高程控制测量技术在杭州国际金融中心的应用

近年来，随着科学技术的发展与完善，测绘行业不断对超高层建筑进行创新研究。高程控制测量的高程传递方法有很多，不同的方法适用于不同领域并取得了丰硕的研究成果。高程控制测量研究是超高层建筑的一项重要内容，同时也倍受测绘行业的关注。传统对超高层建筑高程控制测量的高程传递方法研究，主要依赖在施工现场使用常规方法进行观测。本研究将两种高程传递方法进行对比，分析各自的优势，并将两种方法应用到施工现场。

高程控制测量误差主要包括：（1）人为误差（主导因素），如测量方法不理想、操作人员技术不娴熟；（2）仪器误差，如测量仪器本身误差；（3）外界客观环境误差，如地形、温度、光线、气压等。以上因素造成的误差可以概括为系统误差、偶然误差和粗差。对超高层建筑高程控制测量方法的研究有利于加深对高程测量传递的认识，也可以为高程控制测量提供理论基础。

本研究基于浙江省杭州市上城区杭州国际金融中心项目某栋超高层建筑单体进行本栋楼各楼层间和地下室高程传递，系统地研究和总结超高层建筑高程控制测量的技术方法和工作流程。

1　工程概况

本项目位于浙江省杭州市上城区江河汇地块，东侧紧邻杭州地铁6号线三堡站和已建成的万科大都会住宅楼，南侧邻近钱塘江，北侧紧邻钱江路杭州地铁9号线三堡站和钱江路，西侧邻近杭州京杭大运河。项目占地面积约7万m ² ，总建筑面积（含3层地下室）约47万m ² ，共计11栋单体和配套的幼儿园、商业裙房、地下室与双地铁车站地下联络通道等，单栋塔楼最大高度约130m，基坑开挖最大深度21.7m，地下水水位1.5m，地下室分为11个区块分阶段施工，结构形式为剪力墙+框架结构，相对标高±0.000m等于黄海高程绝对高程9.000m。

本项目自然地理条件特别，位于杭州市市中心限高区域，同时还位于双水域和双地铁线路上，施工测量要求精度高，周围环境对施工中的变形监测影响很大，超大面积深基坑超高层风险系数大，相关单位对于超高层的规划验收要求高，高程控制测量施工技术在本项目中尤为重要。

2 准备过程

2.1 仪器配备

DSZ1精密水准仪2套，用于水准测量，精度为±1mm/km。50m钢卷尺1把，用于距离丈量、高程传递，精度为1mm。5m水准标尺若干，用于高程传递，精度为1mm。3m黑红双面尺1套，用于布设高程控制点，精度为1mm。

2.2　高程控制点布设

（1）高程控制点选点。根据GB50026—2020《工程测量标准》进行高程控制网中的高程控制点位布设。应选择地基稳定、具有代表性、能长期保存、可与高程联测、便于定位测定坐标的地点。选定高程控制点点位后，应设立一个点位注记，确定点位平面位置，标注在施工图纸上，便于辨识。本项目的基准高程点位于钱塘江江堤上，由建设单位提供，点位包含平面位置和高程，采用杭州市城市坐标系，1985国家高程基准，专用测绘标识。

（2）高程控制点埋设。首先选择位置，清理地表；在地面上开挖不小于1m×1m孔洞，基底清理干净，埋入预制钢筋骨架，钢筋骨架采用3根直径14mm的HRB300钢筋和6mm箍筋，每隔10cm一道轧成三棱柱体，高程控制点与钢筋骨架焊接连接，采用C35混凝土浇筑成墩柱。高程控制点保护辨识标牌按照公司标准化手册执行，高程控制点埋设如图1所示，由测量工程师和使用者负责管理维护。

（3）高程控制网布设原则。国家高程控制网的布设方案采用“从整体到局部，逐级建立控制”的原则。三、四等水准网在一、二等水准网的基础上进一步加密，根据需要在高等级水准网内布设附和路线、环线或结点网，直接提供地形测图和各种工程建设所必需的高程控制点。水准路线50km内的大地控制点、水文站、气象台（站）等（统称为“其他固定点”），应根据需要列入水准路线予以连测。当连测有困难时，可进行支测。支测的等级可根据其他固定点所需的高程精度和支线长度决定。若使用单位没有特殊的精度要求，则当支线长度在20km以内时，按四等水准测量精度施测。

