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作者:李永喜,王波,董世成

出版社:航空工业出版社

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建筑工程测量

建筑工程测量试读:

编者的话

建筑工程项目在规划、设计、施工乃至使用的各个阶段,都需要进行测量工作。掌握建筑工程测量的知识与技能,是土建类专业技术人员的基本要求。因此,高职高专院校中,建筑工程测量一直是土建类专业的重要课程。为适应建筑工程测量技术的发展与要求,更好地满足教学需要,我们结合“建筑工程测量”国家精品课程建设编写了这本教材。

本书的编写本着培养技能型人才的原则,以项目为基本写作单元,每个项目下通过多个任务来具体阐述,而每一个任务就是我们需要掌握的一门基本技能。为了便于读者理解和执行各项任务,我们又将每个任务分成了如下几个栏目:

任务目标:介绍了本任务要做的事情,以及要达到的目的。

相关知识:是“任务实施”栏目的先导,介绍了实施任务必须了解的一些知识。其中,既有对仪器设备的介绍,又有与任务相关的一些基础知识讲解。

任务实施:介绍了任务实施的完整步骤。

任务考核:介绍了任务考核方法。

巩固训练:给出了一组题目,供读者加深对所学知识的理解和巩固。

本书共有12个项目,主要内容如下:台阶高程的测定、角度测量、距离测量、全站仪的使用、平面控制测量、高程控制测量、地形图测绘、地形图应用、施工测量的基本工作、民用建筑施工测量、工业建筑施工测量和建筑物的变形测量。

本书由李永喜、王波和董世成担任主编,陈广、童伟伟和肖飞担任副主编,侯荣立、陈大鹏担任参编。

尽管我们在编写本书时已竭尽全力,但由于编写时间仓促,编者水平有限,书中疏漏与不当之处在所难免,敬请广大读者批评指正。此外,本书在编写过程中参考了大量的文献资料,在此,我们向参考过的中外文献的作者表示诚挚的谢意。编者2012年8月

绪论

一、建筑工程测量的内容和任务

(一)建筑工程测量的内容

测量学是研究获取反映地球形状、地球重力场、地球上自然和社会要素的位置、形状、 空间关系、区域空间结构数据的科学和技术。根据研究的具体对象及任务的不同,传统上又将测量学分为大地测量学、地形测量学、摄影测量和遥感学、工程测量学和地图制图学。

工程测量学是研究在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术。按工程测量所服务的工程种类不同,工程测量可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。

建筑工程测量主要内容包括测定和测设两个部分。测定是指使用测量仪器和工具,通过一系列的观测和计算,获得确定地面点位置的数据,或将建筑工程地区地表面的地形缩绘成地形图,供建筑工程规划和设计时使用。测设是指把图纸上设计好的建筑物的位置,按照设计和施工的要求在地面上标定出来,作为施工的依据。

(二)建筑工程测量的任务

建筑工程测量是研究工业与民用建筑在勘察、设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作,其主要任务包括:

1.测绘大比例尺地形图

把建筑工程所在地区的各种地物(如房屋、道路等)和地貌(如山头、盆地等)通过外业实地测量和内业计算整理,按一定的比例尺缩小绘成各种地形图、断面图,或用数字表示出来,为建筑工程建设的各阶段提供必要的图纸和资料。

2.建筑物的施工放样

将图纸上所涉及的建筑物、构筑物,按照设计与施工的要求在现场标定出来,作为施工的依据。在建筑施工和设备安装过程中,也要进行各种测量工作,配合指导施工,以便保证施工和安装的质量。

3.竣工总平面图的编绘

为了检验工程施工定位质量,工程竣工后,要对建筑物,各种设施,各种生产、生活管道,特别是隐蔽工程的平面位置和高程位置进行竣工测量并绘制竣工总平面图,从而为建筑物交付时的验收和以后的改建、扩建、维护提供资料。

4.建筑物的变形观测

在建筑物施工和运营期间,为了监测其基础和结构的安全和稳定状况,了解设计是否合理,需要定期地对其位移、沉降、倾斜及摆动进行观测,从而为鉴定工程质量及工程结构和地基基础研究提供资料。

二、建筑工程测量的研究对象和方法

(一)地球的形状和大小

1969年7月20日,美国登月宇宙飞船“阿波罗”11号的宇航员登上月球的时候,看到了一个蓝色的浑圆的地球,有如在地球上观月亮一样。科学家们根据以往资料和宇航员拍下的像片,认为最好把地球看作是一个“不规则的球体”。

