建筑工程測量(第二章)-水準(zhǔn)測量

1、 第二章 水準(zhǔn)測量2.1 水準(zhǔn)測量原理 2.2 DS3水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測量的工具 2.3 水準(zhǔn)儀的使用 2.4 水準(zhǔn)測量的施測方法 2.5 水準(zhǔn)測量的內(nèi)業(yè)計算 2.6 水準(zhǔn)儀的檢驗與校正 2.7 水準(zhǔn)測量的誤差及注意事項 2.8 其他水準(zhǔn)儀簡介水準(zhǔn)測量原理： 利用一條水平視線，讀取兩點上水準(zhǔn)尺的讀數(shù)，測定兩點間的高差，由已知點高程推求未知點高程。如圖：hAB = a bhAB=后視讀數(shù)-前視讀數(shù) 大地水準(zhǔn)面HibHBHAhAB前進(jìn)方向ABa當(dāng)a b時，hAB 為正，B高于A ；當(dāng)a b時， hAB 為負(fù)，B低于A。高差法儀器高（視線高）法hAB = a b HB = HA + hABHi= HA+

2、 aHB= Hi-b 利用高差計算高程。（安置一次儀器測定一個前視點高程時采用） 利用視線高計算高程。（安置一次儀器測定多個前視點高程時采用）一、水準(zhǔn)儀1、水準(zhǔn)儀的等級 DS05、DS1、DS3、DS10 D大地測量儀器 S水準(zhǔn)儀 數(shù)字 表示儀器的精度，即每公里往、返 測得高差中數(shù)的中誤差（mm）。水準(zhǔn)儀的作用是提供一條水平視線； 工程測量中常使用DS3型水準(zhǔn)儀，該儀器 標(biāo)稱精度為3mm/km。目鏡水準(zhǔn)管目鏡圓水準(zhǔn)器校正螺釘微動螺旋制動螺旋對光螺旋物鏡準(zhǔn)星缺口水準(zhǔn)管圓水準(zhǔn)器三腳架腳螺旋2、DS3型水準(zhǔn)儀的主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、基座三部分組成。構(gòu)造微傾螺旋（1）望遠(yuǎn)鏡：用來瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處的水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀

3、數(shù)； 由物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦透鏡、 調(diào)焦螺旋組成；視準(zhǔn)軸：物鏡中心 與十字絲交點的連線。（2）水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的作用：整平儀器，使視準(zhǔn)軸處于水平位置。圓水準(zhǔn)器 作用：粗略整平 結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般為 8 10/2mm （氣泡中心偏離零點2mm 所對的圓心角） 管水準(zhǔn)器 作用：精確整平結(jié)構(gòu)：如圖所示 精度：一般= 20/2mm 水準(zhǔn)管的分劃值： 氣泡中心偏離零點2mm所對的圓心角。 公式： 分析： R越大，越小，靈敏度越高。 DS3 : R=20.6265米 =20 符合水準(zhǔn)器作用：調(diào)整水準(zhǔn)儀觀測視線處于水平狀態(tài)的精密整平裝置。構(gòu)成：由一個管水準(zhǔn)器和一個棱鏡組構(gòu)成。應(yīng)用原理：利用光學(xué)

4、反射原理，使水準(zhǔn)氣泡A端半影像按1、2、3、4 的方向反映在顯示面上，B 端半影像從另一個棱鏡開始按A端同樣方式反映在顯示窗上。（3）基座軸座：承托儀器上部腳螺旋：調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中連接板：連接三腳架組成 軸座腳螺旋連接板二、水準(zhǔn)尺和尺墊1、水準(zhǔn)尺塔尺 ：可以伸縮，一般全長2m、5m，用于等外水準(zhǔn)測量。雙面尺：不可伸縮，一般全長3m，用于三、四等水準(zhǔn)測量。2、尺墊 僅在轉(zhuǎn)點處豎立水準(zhǔn)尺時使用， 防止點位移動和水準(zhǔn)尺下沉。 三、儀器的使用一、安置儀器 （1）在測站上松開三腳架架腿的固定螺旋，按需要的高度調(diào)整架腿長度，再擰緊固定螺旋，張開三腳架將架腿踩實，并使三腳架架頭大致水平。 （2）

