测量技能培训之水准测量

第一部分测量工作在施工生产中作用由于社会的发展展，工程项目目的增多，测测量技术已经经广泛地应用用于工程建设设的各个阶段段。应用于工工程建设上，其其任务共分三三项：测图；；放样；监测测。测图工作作是设计和测测绘部门的主主要任务，我我们只需了解解一些概念即即可。监测可可理解为监控控测量，监测测的主要内容容为：在施工工过程中对地地质和地形变变化情况进行行监视。例如如：在隧道施施工过程中，对对围岩受敛情情况及拱顶下下沉情况进行行观测，以及及其它大型建建筑物和高路路基或地质不不良地段需要要经常地观测测它们的变形形情况，以便便采取相应的的措施，确保保工程质量和和人员、行车车的安全。对对于我们施工工单位而言，测测量工作的主主要任务就是是放样，因为为测量放样工工作贯穿着工工程的全过程程。放样亦称称测设，就是是把图纸上设设计好的各种种建筑物按设设计要求测设设到地面上，并并用一定的标标志表示出来来，作为施工工的依据。测量技术是为人人类生产服务务的一门技术术，在施工生生产中，测量量具有十分重重要的作用。例例如：在铁路路、公路勘测测设计的时候候需要测绘较较大比例尺的的地形图和断断面图，以便便设计部门利利用该图选择择和确定线路路位置；我们们施工单位要要将设计好的的线路位置准准确地标定在在地面上；整整个工程完成成后还要进行行竣工测量等等……总之，在整整个工程建设设过程中，无无论是勘测设设计阶段，施施工阶段和运运营阶段，这这些工作都离离不开测量。测测量工作的质质量将直接影影响工程建设设的设计方案案及施工的进进度和工程质质量。因此，作作为工程技术术人员，只有有熟练掌握和和理解各种基基本测量操作作技术及必要要的计算技巧巧，才能通过过测量对各种种建筑物进行行精确的定位位、放样。测量的实际工作作分为外业和和内业两个内内容，其外业业工作（放样样工作）即为为测量地面上上各点之间的的角度、水平平距离和高差差，测量成果果的好坏亦取取决于这三项项工作的质量量；内业工作作包括资料计计算、现场放放样记录、成成果整理复核核等。第二部分水准测量一水准测量的的原理水准测量亦称高高程测量，确确定地面上某某一点的高程程所进行的测测量称为高程程测量。确定定一点的高程程通常可采用用水准测量方方法和三角高高程测量方法法，而水准测测量方法是最最准确的也是是最普通的使使用方法（三三角高程测量量方法将在全全站仪使用部部分做介绍）。水准测量又称为为几何水准测测量（我们施施工单位也称称为抄平），是是利用水准仪仪配合水准尺尺测定地面点点高程的常用用方法。要确定一个点的的高低位置（也也就是要知道道这个点的高高程），首先先要确定一个个起算面（水水准面）。目目前我国采用用“1985年国家高程程基准”，它是国家家测绘机构在在青岛验潮站站附近设立固固定标石，用用精密水准测测量方法成年年累月长期观观测记录而求求得的，这个个固定标石点点称为青岛水水准原点，高高程为72.2660m，是国家一一等水准网和和全国高程测测量的起点。其其他等级的国国家水准点高高程均以此推推算。青岛水水准原点的高高程即黄海平平均海水面至至该点的高差差，我国都把把青岛水准原原点附近的黄黄海平均海水水面作为大地地水准面，也也就是我国计计算高程的起起算面。地面上某一点沿沿铅垂线方向向至大地水准准面的距离称称为绝对高程程或海拔（简简称为高程或或标高），用用“H”表示。大地地水准面的绝绝对高程为零零。有时在局局部地区，求求某一点的高高程有困难时时，也可以假假定一个水准准面作为高程程的起算面。地地面上一点A至大地水准准面的铅垂距距离用HA表示；至假假定水准面的的铅垂距离用用H′A表示，如图2-1。地面上任任意两点的高高程之差称为为高差，利用用水准仪进行行高程测量的的基本原理如如下：地球上各点至大大地水准面的的铅垂线不平平行的而汇交交于地心的。但但在小范围内内我们可以把把大地水准面面当作水平面面，所以HA、HB以及hAB可见图2-1所示。