地球的自然表面是很不规则的,其上有高山、深谷、丘陵、平原、江湖、海洋等,最高的珠穆朗玛峰高出海平面8848.13m,最深的太平洋马里亚纳海沟低于海平面11022m,其相对高差近20km。当然,这与地球的平均半径6371km相比,是微不足道的。就整个地球表面而言,陆地面积仅占29%,而海洋面积占了71%。因此,我们可以设想地球的整体形状是被海水所包围的球体,即设想将一静止的海洋面扩展延伸,使其穿过大陆和岛屿,形成一个封闭的曲面,如图0-1(a)所示。

静止的海水面称作水准面。由于海水受潮汐、风浪等影响而时高时低,故水准面有无穷多个,其中与平均海水面相吻合的水准面称作大地水准面。由大地水准面所包围的形体称为大地体。通常用大地体来代表地球的真实形状和大小。

水准面的特点是处处与铅垂线相垂直。同一水准面上各点的重力位相等,故又将水准面称为重力等位面,它具有几何意义及物理意义。水准面和铅垂线就是实际测量工作所依据的面和线。

由于地球内部质量分布不均匀,致使地面上各点的铅垂线方向产生不规则变化,所以大地水准面是一个不规则的无法用数学式表述的曲面,在这样的面上是无法进行测量数据的计算及处理的。因此人们进一步设想,用一个与大地体非常接近又能用数学式表述的规则球体即旋转椭球体来代表地球的形状。如图0-1(b)所示,它由椭圆NESW绕短轴NS旋转而成。旋转椭球体的形状和大小由椭球基本元素确定,a为长半轴,b为短半轴,如表1-1所示。我国的1954年北京坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球,1980国家大地坐标系采用的是1975国际椭球,而全球定位系统(GPS)采用的是WGS-84椭球。图0-1 地球的表面和旋转椭球体表1-1 椭球的元素表

(二)地面点位的表示方法

1.坐标系统

坐标系统用来确定地面点在地球椭球面或投影平面上的位置。测量上通常采用地理坐标系统、高斯平面直角坐标系统、独立平面直角坐标系统和WGS-84坐标系统。(1)地理坐标系统

地理坐标系统是用经度、纬度来表示地面点位置的坐标系。若用天文经度、天文纬度来表示则称为天文地理坐标系,若用大地经度、大地纬度来表示则称为大地地理坐标系。天文地理坐标是用天文测量方法直接测定的,大地地理坐标系是根据大地测量所得数据推算得到。地理坐标为一种球面坐标,常用于大地问题解算、地球形状和大小研究、编制大面积地图、火箭与卫星发射、战略防御和指挥等方面。

20世纪50年代,在我国天文大地网建立初期,鉴于当时的历史条件,采用了克罗索夫斯基椭球元素,并与前苏联1942年普尔科沃坐标系进行联测,通过计算,建立了我们的1954年北京坐标系。我国目前使用的大地坐标系,是以位于陕西省泾阳县境内的国家大地点为起算点建立的统一坐标系,称为1980年国家大地坐标系。(2)高斯平面直角坐标系

为了方便测绘、工程建设规划、设计与施工,需要将球面坐标按一定的数学算法归算到平面上去,即将球面坐标转化为平面直角坐标。如图0-2所示,设想将截面为椭圆的柱面套在椭球体外面,使柱面轴线通过椭球中心,并且使椭球面上的中央子午线与柱面相切,而后将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上,再将此柱面沿过南北极的母线剪开展平,即成为高斯投影面。

经高斯投影后,中央子午线与赤道呈直线,其长度不变,并且二者正交。而离开中央子午线和赤道的点、线均有变形,离得越远变形越大。在投影面上,取中央子午线与赤道交点的投影为原点,中央子午线的投影为纵坐标x轴,赤道的投影为横坐标y轴,即构成高斯克吕格平面直角坐标系。图0-2 高斯投影【名词解析】

经线与纬线:子午线又称经线。经线定义为地球表面连接南北两极的大圆线的半圆弧。任两根经线的长度相等,相交于南北两极点。每一根经线都有其相对应的数值,称为经度。经线指示南北方向。

纬线定义为地球表面某点随地球自转所形成的轨迹。任何一根纬线都是圆形而且两两平行。纬线的长度是赤道的周长乘以纬线的纬度的余弦,所以赤道最长,离赤道越远的纬线,周长越短,到了两极就缩为0。纬线指示东西方向。

经度与纬度:经度是指通过某地的经线面与本初子午面所成的二面角。在本初子午线以东的经度叫东经,在本初子午线以西的叫西经。东经用“E”表示,西经用“W”表示。本初子午线的经度是0°,地球上其他地点的经度是向东到180°或向西到180°。

