测周期的设计两个方面。在沉陷观测点的布置一般设计部门提出监测要求 ，由施工方编制沉降低布置方案并在施工期间进行埋设。沉降点的数量应足够多，以保证测量的结果能够放映整个基础的沉陷、倾斜与弯曲的变化情况。同时，沉降点位置的选择还应考虑建筑物的规模、型式和结构等特征，并结合建筑工程场地的工程地质、水文地质等条件。监测建筑物自身变形的观测点应与建筑物紧密结合，在便于观测的同时可保证在整个变形观测期间不受损坏。在监测周期的确定上，建筑工程分竣工前后，竣工前由于载荷增加加快，造成的沉降量较大，因此，相关规定要求，建筑每增加一层必须进行一次变形监测，以便尽早发现不均匀沉降，在沉降异常时及时调整施工方案；竣工后的变形监测的周期一般根据前一次监测的日平均沉降值确定，大于0.3/d的要求每半月观测一次，0.1-0.3/d要求每一月观测一次，0.05-0.1/d要求每三月观测一次，0.02-0.05/d要求每六月观测一次；&0.01/d是表明建筑物基本稳定，固定周期的变形监测可停止。
　　3.3变形监测水准测量方法
　　与国家一、二等精密水准测量方法相比 ，建筑工程沉降观测的方法有其自身的特点，每一次观测都是重新观测，不存在因测量次数的增多而导致的误差积累，同时，建筑工程沉降观测不能采用闭合水准测量路线，因为闭合水准路线存在闭合差分配，会导致闭合差强制分配到每一测段的高差中 ，反而有可能扭曲沉降点的高程值 ，使得在沉降点并未下沉的情况下出现沉降点上升的不合理现象。如果因此若发现沉降点的高程值异常 ，不要进行误差修正 ，正确的做法应该是无条件返工重测核实 ，从而分辨出是测量误差太大 ，还是确有较大的沉降。
　　4.结论
　　在建筑工程前期勘测、中期施工以及后期工程变形监测过程中，水准测量的作用和意义重大，对保证工程建设质量，提高建设工程运行维护的安全性，保障工程的工期和成本具有十分重要的作用。本文在分析建筑工程传统水准测量和GPS高程测量基本方法和原理的基础上，重点分析了水准测量在建筑工程施工中和变形监测中的应用，其结果对指导工程施工和提高工程质量具有十分重要的意义。
　　【参考文献】
　　［１］郁雯，熊春宝.建筑工程沉降观测方法的研究[J].测绘通报，2007,(10)：42-44.
［2］杨国华，李延兴，赵云海，等.GPS 水准在测图中的实用性试验[J].测绘工程，):58-63．
［３］归庆明，郭建锋，隋立芬，等.高精度局部区域 GPS 水准计算方法的探讨[J].测绘科学，):20-22.
［４］王光遐，原祖荫编.建筑工程施工测量规程 JGJ01-21-95.北京.中国建筑工业出版社,1996.
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