（4）高程控制网的测设。高程控制测量精度等级划分为二、三、四、五等，本项目采用四等高程控制测量精度，利用闭合路线水准测量的方法布设高程控制点。首先以建设单位移交基准点为基准高程点，分布在钱塘江岸堤上，距离项目首栋单体建筑约600m，对基准点进行复核测量建立首级控制网；再建立本项目的二级高程控制网，联测基准高程点形成闭合网形；最后对二级高程控制网的高程控制点进行加密，布设到各单体建筑物及各个分区基坑施工区域内的坚固稳定点位上。

2.3　测站观测限差和精度要求

测站观测限差和精度见表1。

       3　高程传递

3.1　水准测量原理

水准测量是利用水准仪提供的水平视线在水准标尺上读数，直接测定地面上两点间的高差，从而由已知点高程及测得的高差求得未知点高程。地面上有A、B两点，A为已知点，高程为 H _A ，B点为待定点，高程未知。在A、B两点间安置水准仪，在两点上分别竖立水准标尺，分别读取A点水准标尺的读数 a 和B点上水准标尺的读数 b ，则A、B两点的高差 h _AB = a – b ，设水准测量的方向是从A点向B点，则B点的高程为：

H _B = H _A + h _AB = H _A +( a – b )  （1）

3.2　高程传递原理

在高层建筑中，高程传递的目的是根据现场下一层起始高程基准点，通过水准测量将高程向上（或向下）传递至更高的施工楼层（或深基坑），作为设计高程的依据。由于楼层层数较多（或基坑深度较深），消除累计误差及提高传递的精度至关重要。

水准仪配合水准标尺和钢卷尺，将水准仪架设在基准水准点首层施工面上，将另外一台水准仪安置在需要传递高程的楼层，选择固定位置悬挂钢尺，使得钢尺保持铅垂，将基准水准点高程传递至施工楼层，如图2所示，施工层B点的高程为：

H _B = H _A + a +( c – b )– d  （2）

式中： a 为首层A点的水准标尺读数； b 为钢卷尺下端读数； c 为钢卷尺上端读数； d 为施工层B点的水准标尺读数。

需考虑水准标尺的弯曲差，测定计算方法。标尺弯曲差f计算式如下：

f = R _中 –（ R _上 + R _下 ）/2  （3）

式中： R 中为中丝读数，mm； R 上为上丝读数，mm； R 下为下丝读数，mm。

f 不得大于8?mm，否则水准标尺l应按式（4）改正：

l = l ′–8 f ² /3 l ′ （4）

式中： l ′为水准标尺名义长度，mm。

4　钢卷尺法高程传递

4.1　钢卷尺法深基坑高程传递

对于深基坑施工，本工程采用地下连续墙和4道混凝土支撑形式施工，基坑最大开挖深度为21.7m，每层高程通过支撑结构向下传递，随着基坑开挖深度变深，基坑位移沉降变形较大，风险系数大，因此地下底板结构施工开始前，采用悬吊钢卷尺法向基坑下引测高程基准点，以二级高程控制网的高程控制点为依据，选用经过检验合格的钢卷尺，按尺长改正要求悬挂等同重力的重物并加入尺长的温差改正数。

（1）观测方法。通过两台同精度的精密水准仪上下同时观测3次，选择3个不同的位置，每次读数时上下错动钢卷尺2~3cm，将9次读数的均值作为最终结果，将高程引测到基坑施工面上（图3），选择稳定坚固位置进行标识保护。

（2）高程计算式如下：

b ′= H ₀ – H ₁ + a ′– a + b （5）

式中： H ₀ 为地面上高程基准； H ₁ 为基坑下待测设计高程； a 为S1水准仪在钢卷尺上的读数； a ′为S2水准仪在钢卷尺上的读数； b 为S1水准仪的塔尺读数； b ′为S2水准仪的塔尺读数。