纬度是指某点与地球球心的连线和地球赤道面所成的线面角,其数值在0°至90°之间。位于赤道以北的点的纬度叫北纬,记为N;位于赤道以南的点的纬度称南纬,记为S。

为了使由曲面正形投影到平面时引起的变形在测量容许值范围内,可将投影区域限制在靠近中央子午线两侧的狭长地带内,即采用分带投影法。分带投影时,投影宽度以两条中央子午线间的经差来划分,有六度带、三度带两种。其中,六度带自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带,带号依次编为第 1、2、…、60带;三度带是在六度带的基础上分成的,它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合,即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带,带号依次编为三度带第 1、2、…、120带。如图0-3所示。图0-3 高斯投影分带

我国的经度范围为西起73°,东至135°,可分成六度带十一带或三度带二十二带。通常,六度带可用于中小比例尺(1:25000以下)测绘,三度带可用于大比例尺(如 1:10000)测绘。

在我国,坐标都是正的,坐标的最大值(在赤道上)约为330km。为避免出现负的横坐标,可在横坐标上加上500 000m。此外,还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。这也就是为什么在RTK测量中在输入投影参数时,Y坐标增加了500 000m的原因。(3)平面直角坐标系

当测区范围较小(半径≤10km)时,可将地球表面视作平面,直接将地面点沿铅垂线方向投影到水平面上,用平面直角坐标系表示该点的投影位置。以测区子午线方向(真子午线或磁子午线)为纵轴(x轴),北方向为正;横轴(y轴)与x轴垂直,东方向为正。这样就建立了平面直角坐标系,如图0-4所示。(4)WGS84坐标系

WGS84坐标系是GPS所采用的坐标系,WGS为World Geodetic System的缩写,意思为世界大地坐标系。该坐标系由美国国防部于1984年发布,其几何定义为:原点在地球质心,z轴指向国际时间局BIH于1984年定义的协议地球极(CTP)方向,x轴指向BIH于1984年定义的零子午面和CTP赤道面的交点,y轴通过右手定则确定,如图0-5所示。

2.高程系统

地面点至水准面的铅垂距离,称为该点的高程。地面点到大地水准面的铅垂距离,称为该点的绝对高程(简称高程)或海拔高度,用H表示。建国以来,我国把以青岛市大港1号码头两端的验潮站多年观测资料求得的黄海平均海水面作为高程基准面,其高程为0.000m,建立了1956年黄海坐标系。后来又在青岛市观象山建立了中华人民共和国水准原点,其高程为72.289m。随着观测资料的积累,我国于1985年精确地确定了黄海平均海水面,并重新推算出国家水准原点的高程为72.260m,由此建立了1985高程系统,作为统一的国家高程系统,1987年开始启用。图0-4 平面直角坐标系图0-5 WGS84坐标系

现在仍在使用的1956年黄海高程系以及其他高程系(如吴淞江高程系、珠江高程系等)都应统一到“1985国家高程基准”上。在局部地区,若采用国家高程基准有困难时,也可以假定一个水准面作为高程基准面。地面点到假定水准面的铅垂距离,称为该点的绝对高程或假定高程。

三、测量工作的程序和原则

在做测量工作时,不可避免地会产生误差,甚至发生错误。因此,养成一个良好的测量习惯,规范自己的测量原则,就能最大程度地减少这些问题的发生。总体而言,测量工作应必须遵循以下原则。

(一)整体性原则

整体性是指测量对象的各部分应构成一个完整的区域,各地面点的定位元素相互关联。此外,测区内所有局部区域的测量必须统一到同一技术标准,即从属于控制测量。

提示

所谓控制测量是指:在一定区域内,为地形图测绘和各种工程测量建立控制网所进行的测量工作。所谓控制网是指:在某个测区选择一组对整体具有控制作用的点(称为控制点),则由这些控制点组成的网状结构被称为控制网。

控制测量通常包括平面控制测量和高程控制测量,前者用来测量各控制点的平面坐标,后者用来测量各控制点的高程。

(二)控制性原则

控制性是指在测区内建立一个自身的统一基准,作为其他任何测量的基础和质量保证,只有控制测量完成后,才能进行其他测量工作,有效控制测量误差。其他测量相对控制测量而言精度要低一些。

(三)等级性原则

等级性是指测量工作应“从高级到低级”。任何测量必须先进行高一级精度的测量,而后依此为基础进行低一级的测量工作,逐级进行。这样既可满足技术要求,也能合理利用资源、提高经济效益。同时,对任何测量定位必须满足技术规范规定的技术等级,否则测量成果不可应用。等级规定是工程建设中测量技术工作的质量标准,任何违背技术等级的不合格测量都是不允许的。