A点对B点的高差为为：hAB=HA－－HB=HA′－HB′在施工测量时，测测定两点的高高差是利用水水准仪进行的的，如图2-2所示：设已已知A点的高程为HA，现需要测测定B点的高程，在在A、B两点之间安安置水准仪，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：hAB=a－bb则B点的高程为为：HB=（HA++a）－b=HA+（a－b）这里我们把已知知点A点称为后视视点，A点上水准尺尺的读数称为为后视读数；；B点称为前视视点，B点上水准尺尺的读数称为为前视读数。计计算高差时总总是用后视读读数减去前视视读数。当a＞b时，高差为“＋”，说明前视视点比后视点点高；反之则则前视点低于于后视点。二仪器和工具具水准仪：由望远远镜、水准器器、基座三部部分组成。1.望远镜———由物镜、目目镜和十字丝丝（上、中、下下丝）三部分分组成。2.水准器有两两种：圆水准器——精精度低，用于于粗略整平。水准管——精度度高，用于精精平。目前我们项目部部各工点采用用的水准仪均均为自动安平平水准仪，它它没有水准管管；原来使用用的微倾式水水准仪主要采采用水准管进进行精平，现现在工地上已已很少使用。3.基座为了支承并水平平转动仪器，需需要一个基座座；仪器的竖竖轴与支架连连成一个整体体插入基座的的轴套里，使使望远镜能绕绕竖轴转动。⑵水准尺水准尺简称标尺尺，供仪器读读数用。主要要有单面尺、双双面尺和塔尺尺几种，水准准尺要求顺直直，刻划准确确、清晰，采采用木质和铝铝合金材料制制作。铁路五五等水准测量量常用的为塔塔尺，尺面分分划为1cm或5mm，每10cm处（E字形刻划的的尖端）注有有阿拉伯数字字。双面尺又又称黑红双面面标准尺，由由两把尺组成成，双面标准准尺的黑面底底部读数均由由0开始；红面面尺的底部读读数：一把为为4687mmm，另一把为4787mmm。双面尺主主要用于三、四四等水准测量量或者要求较较高精度的水水准点引测。⑶尺垫在水准测量中，为为使高程得到到可靠的传递递并使水准尺尺不致于下沉沉，常采用尺尺垫作转点，以以防止观测过过程中水准尺尺下沉。三水准仪的使使用操作程序：粗平平——瞄准——精平——读数⑴粗平——调节节脚螺旋，使使圆水准气泡泡居中。规律：气泡移动动方向与左手手大拇指运动动的方向一致致。⑵瞄准1．方法：先用用准星器粗瞄瞄，再用微动动螺旋精瞄。2．视差概念：眼睛在目目镜端上下移移动时，十字字丝与目标像像有相对运动动。产生原因：目标标像平面与十十字丝平面不不重合。消除方法：仔细细反复交替调调节目镜和物物镜对光螺旋旋。⑶精平若使用自动安平平水准仪，仪仪器无微倾螺螺旋，故不需需进行精平工工作。⑷读数——精平平后，用十字字丝的中丝在在水准尺上读读数。1．方法：米、分分米看尺面上上的注记，厘厘米数尺面上上的格数，毫毫米估读。2．规律：读数数在尺面上由由小到大的方方向读。故对对于望远镜成成倒像的仪器器，即从上往往下读，望远远镜成正像的的仪器，即从从下往上读。四普通水准测测量的实施及及成果整理⑴水准点通过水准测量方方法获得其高高程的高程控控制点，称为为水准点，一一般常用BM表示。有永永久性和临时时性两种。永永久性水准点点的高程由设设计部门提供供，临时性水水准点的高程程由施工单位位自行引测。⑵水准路线水准路线依据工工程的性质和和测区情况，可可布设成以下下几种形式（如如下图所示）：：1．闭合水准路路线由已知点BM11出发，经过过若干待测点点，最后回到到已知点BM1。2．附合水准路路线由已知点BM11出发，经过过若干待测点点，附合到已已知点BM2。3．支水准路线线由已知点BM11出发，引测测到某一待定定水准点A。⑶外业观测观测要求：1.水准仪安置置在离前、后后视距离大致致相等之处。2.为及时发现现观测中的错错误，通常采采用“两次仪器高高法”，即改变仪仪器高度（0.1～0.2m左右），重重新安置仪器器，再测一次次高差，两次次仪器高法高高差之差h--h’5mm时取平平均值作为本本站高差，否否则要重测；；或采用“双面尺尺法”进行高差观观测。双面尺尺法要求①红黑面读数数差3mm②h黑-h红5mm。3.水准测量记记录表注意：（1）起起始点只有后后视读数，结结束点只有前前视读数，中中间点既有后后视读数又有有前视读数。（2），只表明明计算无误，不不表明观测和和记录无误。⑷水准测量的成成果处理（内内业）（一）计算闭合合差：1．闭合水准路路线：2．附合水准路路线：（二）分配高差差闭合差1.