工程测量第二章(水准测量).

第二章水准测量测量确定点的位置是空间三维，其中点的高程是地面点的要素之一，测定高程的工作称为高程测量，测定高程的常用方法有水准测量、三角高程测量。水准测量的精度高，经常使用。水准测量是利用水准仪提供水平视线，借助水准尺来测定地面上两点的高差，从而由已知点高程推出未知点的高程。高程：地面点到大地水准面的铅垂距离高差：地面上两点的高程之差bba大地水准面aHAHBhABAB前进方向前视？后视？2.1水准测量原理已知HA，求HB?hAB=HB－HAHB＝HA＋hABhAB＝a－bHB＝HA＋(a-b)=HA＋hAB一测站高程计算方法：高差法：先计算两点高差再计算未知点的高程；高差例：图中已知A点高程HA=452.623m，后视读数a=1571，前视读数b=0685，求B点高程。解：B点对于A点高差：hAB=a-b=1.571－0.685=0.886mB点高程为：HB＝452.623＋0.886＝453.509m视线高法：先计算视线的高程，减去未知点上水准尺读数，即得未知点高程。hABi=HBi－HAHBi＝HA＋hABihABi＝a－biHB＝(HA＋a)-bi=H视线-bi视线高面水准测量模拟H视=a+HAab321AH1＝H视-bcH2＝H视-cH3＝H视-dd面水准测量(视线高法的应用)此种方法可以解决一次后视，多次前视时作业效率问题。如:土方测算;道路断面测量例：图中已知A点高程HA=423.518m，要测出相邻1、2、3点的高程。先测得A点后视读数a=1563m，接着在各待定点上立尺，分别测得读数b1=0953，b2=1152，b3=1328。高差法和视线高法的测量原理是相同的，区别在于计算高程时次序上的不同。在安置一次仪器需求出几个点的高程时，视线高法比高差法方便，因而视线高法在建筑施工中被广泛采用。解：先计算出视线高程Hi=HA+a=423.518＋1.563＝425.081m各待定点高程分别为：H1＝Hi－b1＝425.081－0.953＝424.128mH2＝Hi－b2＝425.081－1.152＝423.929mH3＝Hi－b3＝425.081－1.328＝423.753m1、3米？6米？其他？2、水准尺倒立？3、规范要求视线读数范围？问题:一测站能测到的最大高差为多少?(以3m水准尺为例)连续水准测量：原因：由于两点间距离太远或高差过大不能一次测出其高差需设立一些临时立尺点，作为高程传递过渡点。2.2水准测量的仪器及工具水准测量所使用的仪器为水准仪，工具有水准尺、尺垫。水准仪的作用是提供一条水平视线，通过水准器气泡获得水平视线的为微倾式水准仪；通过补偿器获得水平视线的为自动安平水准仪。微倾式水准仪自动安平水准仪数字(电子)水准仪（1002厂）（北光）DSZ2DSZ2+FS1欧波水准仪电子水准仪天宝TrimbleDINI122.1DS3型水准仪的构造微倾式水准仪有DS05、DS1、DS3、DS10四个等级：D：大地测量仪器的总代号；S：水准仪的代号；05、1、3、10：每千米往返测高差中数的中误差mm。水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。1、望远镜望远镜的用途是用来瞄准水准尺上的刻划，主要由物镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜组成。十字丝分划板上有两条垂直的长线。竖直的线称为竖丝，用以瞄准目标及检查水准尺是否竖直；横丝的长的一条称为中丝，用以在水准尺上读取刻划数据，横丝的上下一对对称的短横线称为视距丝（上丝、下丝），用来测定距离。十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴，用CC表示。2、水准器水准器分为管水准器和圆水准器。管水准器安装在望远镜上，用以检查视线是否水平；圆水准器安装在基座上，用以检查竖轴是否竖直。1）管水准器是一纵向内壁磨成圆弧的玻璃管，装进酒精和乙醚的混合液，加热密封冷却后，形成一气泡。水准管上有间隔2mm的刻划。刻划线的对称中心为水准管的零点，通过零点与水准管圆弧的纵切线LL称为水准管轴。每刻划线间的弧长对应的圆心角称为水准管的分划值τ：''''''''206265260603602RR越大，τ越小，水准管的灵敏度越高。为了提高水准管居中的精度，目前生产的水准仪都采用符合水准器。即采用一组棱镜，通过棱镜的折光，使气泡两端的的影像反映在望远镜旁的观察窗中，若两侧的的影像吻合（相似于两片胡豆瓣的图形），则说明气泡居中。2）圆水准器圆水准器的内表面磨成球面，中央有圆形分划圈，圆心是圆水准器的的零点。通过零点的球面法线L′L′为圆水准器轴。当气泡处于中间圆的圆心时，圆水准器轴处于铅垂位置。气泡中心每偏离零点2mm对应的圆心角称为圆水准器的分划值。3基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。其作用是支承仪器的上部并连接三脚架，通过脚螺旋配合圆水准器，使仪器大致水平。二、自动安平水准仪自动安平水准仪采用补偿器代替符合水准器和微倾螺旋，在圆水准器粗略整平情况下，可以使仪器处于水平状态。其代号为DSZ05、DSZ1、DSZ3、DSZ10。1-物镜；2-目镜；3-目镜调焦螺旋；4-瞄准管；5-圆水准器；6-水平微动螺旋;7-脚螺旋；8-基座；9-物镜调焦螺旋；10-自动安平补偿器检验钮DSC232自动安平水准仪2.2.2水准尺和尺垫水准尺1.塔尺3m、5m底部为零2.板尺3m，每隔1cm涂有黑白或红白相间的分格，每1dm标注一数值。