(四)检核性原则

测量成果必须真实、可靠、准确、置信度高,任何不合格或错误的成果都将给工程建设带来严重后果。因此,对测量资料和成果应进行严格的全过程检验、复核。实践证明:测量资料与成果必须保持其原始性,前一步工作未经检核不得进行下一步工作,未经检核的成果绝对不允许使用。检核包括观测数据检核、计算检核和精度检核。项目一台阶高程的测定【项目导读】

高程测量是指确定地面点高程的测量工作。一点的高程一般是指这点沿铅垂线方向到大地水准面的距离,又称海拔或绝对高程。

测量高程通常采用的方法有:水准测量和三角高程测量。其中,水准测量是测定两点间高程的主要方法,也是最精密的方法。本项目将详细介绍使用水准测量方法来测量台阶的高程。【项目仪器与工具】

本项目所要用到的测量仪器与工具如表1-1所示。表1-1 测量仪器与工具任务一 水准仪的架设任务目标

熟悉水准仪的构造,水准测量的原理;熟练掌握水准仪的架设方法和使用水准仪进行读数的方法。相关知识

一、水准仪简介

水准仪是水准测量中最主要的仪器,其作用是提供一条水平视线(视准轴),并能照准水准尺进行读数。

如果按构造划分,水准仪可分为普通微倾式水准仪、自动安平水准仪与电子水准仪。这里我们主要介绍普通微倾式水准仪,其构造如图1-1所示。由该图可以看出,水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分构成。图1-1 普通微倾式水准仪

提示

自动安平水准仪是在望远镜内安装一个自动补偿器代替水准管。仪器经粗平后,由于补偿器的作用,无需精平就可以直接读数,从而简化了操作,提高了观测速度。

电子水准仪是一种集电子、光学、图像处理、计算机技术于一体的自动化智能水准仪,电子水准仪的光学系统与自动安平水准仪类似。

如果按精度划分,水准仪可分为DS、DS、DS、DS等几个0.51310等级。其中,DS为“大地”与“水准仪”的汉语拼音缩写,后面的数字表示每千米水准测量的全中误差。例如,DS表示每千米水准0.5测量的全中误差为±0.5 mm,DS表示每千米水准测量的全中误差为1±1.0 mm。这两种等级的水准仪通常用于高等级水准测量;DS表示3每千米水准测量的全中误差为±3.0 mm,DS表示每千米水准测量的10全中误差为±10.0 mm。这两种水准仪通常用于一般工程测量和地形测量。

提示

全中误差:测量时,由于系统和偶然因素的影响,对任何一个量进行观测,总存在着观测误差。由于其中的系统误差可以通过适当的观测方法来消除或通过计算进行改正,因此一般所说的观测误差主要是指偶然误差(也称随机误差)。大量的实践和理论证明,观测误差服从正态分布,为了衡量误差分布的密集或离散的程度,对一系列带有偶然误差的观测值,运用概率统计的方法可消除他们之间的不均值,求出未知量的最可靠值,评定测量成果的精度和质量,测量上就引入了统计学中的标准差,把它称为中误差。测角、测边和测高差都有中误差,但只有高程才有全中误差。

根据环线闭合差和相应环的水准路线周长而计算的中误差,也称水准测量每千米距离的高差中数的全中误差。(一)望远镜

望远镜是构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件,它主要由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板,如图1-2所示。图1-2 水准仪视准轴

物镜的作用是和调焦透镜一起,使远处的目标在十字丝分划板上形成缩小的实像。转动物镜调焦螺旋,可使不同距离目标的成像清晰地落在十字丝分划板上,此操作被称为调焦或物镜对光。目镜的作用是将物镜所成的实像与十字丝一起放大成虚像,转动目镜螺旋,可使十字丝影像清晰,此操作被称为目镜对光。

十字丝分划板是一块刻有分划线的透明的薄平板玻璃片。分划板上两条相互垂直的长丝称为十字丝,竖直的一条称为纵丝,水平的一条称为横丝(又称中丝),与横丝平行的上、下两条对称的短丝称为视距丝,用于测量距离。

十字丝交叉点与物镜光心的连线称为望远镜的视准轴,水准测量时,是在视准轴水平时,用十字丝的中丝读取水准尺上的读数。(二)水准器

水准器用来整平仪器,从而供操作人员判断视准轴是否水平。水准器分为圆水准器和管水准器两种,其中,圆水准器的精度较低,故用于水准仪的粗略整平;管水准器的精度较高,故用于水准仪的精确整平。