5、從儀器箱中取出水準(zhǔn)儀，用連接螺旋將水準(zhǔn)儀固定在三腳架架頭上。二、粗略整平通過調(diào)節(jié)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。 三、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺 （1）目鏡調(diào)焦 轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲成像清晰。 （2）初步瞄準(zhǔn) 通過望遠(yuǎn)鏡筒上方的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，旋緊制動螺旋。 （3）物鏡調(diào)焦 轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋，使水準(zhǔn)尺的成像清晰。（4）精確瞄準(zhǔn) 轉(zhuǎn)動微動螺旋，使十字絲的豎絲瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺邊緣或中央。（5）消除視差 眼睛在目鏡端上下移動，有時可看見十字絲的中絲與水準(zhǔn)尺影像之間相對移動，這種現(xiàn)象叫視差。 產(chǎn)生視差的原因是水準(zhǔn)尺的尺像與十字絲平面不重合。 視差的存在將影響讀數(shù)的正確性，必須予消除。 消除視差的方法是仔細(xì)地轉(zhuǎn)動物鏡對

6、光螺旋，直至尺像與十字絲平面重合。 四、精確整平 轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡兩端的影像嚴(yán)密吻合,此時水準(zhǔn)管氣泡居中，視線即為水平視線 五、讀數(shù) 用十字絲橫絲在水準(zhǔn)尺上按從小到大的方向讀數(shù)，讀取米、分米、厘米、毫米（估讀數(shù)）四位數(shù)字。注意：讀數(shù)前必須精平， 精平后立即讀數(shù)。圖形：水準(zhǔn)儀讀數(shù)實例水準(zhǔn)儀讀數(shù)實例6.2521.4770.725 bc a水準(zhǔn)測量 一、水準(zhǔn)點 我們將用水準(zhǔn)測量的方法測定的高程控制點，稱為水準(zhǔn)點。 水準(zhǔn)點記為BM (Bench Mark)。 水準(zhǔn)點有永久性水準(zhǔn)點和臨時性水準(zhǔn)點兩種。國家等級永久性水準(zhǔn)點國家等級永久性水準(zhǔn)點建筑工地上的永久性水準(zhǔn)點（2）臨時性水準(zhǔn)點一、一個測站的水準(zhǔn)

7、測量工作ABab1、安置儀器于AB之間， 立尺于A、B點上；2、粗略整平；3、瞄準(zhǔn)A尺，精平、讀數(shù)a， 記錄1.568m；4、瞄準(zhǔn)B尺，精平、讀數(shù)b， 記錄1.471m；5、計算：hAB = a b = 1.568-1.471=0.115m 即B點比A點高0.115m。 hBA = hAB= 0.115m，即 A點比B點低0.115m。 當(dāng)已知高程的水準(zhǔn)點距欲測定高程點較遠(yuǎn)或高差較大時，不能安置一次儀器即可測得兩點間的高差。 這時需要在兩點間加設(shè)若干個立尺點，分段設(shè)站，連續(xù)進(jìn)行觀測。 提出問題： 解決方法： 加設(shè)的這些立尺點并不需要測定其高程，它們只起傳遞高程的作用，故稱之為轉(zhuǎn)點，用TP（Tu

8、rning Point）表示。二、水準(zhǔn)測量實施方法例：注意：為保證高程傳遞的準(zhǔn)確性，在相鄰測站的觀測過程中，必須使轉(zhuǎn)點保持穩(wěn)定（高程不變）。ATP1TP2TP32.142B1.2580.9281.2351.6641.4311.6722.074HA=123.446mHB大 地 水 準(zhǔn) 面前進(jìn)方向測站點號 水準(zhǔn)尺讀數(shù)后視（a） 前視（b）高差 （m）高程（m）備注 ATP1TP1TP2TP2TP3 TP3 B 2.142 1.258+0.884 0.928 1.235-0.307 1.664 1.431 +0.233 1.672 2.074 -0.402計算檢核 6.406 5.998測站點號 水

9、準(zhǔn)尺讀數(shù)后視（a） 前視（b）高差 （m）高程（m）備注 ab0.4080.408 0.408123.446123.854水 準(zhǔn) 測 量 手 簿已知（一）、計算檢核 目的：檢核計算高差和高程計算是否正確。 檢核條件： 如上表所示：等式條件成立，說明計算正確。（二）、測站檢核 目的：保證前后視讀數(shù)的正確。方法：變動儀器高法、雙面尺法1、變動儀器高法 在同一測站上變動儀器高（10cm左右），兩次測出高差；等外水準(zhǔn)測量其差值|h | 6mm，取其平均值作為最后結(jié)果。2、雙面尺法 采用黑紅面的水準(zhǔn)尺，利用雙面的零點差檢核觀測質(zhì)量。 二、成果檢核 水準(zhǔn)測量時，一般將已知水準(zhǔn)點和待 測水準(zhǔn)點組成一條水準(zhǔn)路