高差闭合差差限差（容许许误差）对于普通水准测测量，有：fh容=±30√L适用于平原原地区；fh容=±12√n适用于山区区。式中，——高差差闭合差限差差，单位：mmm。L——水准路线线长度，单位位：km；n——测站数。2.分配原则：：按与距离L或测测站数n成正比，将将高差闭合差差反号分配到到各段高差上上。（三）计算各待待定点高程用改正后的高差差和已知点的的高程，来计计算各待定点点的高程。五水准测量的的成果实例【例】如图为按按图根水准测测量要求施测测某附合水准准路线观测成成果略图。BBM-A和BM-B为已已知高程的水水准点，图中中箭头表示水水准测量前进进方向，路线线上方的数字字为测得的两两点间的高差差(以m为单位)，路线下方方数字为该段段路线的长度度(以km为单位)，试计算待待定点1、2、3点的高程。解算如下：第一步计算高差差闭合差：第二步计算限差差：fh容=±30√L=±300×√7.4=±±81.6((mm)因为，可进进行闭合差分分配。第三步计算每kkm改正数：第四步计算各段段高差改正数数：。四舍五五入后，使。故有：V1=--8mm，V2=-10mmm，V3=-9mm，V4=-10mmm。第五步计算各段段改正后高差差后，计算1、2、3各点的高程程。改正后高差=改改正前高差+改正数ViH1=HBM--A+(h1+V1)=45..286+22.323==47.6009(m)H2=H1+((h2+V2)=47..609+22.803==50.4112(m)H3=H2+((h3+V3)=50..412-22.253==48.1559(m)BMB=H3++(h4+V4)=48..159+11.420==45.5779(m)改正计算如下表表:六普通水准仪仪的检验与校校正⑴.水准仪轴线线的几何关系系水准仪轴线应满满足的几何条条件是：1.水准管轴LLL//视准轴CC2.圆水准轴LL’L’//竖轴VV3.横丝要水平平（即：⊥竖轴VV）如下图所示：(2).水准仪仪的检验与校校正（一）圆水准器器的检验与校校正1.检验：气泡泡居中后，再再将仪器绕竖竖轴旋转180°，看气泡是是否居中。2.校正：用脚脚螺旋使气泡泡向中央移动动一半,再用拨针拨拨动三个“校正螺旋”，使气泡居居中。（二）十字丝横横丝的检验与与校正(示意图略)1.检验：整平后，用横丝丝的一端对准准一固定点P，转动微动动螺旋，看P点是否沿着着横丝移动。如P点偏离横丝，则需要校正。2．．校正：旋下目镜处的十十字丝环外罩罩，转动左右右2个“校正螺丝”。使横丝对对准P点，反复检检查，直到始始终符合为准准。（三）水准管轴轴平行于视准准轴（i角）的检验验与校正1.检验：（1）平坦地上上选A、B两点，约80m。（2）在中点CC架仪，读取取a1、b1，得h1=a1-b1（3）在距B点点约2～3m处安置仪器器，读取a2、b2，得h2=a2-b2（4）若h2≠≠h1,则水准管轴轴不平行于视视准轴，有ii角。因为①h1为正正确高差②b2的误差可忽忽略不计，故故有：对于S3水准仪仪，若i角大于时，需需校正。2.校正方法有有二种：a.校正水准管管(主要用于微微倾式水准仪仪)旋转微倾螺旋，使使十字丝横丝丝对准(a2′=h1+b2)，拨动水准准管“校正螺丝”，使水准管管气泡居中。b.校正十字丝丝(主要用于自自动安平水准准仪)保持水准管气泡泡居中，拨动动十字丝上下下两个“校正螺丝”，使横丝对对准a2′读数即可。七自动安平、精精密、电子水水准仪简介自动安平水准仪仪1．原理：与普普通水准仪相相比，在望远远镜的光路上上加了一个补补偿器。2．使用：粗平平后，望远镜镜内观察警告告指示窗若全全部呈绿色，方方可读数；最最好状态是指指示窗的三角角形尖顶与横横指标线平齐齐。3．检校：与普普通水准仪相相比，要增加加一项补偿器器的检验，即即：转动脚螺螺旋，看警告告指示窗是否否出现红色；；以此来检查查补偿器是否否失灵。⑵精密水准仪（每每公里往返平平均高差中误误差1mm）1、精密水准仪仪——提供精确确的水平视线线和精确读数数；2、精密水准尺尺——刻度精确确(铟钢带水准准尺)。3、读数方法精平后，转动测测微螺旋，使使十字丝的楔楔形丝精确夹夹准某一整分分划线。