圆水准器为一密闭的玻璃圆盒,其顶面内壁为球面,内装有乙醚溶液,密封后留有气泡。球面中心有圆形分划圈,圆圈的中心为圆水准器的零点,零点与球面球心的连线为圆水准轴(见图1-3左图)。当气泡居中时,表示该轴线处于铅锤位置;当气泡偏离零点时,表示轴线呈倾斜状态。气泡中心偏离零点2mm,轴线所倾斜的角值称为圆水准器的分划值。DS型水准仪圆水准器的分划值一般为8′~10′。3

管水准器又称水准管,它是一个玻璃管,其纵向内壁被磨成一定半径的圆弧,圆弧的中心点(最高点)为水准管的零点。管内装有乙醚溶液,并留有一个气泡。当气泡位于零点时,称气泡居中,此时水准轴处于水平位置,否则,水准轴处于倾斜位置(见图1-3右图)。图1-3 水准仪的圆水准器和管水准器

水准管的两端各刻有间隔2mm的分划线,则2mm间隔圆弧所对应的圆心角称为水准管的分划值。DS型水准仪水准管的分划值一般3为20′。

为了提高水准管气泡居中的精度,DS水准仪在水准管的上方安3装了符合棱镜系统,它将气泡两端的影像同时显示到望远镜旁边的观察窗中。通过观察窗观察,当两端半边气泡的影像符合时,表明气泡居中;若两影像错开,表示气泡未居中,此时可转动微倾螺旋使气泡影像符合。这种装有棱镜的水准管称为符合水准器。(三)基座

在基座中,制动螺旋用于固定仪器;脚螺旋用于调节圆水准器气泡的居中;微动螺旋用于使望远镜在水平面内做微小转动,以精确瞄准目标; 微倾螺旋可使望远镜在竖直面内微动,从而使水准管内气泡影像符合。

二、水准尺与尺垫

水准尺是水准测量中用于高差量度的标尺,水准尺制造用材有优质木材、合金材和玻璃钢等几种,有2 m、3 m、5 m等多种长度和整尺、折尺、塔尺等多种类型。水准尺按精度高低可分为普通水准尺和精密水准尺。

普通水准尺多用木料、铝材和玻璃钢制成,其尺长多为3 m,两根为一副,且为双面(黑、红面)刻划,每隔1 cm印刷有黑白或红白相间的分划,每分米处注有数字,如图1-4左图所示。

对一对水准尺而言,黑、红面注记的零点不同。黑面尺的尺底端从零开始注记读数,两尺的红面尺底端分别从常数4687 mm和4787 mm开始,称为尺常数K(用于检核),即K1=4.687 m,K2=4.787 m。

水准测量中有许多地方需要设置转点(中间点),为防止观测过程中尺子下沉而影响读数的准确性,应在转点处放一尺垫。尺垫一般由平面为三角形的铸铁制成,下面有三个尖脚,便于踩入土中,使之稳定。上面有一突起的半球形小包,立水准尺于球顶,尺底部仅接触球顶最高的一点。当水准尺转动方向时,尺底的高程不会改变。图1-4 水准尺与尺垫

三、水准测量的原理

水准测量是获得点高程的常用测量手段,也是高程测量精度最高的一种方法。水准测量是应用几何原理,用水准仪建立一条与高程基准面平行的视线,借助于水准尺来测定地面两点间的高差,来计算待定点的高程。

如图1-5所示,若已知A点的高程为H(称已知高程点),现在要A测定B点的高程H(称为待测高程点),则只要测定A、B两点间的高B差h即可。则B点高程为AB图1-5 水准测量的原理

H=H+h      (式1-1)BAAB

而要测定h,可在A、B点间O处(称为测站)安置一台可提供AB水平视线的水准仪,然后通过水准仪的视线在A点(称为后视点)水准尺(称为后视尺)上读数,记为a(称为后视读数);在B点(称为前视点)水准尺(称为前视尺)上读数,记为b(称为前视读数)。则

h=a-b      (式1-2)AB

其中,若a>b,h为正值,表示B点高于A点;反之,若a

H=H+h=H+a-b      (式1-3)BAABA

用上式求待测点高程的方法叫做高差法。任务实施

步骤1 安置三脚架,并将水准仪固定到三角架上。(1)各个小组在台阶前分别选择一个空旷的地方安置三脚架。先拿起三脚架,松开三脚架架腿上三个伸缩螺旋,抽出架腿上的活动腿,将其调整至适当高度(使三脚架大致与肩平齐),然后拧紧伸缩螺旋。(2)张开架腿,使脚尖大致呈等边三角形,摆动架腿使架头大致水平,踩实三脚架。(3)将水准仪用中心连接螺旋固定在脚架上,并使基座连接板三边与架头三边对齐,如图1-6所示。图1-6 安置三脚架