10、線； 計算檢核只能發(fā)現(xiàn)每頁計算是否有誤； 在水準(zhǔn)測量的施測過程中,測站檢核只能檢核 一個測站上是否存在錯誤或誤 差是否超限； 對一條水準(zhǔn)路線來講必須進(jìn)行成果檢核。 在一般的工程測量中，水準(zhǔn)路線布設(shè)形式主要有以下三種形式：1附合水準(zhǔn)路線2閉合水準(zhǔn)路線3支水準(zhǔn)路線1、水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式BMABMBh1h2h3h4CDE1附合水準(zhǔn)路線 （1）附合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法 從已知高程的水準(zhǔn)點BMA出發(fā)，沿待定高程的水準(zhǔn)點C、D、E進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后附合到另一已知高程的水準(zhǔn)點BMB所構(gòu)成的水準(zhǔn)路線，稱為附合水準(zhǔn)路線。 各測段高差代數(shù)和 與其理論值 的差值，稱為高差閉合差 ，即 （2）成果檢核 從理論上講，附合

11、水準(zhǔn)路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于兩個已知高程的水準(zhǔn)點之間的高差，即-=ABthHHh)(ABmthmhHHhhhW-=-=mhthhhW2閉合水準(zhǔn)路線 （1）閉合水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法 從已知高程的水準(zhǔn)點BMA出發(fā)，沿各待定高程的水準(zhǔn)點1、2、3、4進(jìn)行水準(zhǔn)測量，最后又回到原出發(fā)點BMA的環(huán)形路線，稱為閉合水準(zhǔn) 路線。BMAh1h2h3h4h51234 （2）成果檢核 從理論上講，閉合水準(zhǔn)路線各測段高差代數(shù)和應(yīng)等于零即 如果不等于零，則高差閉合差為=0thh=mhhf3支水準(zhǔn)路線 （1）支水準(zhǔn)路線的布設(shè)方法 從已知高程的水準(zhǔn)點BMA出發(fā)，沿待定高程的水準(zhǔn)點1進(jìn)行水準(zhǔn)測量，這種既不閉合又不附合的水準(zhǔn)路

12、線，稱為支水準(zhǔn)路線。支水準(zhǔn)路線要進(jìn)行往返測量，以資檢核。 BMA1hfhb2、檢核的主要內(nèi)容閉合差：觀測值與理論值的差值。 高差閉合差就是高差的觀測值與理論值之差； 用fh表示，即 fh=h測 - h理限差：規(guī)范規(guī)定的的高差閉合差的允許值； 用fh允表示。 等外水準(zhǔn)測量要求： 平地： fh允40 （mm） L水準(zhǔn)路線的長度，單位km。 山地： fh允12 （mm） n水準(zhǔn)路線的測站數(shù)。要求： fh fh允 一、符合水準(zhǔn)路線的內(nèi)業(yè)計算 如圖為一符合水準(zhǔn)路線：A、B為已知水準(zhǔn)點，HA =65.376m ， HB =68.623m點1、2、3 為待測水準(zhǔn)點，各測段高差、測站數(shù)、距離見下圖： AB12

13、3前進(jìn)方向備注測段 點名 距離 km測站數(shù)實測高差 m改正數(shù) m改正后的高差 m高程 m1234567891234A123B1.0 8 +1.5751.2 12 +2.0361.4 14 -1.7422.2 16 +1.4465.8 50 +3.315輔助計算-0.012-0.014-0.016-0.026-0.068+1.563+2.022-1.758+1.420 +3.24765.37666.93968.96167.20368.623符合水準(zhǔn)測量成果計算表已知已知1、計算閉合差：2、檢核：故其精度符合要求。3、閉合差的調(diào)整 分配原則：按與測段距離（或測站數(shù)）成正比，并反其符號改正到各相應(yīng)的

14、高差上，得改正后高差。按距離：按測站數(shù)：以第1測段為例，測段改正數(shù)為：檢核：4、計算改正后高差檢核：以第1測段為例，改正后的高差為：5、計算高程如：檢核：否則說明高程計算有誤。二、閉合水準(zhǔn)路線成果計算 1、計算閉合差： 2、檢核： 3、計算高差改正數(shù)： 閉合水準(zhǔn)路線的計算與附合水準(zhǔn)路線基本相同。 4、計算改正后高差： 5、計算各測點高程：三、支水準(zhǔn)路線成果計算11、計算閉合差：2、檢核：，故精度符合要求。3、計算高差（取往、返測絕對值的平均值，其符號與往測相同）4、計算高程H1=186.785-1.386=185.399m(HA=186.785m)An = 16站一、水準(zhǔn)儀的主要軸線及應(yīng)滿足的