4.2　钢卷尺法楼层竖向高程传递

本工程采用“整体分段控制，相邻层间逐层引测，多层整体复核”的方法，即将主楼±0.000m以上结构分割成多个高程引测段，每段采用悬吊钢卷尺法引测标高，各段高程的累计误差用全站仪垂直测距方法检核改正。各楼层高程由首层基准点高程向上传递（图4），每层施工时，须在各施工层预留两个约20cm×20cm的放线洞口，钢卷尺通过预留洞口自上而下悬挂，下端悬挂与标准拉力重量相等的线坠。为防止悬挂时重力摇摆的影响，将钢卷尺下端的线坠放入阻尼装置（阻尼介质由水和油按一定比例配置而成）中。悬挂钢卷尺法受钢卷尺长度的限制，对场地有一定的要求，量距时现场实测出当时环境的大气温度、钢卷尺温度，并进行尺长和温差改正，测量结果更加精确。

5　水准标尺法高程传递

5.1　水准标尺法深基坑高程的传递

对于深基坑施工，地下底板结构施工开始前，采用水准标尺法向基坑下引测高程基准点，以二级高程 控制网的高程控制点为依据，选用检验合格的水准标尺，通过目测看其有无变形、开裂、磨损情况，刻度是否清楚。每节水准标尺校准中间点和总长度，误差不大于2mm。校准接头向上、向下各100mm，误差不大于1mm。

（1）观测方法。通过两台同精度的精密水准仪上下同时观测3次，每次读数时上下错动水准标尺2~3cm，取3次读数的均值作为最终结果，将高程引测到基坑施工面上，选择稳定坚固的位置进行标识 保护。

（2）高程计算式如式（5）。

5.2　水准标尺法楼层竖向高程传递

本工程将采用“整体分段控制，相邻控制层间逐层引测”的方法，即主楼±0.000m以上结构每楼层分成一段，每段采用水准标尺法引测标高，各段高程的累计误差用钢卷尺垂直测距和全站仪垂直测量两种方法检核改正。

水准标尺法楼层竖向高程传递如图5所示。

（1）观测方法。首先将水准标尺放在布设的首层基准控制点上，水准仪安置精平读数，已知本楼层结构标高，求得后视读数，在电梯井口位置绘制本楼层的结构标高1.000m线，用油漆标记。每层抄测高程不少于3处，相互进行校核，合格后进行下一层高程传递。当楼层逐渐升高时，对每层进行标高传递控制，在相同位置进行标记，用5m的水准标尺进行高程传递。为了确保标高的准确性，每当楼层升高，应从下层基准点标高进行复核。高程传递误差主楼应不超过±10mm，且每层标高竖向传递的应不超过±3mm，超限必须重测。

（2）高程计算式如式（1）所示。

6 数据对比分析

将两种方法得到的深基坑高程传递的数据进行对比，设计数据见表2（基准水准点布设在基坑外侧，每一道支撑梁作为转点平台），现场实测数据见 表3。

表3　现场实测数据

由表3可知，水准标尺法测量的单层误差较小，但累计误差较大。结合钢卷尺法和水准标尺法，在施工过程中，现场可以施工至最底层，采用钢卷尺传递一次高程，再用水准标尺进行每层分段传递，使得累计误差和分层分段误差减少。 将两种方法得到的楼层竖向高程传递数据进行对比。 楼层与误差对比分析如图6所示。

（1）采用长度为50m的钢卷尺，钢卷尺具有热胀冷缩的尺长变化特点，以上数据为夏季测量所得，每12层测量一次楼高，实测误差为3mm；楼层高度较低时，测量误差较大，施工操作也不方便。钢卷尺大多用于辅助校核使用。

7　结束语

在超高层建筑高程传递时，钢卷尺法和水准标尺法交叉使用、相互校核，能够降低测量误差，提高工作效率，提升工作质量，能更加准确地测定超高层建筑标高，对超高层建筑施工具有借鉴意义。