步骤2 粗平水准仪。主要是通过调整水准仪的脚螺旋,使圆水准器气泡居中,以使水准仪竖轴大致铅直。(1)任选两个脚螺旋1、2,双手相向等速转动这对脚螺旋,使气泡移动至与1、2连线垂直且过零点的直线上,如图1-7(a)所示。(2)转动另一个脚螺旋3,使圆水准器中的气泡移动到零点位置(小圆圈内),如图1-7(b)所示。图1-7 粗平

步骤3 瞄准水准尺。主要是通过使望远镜对准水准尺,清晰地看到目标和十字丝成像,以便准确地进行水准尺读数。(1)在离水准仪几米的地方,先将尺垫踩实,将水准尺立在尺垫的半球顶端,然后站在尺后,双手握住把手,两臂紧贴身躯,借助尺上水准器气泡(气泡居中即为已竖直)将尺竖直立在尺垫上,如图1-8(a)所示。(2)将水准仪望远镜朝向明亮背景,转动目镜调焦螺旋,使十字丝影像清晰;然后旋松制动螺旋,通过望远镜上的缺口和准星初步瞄准水准尺,随即拧紧制动螺旋,如图1-8(b)所示。(3)转动物镜调焦螺旋,使水准尺影像清晰,然后转动微动螺旋,使十字丝竖丝与水准尺分划线一侧边缘重合,如图1-8(b)所示。图1-8 瞄准水准尺

提示

如不仔细进行上述对光,将会导致水准尺的影像与十字丝影像不共面,二者的影像不能同时看清,这种现象称为视差。检查视差的方法是:眼睛在目镜处上下微微移动,若二者的影像产生相对运动,则视差存在。

消除视差的方法是:反复、仔细、认真地进行目镜、物镜对光,直到二者影像无相对运动为止。视差对瞄准、读数均有影响,务必加以消除。

步骤4 精平。如图1-9(a)所示,调节微倾螺旋,透过水准管放大镜观察水准管气泡,使其两半弧影像符合成一光滑圆弧,这时视准轴已精确水平。图1-9(b)、图1-9(c)所示水平管气泡形状显示水准仪未精平。图1-9 精平水准仪

步骤5 读数。在读数前应判明水准尺的注记、分划特征和零点常数,以免读错。望远镜十字丝的中丝所对的水准尺的读数即为我们需要读取的读数。

读数时要按从小到大的顺序读取,并依次读取分米、厘米、毫米,其中,毫米为估读。如图1-10所示,水准尺上“E”形的最长边为分米的整数位(如19分米、20分米),相邻两分米之间被分为10等分,每一黑色条或白色条的边缘均为厘米整数位。读数时可先根据中丝所在位置读出“分米”数,然后将其转换为“米”数。图1-10 水准尺读数

例如,本例中的“分米”读数为19分米,则记为1.9m;接下来再根据中丝所在位置读出“厘米”数。在本例中,中丝处于4厘米与5厘米之间,则读数记为0.04m;最后估读不足1厘米的“毫米”数,本例约为8mm(即0.008m)。综合起来,4位的全读数为1.948m。

提示

仪器精平后应马上读数,速度要快,以减少气泡移动引起的读数误差。任务考核表1-2 考核标准表巩固训练

1.水准仪由哪些部分组成的?各自的作用是什么?

2.简述水准测量的原理。

3.简述水准仪架设的步骤。

4.视差是什么?怎么消除视差?

5.简述水准尺的读数方法。任务二 使用水准仪测量台阶高程任务目标

熟练掌握水准测量的步骤以及高程的计算方法。相关知识

一、水准点

用水准测量方法测定高程时建立的高程控制点称水准点。需要长期保存的水准点一般用混凝土或石头制成标石,中间嵌半球型金属标志,埋设在冰冻线以下0.5m左右的坚硬土基中,并设防护井保护,称为永固性水准点。埋设在岩石或永久建筑物上,使用时间较短的,称临时水准点。

二、水准路线

水准测量进行的路线称为水准路线。根据测区情况和需要,建筑工程建设中水准路线可布设成以下形式。(1)闭合水准路线

如图1-11(a)所示,从一已知高程点BM.A出发,沿线测定待测高程点1、2、3、…的高程后,最后闭合在点BM.A上。这种水准测量路线称为闭合水准路线,多用于面积较小的块状测区。图1-11 水准测量的布设形式(2)附合水准路线

如图1-11(b)所示,从一已知高程点BM.A出发,沿线测定待测高程点1、2、3、…的高程后,最后符合在另一个已知高程点BM.B上。这种水准测量路线称附合水准路线,多用于带状测区。(3)支水准路线

