土木工程测量方法

土木工程测量方法

第一章测量工作在施工生产中作用

由于社会的发展，工程项目的增多，测量技术已经广泛地应用于工程建设的各个阶段。应用于工程建设上，其任务共分三项：测图；放样；监测。测图工作是设计和测绘部门的主要任务，我们只需了解一些概念即可。监测可理解为监控测量，监测的主要容为：在施工过程中对地质和地形变化情况进行监视。例如：在隧道施工过程中，对围岩受敛情况及拱顶下沉情况进行观测，以及其它大型建筑物和高路基或地质不良地段需要经常地观测它们的变形情况，以便采取相应的措施，确保工程质量和人员、行车的安全。对于我们施工单位而言，测量工作的主要任务就是放样，因为测量放样工作贯穿着工程的全过程。放样亦称测设，就是把图纸上设计好的各种建筑物按设计要求测设到地面上，并用一定的标志表示出来，作为施工的依据。

测量技术是为人类生产服务的一门技术，在施工生产中，测量具有十分重要的作用。例如：在铁路、公路勘测设计的时候需要测绘较大比例尺的地形图和断面图，以便设计部门利用该图选择和确定线路位置；我们施工单位要将设计好的线路位置准确地标定在地面上；整个工程完成后还要进行竣工测量等……总之，在整个工程建设过程中，无论是勘测设计阶段，施工阶段和运营阶段，这些工作都离不开测量。测量工作的质量将直接影响工程建设的设计方案及施工的进度和工程质量。因此，作为工程技术人员，只有熟练掌握和理解各种基本测量操作技术及必要的计算技巧，才能通过测量对各种建筑物进行精确的定位、放样。

测量的实际工作分为外业和业两个容，其外业工作（放样工作）即为测量地面上各点之间的角度、水平距离和高差，测量成果的好坏亦取决于这三项工作的质量；业工作包括资料计算、现场放样记录、成果整理复核等。

第二章 水准测量

一 水准测量的原理

水准测量亦称高程测量，确定地面上某一点的高程所进行的测量称为高程测量。确定一点的高程通常可采用水准测量方法和三角高程测量方法，而水准测量方法是最准确的也是最普通的使用方法（三角高程测量方法将在全站仪使用部分做介绍）。 水准测量又称为几何水准测量（我们施工单位也称为抄平），是利用水准仪配合水准尺测定地面点高程的常用方法。

要确定一个点的高低位置（也就是要知道这个点的高程），首先要确定一个起算面（水准面）。目前我用“1985年国家高程基准”，它是国家测绘机构在验潮站附近设立固定标石，用精密水准测量方法成年累月长期观测记录而求得的，这个固定标石点称为水准原点，高程为72.260m ，是国家一等水准网和全国高程测量的起点。其他等级的国家水准点高程均以此推算。水准原点的高程即黄海平均海水面至该点的高差，我国都把水准原点附近的黄海平均海水面作为水准面，也就是我国计算高程的起算面。 地面上某一点沿铅垂线方向至水准面的距离称为绝对高程或海拔（简称为高程或标高），用“H ”表示。水准面的绝对高程为零。有时在局部地区，求某一点的高程有困难时，也可以假定一个水准面作为高程的起算面。地面上一点A 至水准面的铅垂距离用H A 表示；至假定水准面的铅垂距离用H ′A 表示，如图2-1。地面上任意两点的高程之差称为高差，利用水准仪进行高程测量的基本原理如下：

H A

H ′A

大海的平均海水面

大地水准面

假设水准面

H ′B

H B

h A B

B

A

图2-1

地球上各点至水准面的铅垂线不平行的而汇交于地心的。但在小围我

们可以把水准面当作水平面，所以H A 、H B 以及h AB 可见图2-1所示。A 点对B 点的高差为：

h AB =H A －H B =H A ′－H B ′

在施工测量时，测定两点的高差是利用水准仪进行的，如图2-2所示：设已知A 点的高程为H A ，现需要测定B 点的高程，在A 、B 两点之间安置水准仪，在A 、B 两点之间竖立水准尺，利用水准仪提供的水平视线，从仪器中分别读取A 、B 两点上水准尺的读数为a 和b ，由图中几何关系可得出B 点对A 点的高差：

h AB =a －b

则B 点的高程为：

H B =（H A +a ）－b= H A +（a －b ）

这里我们把已知点A 点称为后视点，A 点上水准尺的读数称为后视读数；B 点称为前视点，B 点上水准尺的读数称为前视读数。计算高差时总是用后视读数减去前视读数。当a ＞b 时，高差为“＋”，说明前视点比后视点高；反之则前视点低于后视点。

水平视线

大地水准面

H B

h A B

b

H A

a

B

A

图2-2

二 仪器和工具

⑴ 水准仪：由望远镜、水准器、基座三部分组成。

1.望远镜——由物镜、目镜和十字丝（上、中、下丝）三部分组成。

2.水准器有两种：

圆水准器——精度低，用于粗略整平。 水准管——精度高，用于精平。

目前我们项目部各工点采用的水准仪均为自动安平水准仪，它没有水准管；原来使用的微倾式水准仪主要采用水准管进行精平，现在工地上已很少使用。 3.基座

为了支承并水平转动仪器，需要一个基座；仪器的竖轴与支架连成一个整体插入基座的轴套里，使望远镜能绕竖轴转动。 ⑵水准尺

水准尺简称标尺，供仪器读数用。主要有单面尺、双面尺和塔尺几种，水准尺要求顺直，刻划准确、清晰，采用木质和铝合金材料制作。铁路五等水准测量常用的为塔尺，尺面分划为1cm或5mm，每10cm处（E字形刻划的尖端）注有阿拉伯数字。双面尺又称黑红双面标准尺，由两把尺组成，双面标准尺的黑面底部读数均由0开始；红面尺的底部读数：一把为4687mm，另一把为4787mm。双面尺主要用于三、四等水准测量或者要求较高精度的水准点引测。

⑶尺垫

在水准测量中，为使高程得到可靠的传递并使水准尺不致于下沉，常采用尺垫作转点，以防止观测过程中水准尺下沉。

三水准仪的使用

操作程序：粗平——瞄准——精平——读数

⑴粗平——调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。

规律：气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。

⑵瞄准

1．方法：先用准星器粗瞄，再用微动螺旋精瞄。

2．视差

概念：眼睛在目镜端上下移动时，十字丝与目标像有相对运动。

产生原因：目标像平面与十字丝平面不重合。

消除方法：仔细反复交替调节目镜和物镜对光螺旋。

⑶精平

若使用自动安平水准仪，仪器无微倾螺旋，故不需进行精平工作。

⑷读数——精平后，用十字丝的中丝在水准尺上读数。

1．方法：米、分米看尺面上的注记，厘米数尺面上的格数，毫米估读。

2．规律：读数在尺面上由小到大的方向读。故对于望远镜成倒像的仪器，即从上往下读，望远镜成正像的仪器，即从下往上读。

四普通水准测量的实施及成果整理

⑴水准点

通过水准测量方法获得其高程的高程控制点，称为水准点，一般常用BM表示。有永久性和临时性两种。永久性水准点的高程由设计部门提供，临时性水准点的高程由施工单位自行引测。

⑵水准路线

水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式（如下图所示）：

1．闭合水准路线

由已知点BM1出发，经过若干待测点，最后回到已知点BM1。

2．附合水准路线

由已知点BM1出发，经过若干待测点，附合到已知点BM2。