水准尺中的双面尺两面都有刻划，一面为黑白相间（黑面），起始读数为零；另一面为红白相间（红面），起始读数为4687mm或4787mm。尺垫（尺承）尺垫下面有三个尖角可以踩入土中，上面有个半球，以支承水准尺。只用于转点，不能用于已知点和待测点。作用：防止位移和下沉连续水准测量：由于两点间距离过远或高差过大不能一次测出其高差需设立一些临时立尺点，作为高程传递过渡点。尺垫在转点TP(turningpoint)垫上，支承尺子。2.2.3水准仪的使用自动安平水准仪的使用使用过程包括安置→粗平→瞄准→读数四步：1）安置水准仪在与前、后视尺距离相近处，架脚架，使高度适中、踩实，将水准仪安置在三脚架上。2）粗略整平调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。整平要领：①气泡所在位置标志基座倾斜的高位置；②脚螺旋顺时针旋转使该脚螺旋基座升高。a123b312c3123）瞄准水准尺①调节目镜对准水准尺，调节目镜使十字丝清晰；②瞄准通过望远镜上方的缺口和准星瞄准水准尺，并在望远镜内看到水准尺，拧紧制动螺旋以固定望远镜，调节调焦螺旋使尺子的成像清晰，转动水平微动螺旋，使十子丝对准水准尺中央；③消除视差尺子的成像清晰后，上下移动眼睛看尺子的影像，若十字丝和目标的影像有相对移动的现象，称为视差。原因是尺像没有落在十字丝平面上。消除视差的方法：先调目镜调调焦螺旋使十字丝清晰，然后一面调节物镜调焦螺旋一面仔细观察，直到不再出现尺像和十字丝有相对移动为止，即尺像与十字丝在同一平面上。视差现象：4）读数由四位数字组成：米、分米、厘米、毫米）。估读至毫米，不足位用0补齐，不记小数点：如0809、0560。13为1300的起始位置。标明该段为13～14分米。为1400的起始位置。一格为10，即1厘米，毫米为估读。水准仪读数示例625214770722自动安平水准仪的注意事项自动安平检查①采用检验钮或者望远镜警示窗；②按检验钮，视场影像产生上下摆动并很快静止，说明补偿器能发挥作用；②视场影像不动或者望远镜警示窗呈现红色，说明粗平的水准仪倾斜程度已经超出补偿器的补偿能力范围，需要重新整平。③读数水准测量步骤：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1-1所示。图1-1安置三脚架项目一台阶高程的测定步骤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），如图所示。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1-2（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1-2（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1-2（b）所示。图1-2瞄准水准尺项目一台阶高程的测定步骤4精平。如图1-3（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1-3（b）、图1-3（c）所示水平管气泡形状显示水准仪未精平。项目一台阶高程的测定图1-3精平水准仪步骤5读数及记录。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1-4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。记录。测量员要“边测量、边读数”；记录员要“边复诵、边记录、边计算、边检核”，及时完成该测站的计算、检核工作，若发现数据超限，则立即告诉测量员立即重测，以保证测量数据合格，只有经过记录检查员检查合格，立尺人员及测量员才能往前搬站。项目一台阶高程的测定图1-4水准尺读数2.3水准测量的一般方法和要求2.3.1水准点与水准路线2.3.1.1水准点水准测量中，标志和保存水准测量成果的固定点称为水准点，有永久点和临时点两种。永久点多采用混凝土预制而成，其上表面嵌有半球形金属标志。临时点可以利用地面凸出的坚硬基岩涂红漆标志，或者在地面打入木桩，桩顶钉入半球形铁钉。水准点应选在地质条件较好的地方，并用红油漆编号，号前加字母BM（BenchMark）。测量后，还应绘制点位略图，称为点之记。2.3.1.2水准路线测量工作是几个人共同完成，测量数据多，操作中容易出错。为保证待测点的高程正确，必须布设成可利用一定条件来检查测量数据正确性的水准路线。1）符合水准路线由已知高程点出发，经过待测点，最后连测到另外一已知高程点的测量路线。2）闭合水准路线由已知高程点出发，经过待测点，最后连测到出发的已知高程点的测量路线。3）支水准路线由已知高程点出发，经过待测点，不与其它已知高程点连测的测量路线。4）水准网2.3.2水准测量方法：连续水准测量水准测量的路线一般较长，不能架设一次仪器就得出待测点高程，通常进行连续设站测量。方法：在两点间加设若干个临时立尺点，分段连续多次安置仪器来求得两点间的高差。这些临时加设的立尺点是作为传递高程用的，称为转点，一般用符号TP表示。AP前进方向hAP=h1+h2+h3Hp＝HA＋hAP连续水准测量模拟(纵断面视图关系)h1h2h3hAPAP前进方向h1h2h3h4hAP=h1+h2+h3+h4Hp＝HA＋hAP连续水准测量模拟(平面视图关系)示例：在一测站上的观测程序为(自动安平水准仪)：⑴安置仪器，使圆水准器气泡居中；⑵照准后视(A点)尺，用中丝读后视尺读数a1=2036。记录员复诵后记入手簿；⑶照准前视（