如图1-11(c)所示,从一已知高程点BM.A出发 ,沿线测定待测高程点1、2、3、…的高程后,即不闭合又不附合在已知高程点上。这种水准测量路线称为支水准路线。由于支水准路线不具有检核功能,因此,通常要进行往返测量,以便用于检核。任务实施

执行任务前,首先确定一个水准点作为已知水准点,然后在台阶上用红漆标注几个待测点,记为B、B、B……等。每个小组从已知12水准点BM点开始,通过闭合水准路线测定台阶上各待测点的高程。

为了更好地使同学们理解计算过程,我们选取从已知水准点BM点测定待测点B点这段路线来进行讲解。假设BM点的高程H=40.685m,则测定台阶待测点B点高程的步骤如下(参见图BM1-12)。图1-12 台阶高程测量示意图

步骤1 将后视尺立于BM点上,在路线前进方向距离为D(不超过100m为宜)的适当位置选择一点ZD1,作为临时的高程传递点,称为转点;然后在ZD1点放上尺垫并踩实,将前视尺立于其上;接下来将水准仪架设在两水准尺的中间位置,并粗平。

提示

在高等级水准测量中,为保证观测数据的正确性,通常采用双仪器高法或双面尺法进行测站检查。(1)双仪器高法

在一个测站中,观测一次高差h=a-b后,将仪器升高或者降低10cm左右,再观测一次高差h′=a′-b′。当两次高差之差满足Δh=|h-h′|≤Δh时,取两次高差平均值为本站高差,否则重测,直到满足条件为容止。Δh称为容许值,其标准在相应的高等级水准测量规范中可以查容到。(2)双面尺法

在一个测站上,用同一仪器分别观测水准尺(双面尺)黑面和红面的读数,获得两个高差差h=a-b和h=a-b,若满足Δh=|h黑黑黑红红红黑-h|≤Δh时,则取两次高差平均值为本站高差,否则重测,直到满红容足条件为止。

步骤2 照准BM点后视尺,精平仪器,读取后视读数a(如11.384m);照准ZD1点前视尺,精平仪器,读取前视读数b(如11.179m)。将数据记入水准测量手簿中(表1-3),则h =a-11b=1.384-1.179=0.205m。1

步骤3 将BM点水准尺移至与ZD1点距离为D1(依然以不超过100m为宜)的ZD2点上,并架好;将水准仪移至ZD1与ZD2的中间位置并粗平;将ZD1点水准尺标记面面向仪器。

注意

在一个测站测完后,前视尺尺垫一定不能动,只需把水准尺尺面转过来,因为此点起着传递高程的作用。若前视尺位置变了,就起不到传递高程的作用了,会导致后面计算的高程错误。

步骤4 照准ZD1点水准尺,精平仪器后读取读数a(如1.479m);2照准ZD2点水准尺,精平仪器后读取读数b(如0.912m)。将读数记2入水准测量手簿中,则h=a-b=1.479-0.912=0.567m。222

步骤5 按照步骤3、4依次连续设站施测,直至测到待测点B点,结果如表1-3所示。表1-3 水准测量手簿

步骤6 由于各测站的高差为

h=a-b(i=1,2,3…)iii

则B点和BM点之间的高差为

H=∑h=∑a-∑b=1.684miii

则B点的高程为

H=H+H=40.685+1.684=42.369mBBM

步骤7 为了检核测量结果,可从B点进行返测,从而使测量线路成为闭合水准线路。返测的测量方法与往测完全相同,同时,还应将相关测量数据记录在水准测量簿中。

理论上讲,由于闭合水准路线的起点和终点是同一点,因此,闭合水准线路的高差之和应为0,即

∑h=0测

但是,在实际工作中,由于存在观测误差、仪器误差等,闭合水准线路的高差之和通常不会为0。

对于不同等级的水准测量,对高差闭合差的容许值有不同的规定。等外水准测量的高差闭合差容许值为:

平地:

山地:

式中  L——水准线路长度,单位为km。

n——测站数。

例如,本例中往返测时测站总数为6,则其最大允许误差为

注意

水准测量的等级是根据国家水准网来定的。所谓国家水准网是指:在全国领土范围内,由一系列按国家统一规范布设和测定高程的水准点所构成的网,又称国家高程控制网。

国家水准网布设成一等、二等、三等、四等4个等级。其布设原则为:从高级到低级,从整体到局部,分级布置,逐级加密。等级是根据环线周长、附和路线长、偶然中误差、全中误差来分的。其中,一等水准测量精度最高,四等以外的都统称为等外水准测量。任务考核表1-4 考核标准表巩固训练

1.简述水准点的埋设和分类。

2.水准路线的布设形式有哪些?

3.什么是转点?其作用为何?