读数时，将整分分划值和测微微器中的读数数合起来。⑶数字水准仪及及条纹码水准准尺1、具有自动安安平、显示读读数和视距功功能。2、能与计算机机数据通讯，避避免了人为观观测误差。八水准测量误误差及注意事事项⑴误差来源有：：仪器误差、操操作误差、外外界条件影响响。1.仪器误差主要有：视准轴轴不平行于水水准管轴（ii角）的误差差、水准尺误误差。2.操作误差主要有：水准气气泡未严格居居中、视差、估估读误差、水水准尺未竖直直。3.外界条件影影响的误差主要有：仪器下下沉、尺垫下下沉、地球曲曲率、大气折折光、气温和和风力。⑵注意事项水准测量的误差差对高程的影影响很大，了了解误差的性性质及其对成成果的影响是是很有必要的的；特别是系系统性误差，虽虽然对单个测测站来说微不不足道，但累累计的结果却却是不可忽视视的。掌握这这些规律，就就可很好的指指导我们的操操作，获得优优质的成果。在在整个测量过过程中，只要要有一个测站站出错，就会会导致整个测测段内的成果果不合格。要要做到每个测测站都正确无无误，测量人人员必须紧密密配合，认真真细致的做好好扶尺、观测测、记录、计计算等每一项项工作。现将将水准测量注注意事项列下下：㈠扶尺“四要”1.尺子要检查查：测量前要要检查标尺刻刻划是否准确确，塔尺衔接接是否严密，测测量过程中要要随时检查尺尺底或尺垫是是否粘有泥土土。2.转点要牢靠靠：转点最好好用尺垫，或或者选择坚硬硬稳固而又有有凸棱的石头头上，保证转转点在两个测测站的前后视视中不改变位位置。3.扶尺要检查查：塔尺如有有横向倾斜，观观测者易于发发现可指挥立立直；如前后后倾斜则不易易发现，会造造成读数偏大大。故扶尺者者身体要站直直，如尺上有有水准器时要要检查使气泡泡居中。4.要用同一的的尺：由于塔塔尺底部的磨磨损或包铁松松动，将会使使尺底部零点点位置不准，为为消除其影响响，在同一测测段要用同一一个尺。且测测站数为偶数数。㈡观测“六要”1.仪器要检校校：测量前要要把仪器校正正好，使各轴轴线间满足应应有的几何条条件。2.仪器要安稳稳：中心螺旋旋连接要稳固固可靠，松紧紧适当，架腿腿要踩实，观观测者不得扶扶压或骑跨架架腿，观测过过程中不得碰碰动仪器。3.前、后视要要等长：前、后后视等长的水水准测量，可可以消除i角误差以及及地球曲率的的影响，如果果地面坡度不不大还可消除除大气折光的的影响。普通通水准测量最最大视线长度度不得大于150m，视线不要要靠近地面，最最小读数要大大于0.3m。4.视线要水平平：使用微倾倾式水准仪度度数前气泡要要符合，为避避免匆忙读数数之差错，读读数前后均应应检查气泡是是否符合。烈烈日下要打伞伞。5.读数要准确确：读数前要要消除视差，要要认准横丝，要要认请标尺刻刻划特点，每每次读数最好好读两次。6.迁站要慎重重：未读前视视读数时不得得匆忙搬动仪仪器，以免使使水准路线中中间“脱节”，造成返工工；中途休息息时，应将前前视点选择在在容易寻找的的地方，并作作好标志，列列如记录，以以便下次续测测。㈢记录四要1.要复诵：读读数列入记录录时要边记边边复诵；避免免听错记错。如如观测者兼作作记录时，记记完后可再看看一下读数，以以资复核。2.记录要要清楚：按规规定格式填写写，字迹要端端正，点号要要记请，前后后视读数不得得遗漏，不得得颠倒。3.要原始记录录：要在现场场用硬铅笔（HB）填写在记记录簿中，不不得眷抄，以以免转抄错误误。记录错误误时，不得用用橡皮擦改，要要在错误数字字处画一横线线，并将正确确数字写在上上方。4.计算要复核核：记录者要要及时根据读读数计算出高高差，记入记记录簿并作计计算的检验，再再由另一人复复核。记录簿簿要将司仪、记记录、计算者者签名齐全，以以明确责任。九三、四等水水准测量三、四等水准测测量除用于国国家高程控制制网的加密外外，还常用于于小地区的首首级高程控制制（工程建设设中高速公路路的高程一般般均采用四等等水准测量进进行）。三、四四等水准测量量比前述的国国家等级外（铁铁路上常用的的五等）水准准测量在方法法上和精度上上都有所不同同。现将三、四四、五等水准准测量要求列列于下表（表表），供参照照使用。⑴三、四等水水准测量的要要求和方法1.观测和记录录三、四等水准测测量每站的观观测和记录顺顺序见表