15、條件 主要軸線：視準(zhǔn)軸CC 水準(zhǔn)管軸LL 儀器豎軸VV 圓水準(zhǔn)器軸 幾何關(guān)系： 圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸 水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸 十字絲橫絲 豎軸視準(zhǔn)軸水準(zhǔn)管軸支點微傾螺旋二、水準(zhǔn)儀的檢驗和校正1、圓水準(zhǔn)器的檢驗和校正目的：使圓水準(zhǔn)器軸/儀器豎軸檢驗： 用腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中； 望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)180度。 若氣泡仍居中，滿足要求； 若氣泡不居中，需進(jìn)行校正。 校正： 用腳螺旋調(diào)氣泡偏離 值的一半； 用圓水準(zhǔn)器的校正 螺旋再調(diào)一半。 2、十字絲橫絲的檢校和校正 目的：使十字絲橫絲 豎軸 檢驗： 精平儀器，十字絲橫絲左邊 對準(zhǔn)墻上標(biāo)志點p； 水平微動，p點在橫絲上移動，說明十字絲橫絲位置正確；否則需要校正。

16、MMMM校正： 松開十字絲的固定螺旋； 微微轉(zhuǎn)動十字絲環(huán)座， 至p點軌跡與橫絲重合； 擰緊十字絲的固定螺旋。十字絲固定螺旋3、水準(zhǔn)管軸的檢驗與校正 目的：使水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸。 檢驗： 在平坦地面選相距80m左右A、B兩點，置水 準(zhǔn)儀于中點C，用變動儀器高法（兩次高差之 差3mm）測定兩點之間 的高差h0=a1-b1； i角 視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸之間的夾角； 前后視距相等可以消除。ABiia1a1b1C儀器搬A點附近，測得高差 h = a2b2； 若 h=h0，則水準(zhǔn)管軸/視準(zhǔn)軸； 若 h不等于h0，則存在i角。 如圖：式中：DAB 為AB兩點之間的距離 b2b2應(yīng)ABiiia1a1a2b1C2 對

17、于DS3水準(zhǔn)儀，當(dāng) 時，則需校正。3、校正 轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使 （此時視準(zhǔn)軸水平，水準(zhǔn)管氣泡不居中）。 調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管校正螺絲，使符合氣泡居中。誤差來源： 儀器誤差 + 觀測誤差 + 外界條件的影響 一、儀器誤差 1、儀器校正后的殘余誤差主要是i角誤差。 （前后視距相等可消除） 2、水準(zhǔn)尺誤差 包括刻劃不準(zhǔn)、尺長變化、 尺身彎曲等誤差。（作業(yè)前必須檢驗，前后視 尺交替使用、測站數(shù)為偶數(shù)可減弱或消除）二、觀測誤差 1、視差（仔細(xì)調(diào)焦可消除） 2、讀數(shù)誤差（減小視線長度、讀數(shù)認(rèn)真果斷） 3、水準(zhǔn)氣泡居中誤差（符合后立即讀數(shù)） 4、水準(zhǔn)尺傾斜的影響（認(rèn)真扶尺、氣泡居中）三、外界條件的影響 1、儀器下沉（踩

18、緊腳架、減少觀測時間） 2、尺墊下沉（尺墊踩實、往返測取中數(shù)） 3、地球曲率和大氣折光（前后視距相等可消除） 4、大氣溫度和風(fēng)力（打傘遮陽、選擇好的天氣）(7)測量者要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，工作要細(xì)心，加強(qiáng)校核。注意事項(1)測量過程中應(yīng)盡量用目估或步測保持前、后視距基本相等。 (2)儀器腳架要踩牢，觀測速度要快，以減少儀器下沉。(3)估數(shù)要準(zhǔn)確，讀數(shù)時要仔細(xì)對光，消除視差。(4)檢查塔尺相接處是否嚴(yán)密。保證扶尺豎直。(5)記錄要原始，字跡整齊、清楚，端正。 (6)讀數(shù)時，記錄員要復(fù)誦，以便核對。 精密水準(zhǔn)儀主要用于一、二等水準(zhǔn)測量和精密工程測量。特點：1、結(jié)構(gòu)精密、性能穩(wěn)定、測量 精度高；2、望遠(yuǎn)鏡放大率不小于40倍；3、水準(zhǔn)管分劃值為10/2mm；4、采用光學(xué)測微器讀數(shù)，可直 接到0.1mm，估讀到0.01mm；5、配專用精密水準(zhǔn)尺；操作方法與DS3水準(zhǔn)儀