4.设A点为后视点,B点为前视点,A点的高程为88.456m。当后视读数为1.269m,前视读数为1.665m,问A、B两点的高差是多少?B点的高程是多少?并绘图说明。项目小结

高程测量是建筑工程测量中的基本技能,本项目通过测量台阶的高程,让读者能够掌握水准测量的基本知识和基本技能;还能熟练掌握水准仪的架设,水准仪的读数,水准路线的布设方法,以及水准测量数据的计算与检核等。项目二角度测量【项目导读】

在建筑工程测量中,角度测量是除高程测量之外的另一项重要测量。角度测量主要用来测量水平角或竖直角的角度。其中,水平角是一点到两个目标的方向线垂直投影在水平面上的所成的夹角;竖直角是一点到目标的方向线和一特定方向(通常为水平方向或天顶方向)之间在同一个竖直面内的夹角。此外,水平方向和目标方向间的夹角称为天顶距。

角度的度量常用60分制和弧度制。60分制即一周为360°、1°为60′、1′为60″;弧度制采用圆周角的2π分之一为1弧度。1弧度约等于57°17′45″。

角度测量主要使用经纬仪。本项目将详细介绍经纬仪的构造,经纬仪的架设方法和使用经纬仪测定水平角和竖直角的方法。【项目仪器与工具】

本项目所用到的测量仪器与工具如表2-1所示:表2-1 测量仪器与工具任务一 经纬仪的架设任务目标

熟悉经纬仪的构造,经纬仪的架设,熟练使用经纬仪进行读数。相关知识

经纬仪简介

经纬仪是角度测量中最主要的仪器,经纬仪可分为光学经纬仪和电子经纬仪。这里我们主要介绍DJ光学经纬仪(D表示“大地”,J6表示“经纬仪”,6表示测量误差为6″),其构造如图2-1所示。图2-1 DJ经纬仪的构造6

提示

光学经纬仪采用光学度盘和光学测微读数方式,价格低,性能稳定。而电子经纬仪采用电子度盘,能以数字形式显示角度值,便于储存和记录数据。任务实施

任务前每个小组分别在教学楼前干净的地面上用记号笔画一个“×”形作为测站点,此“×”形的交点即为测站点(标志中心),如图2-2(a)所示。

步骤1 对中

对中的目的是使经纬仪水平度盘的中心与测站点(标志中心)位于同一铅垂线上。(1)张开三脚架,调节三脚架的活动架腿使其高度适中,目估架头水平,拧紧固定伸缩螺旋使三脚架固定;连接上经纬仪,使经纬仪基座连接板与架头三边对齐,拧紧中心连接螺旋,如图2-2(a)所示。(2)调节对中器的目镜调焦螺旋,使对中器的分划圈清晰;再调节对中器的物镜调焦螺旋,使地面标志清晰;固定三脚架一架腿,用脚前部靠在标志中心旁边(便于在对中器中迅速找到标志中心),双手持三脚架另两架腿并不断调整其位置,同时眼睛观测对中器,使分划圈基本对准地面标志中心,最后踩实三脚架。(3)保持三脚架架腿1不动,调节架腿2,使圆水准器气泡移动到跟1、2连线垂直且过水准器零点的直线上;调节架腿3,使气泡位于圆水准器的零点位置(小圆圈的圆心)。

提示

此步可以参照项目一水准仪架设的粗平步骤,目的都是调节圆水准器的气泡到零点位置。不同的是水准仪粗平是通过脚螺旋来调节,而此处是通过架腿来调节。(4)松开中心连接螺旋,双手扶住经纬仪,在架头上移动仪器使标识中心刚好落在对中器的分划圈圆心上,使其精确对中,如图2-2(b)所示。图2-2 经纬仪对中

步骤2 整平

整平的目的是使仪器竖轴铅垂和水平度盘处于水平位置。(1)松开水平制动螺旋,转动照准部使照准部水准管与两个脚螺旋1、2连线平行;双手相向转动这两个脚螺旋,使气泡处于水准管的中间位置,如图2-3(a)所示。(2)再将照准部旋转90°,调节脚螺旋3,使气泡处于水准管的中间位置,如图2-3(b)所示。(3)重复上述步骤,直到照准部旋转到任何位置,气泡都居中为止。图2-3 整平经纬仪

注意

精确整平后,经纬仪圆水准器与水准管的气泡必须同时居中。同时整平和对中也是相互影响的,操作时应交替反复进行,直至既整平又对中为止。

步骤3 瞄准

角度测量时瞄准的目标一般为待测点上的测钎、花杆等。在离经纬仪几十米的地方用记号笔画一个“×”形作为待测点,把测钎垂直立于“×”形的交叉点上,如图2-4所示。

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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