土木工程测量第二章 水准测量

第二章水准测量土木工程测量教学课件§2.1水准测量原理测定地面点高程的工作称为高程测量。按使用仪器和施测方法的不同，高程测量分为水准测量、三角高程测量和气压高程测量。图2-1，A、B两点高差为：hAB=a-b(2-1)hAB=a-b图2-1中，A为已知高程点，B为待测高程点，a为后视读数，b为前视读数。若已知A点高程为HA，则B点高程为：HB=HA+hAB=HA+(a-b)(2-2)HB=HA+hAB=HA+(a-b)B点高程还可通过仪器的视线高程Hi计算：Hi=HA+aHB=Hi-b(2-3)(2-2式)称高差法(2-3)式称仪高法§2.2水准仪和水准尺DS3型水准仪，进行水准测量每千米往、返测高差精度可达±3mm.其主要由望远镜、水准器和基座三部分构成。2.2.1DS3微倾式水准仪的构造§2.2水准仪和水准尺1、望远镜2.2.1DS3微倾式水准仪的构造望远镜主要由物镜、镜筒、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等部件构成。§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造水准器是用来标志视准轴是否水平或仪器竖轴是否铅垂的装置。⑴管水准器(水准管)——用来指示视准轴是否水平水准管圆弧中点O称为水准管零点。过零点与内壁圆弧的直线LL，称为水准管轴。当水准管气泡中心与零点重合时，称气泡居中，此时水准管轴处于水平位置；若气泡不居中，则水准管轴处于倾斜位置。水准管零点水准管轴气泡居中§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造⑴管水准器水准管2mm的弧长所对应的圆心角τ称为水准管分划值。(2-4)R——水准管圆弧半径，mmρ——206265″DS3型水准管分划值为20″/2mm水准管分划值符合水准器§2.2水准仪和水准尺2、水准器2.2.1DS3微倾式水准仪的构造⑵圆水准器——用来指示竖轴是否竖直。球面中央圆圈，圆圈的圆心称为水准器零点。过零点的球面法线，称为圆水准轴，当圆水准器气泡居中时，圆水准轴处于竖直位置。圆水准器分划值是指通过零点的任意一个纵断面上，气泡中心偏离2mm的弧长所对圆心角的大小。DS3水准仪圆水准器分划值一般为8′～10′/2mm，故只用于仪器的概略整平。§2.2水准仪和水准尺3、基座2.2.1DS3微倾式水准仪的构造主要由轴座、脚螺旋和连接板构成。轴座脚螺旋连接板§2.2水准仪和水准尺1、水准尺2.2.2水准尺和尺垫塔尺——由两节或三节套接而成，长3m或5米，接头处存在误差，多用于精度较低的水准测量中。双面尺(直尺或板尺)；黑面尺(基本分划)、红面尺(辅助分划)；常数K1=4.687m，K2=4.787m。用于三、四等精度以下的水准测量中。2、尺垫§2.2水准仪和水准尺1、安置水准仪2.2.3水准仪的使用2、粗略整平——目的使仪器竖轴大致铅直，视准轴粗略水平。3、瞄准水准尺视差——消除视差的方法§2.2水准仪和水准尺2.2.3水准仪的使用4、精确整平——使视准轴处于精确水平位置5、读数§2.3水准测量方法2.3.1水准点用水准测量方法测定的高程控制点称为水准点(记为BM.(BenchMark))国家水准点分为一、二、三、四等，按规范规定埋设永久性标石标志。图根水准点和施工测量水准点常采用临时性标志。二、三等§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施图2-15转点(TuringPoint),简写为TP§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施每一测站可测得前、后视两点间的高差，即： h1=a1-b1

h2=a2-b2 ……

hn=an-bn各式相加，得：

hAB=Σh=Σa-ΣbB点高程为：HB=HA+Σh (2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh§2.3水准测量方法2.3.2水准测量的实施§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核1、测站检核⑴变动仪高法——是在同一个测站上用两次不同的仪器高度(>10cm)，测得两次高差以相互比较进行检核。两次所测高差之差不超过容许值(等外水准测量容许值为6mm)。否则必须重测。⑵双面尺法——:是仪器的高度不变，而立在前视点和后视点上的水准尺分别用黑面和红面各进行一次读数，测得两次高差，相互进行检核。若同一水准尺红面与黑面读数(加常数后)之差，不超过3mm；且两次高差之差，又未超过5mm,则取其平均值作为该测站的观测高差。否则，需要检查原因，重新观测。§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核2、呢成果仰检核⑴符合乳水准醋路线高差壤闭合沉差fh=Σ赖h测-(惭H终-H始)只(歉2-孤6)fh=Σ养h测-(播H终-H始)⑵闭合虾水准匠路线高差舅闭合洲差fh=Σ访h测(2瞎-7锁)fh=Σ塞h测⑶支水漂准路东线高差见闭合怜差fh=Σ算h往+Σ顶h返(2姨-8框)fh=Σ写h往+Σ五h返§2.3水准测量方法2.3.3水准测量检核2、站成果井检核高差近闭合碍差是唐各种牵因素堪产生赏的测突量误膀差，云故闭揭合差革的数些值应逼该在赛容许嚷范围易内，塘否则阁应检嘴查原绘因，遭返工言重测锈。图根水准龟测量辞高差远闭合象差容鞭许值袜为：平地山地(2-9)四等水准铅测量瓦高差旷闭合繁差容矮许值船为：平地山地(2-10)式中竖：L为水岭准路龄线总纹长(km)；n为测顽站数§2.4水准测量成果计算2.4.1附合水准路线测量成果计算⑴高算差闭绿合差故的计沟算由式亭(2馅-6河)：fh=Σ泼h测-(昨HB-HA)=薪-9截.8播11奥-(愤32乡丰.5饭09测-4水2.闯36司5)角=+防0.任04轨5m谦=+辣45色mm按山列地及卷图根侍水准帆精度牙计算弓闭合鸟差容恰许差单为：fh容=±誓12哑n1/舍2=±戴12乎×2吗41/牲2=±5讨8m肆m|fh|<添|fh容|，援符合谊图根定水准愿测量摇技术俭要求哈。

fh=Σ余h测-(冤HB-HA)=孙-9背.8椅11戏-(立32耕.5糖09刻-4拒2.螺36泽5)交=+驾0.贝04亲5m由=+摆45经mm§2.4水准测量成果计算2.4.1附合水准路线测量成果计算⑵闭惠合差庙调整闭合拌差的伏调整愉是按编与距雀离或吼与测友站数莲成正枝比例飘反符反号分眯配到丙各测臂段高挠差中竿。第颠i测咳段高揪差改金正数皱按下代式计诵算：式中丽：n——拥路线茶总测峰站数派；ni——芽第i旷段测拆站数辛；L——厦路线誓总长尊；Di——披第i楚段距肢离。由式混(2烦-1史1)工算出稳第一埋段(透A～怨1)劫的改烤正数汤为：(2-11)或(2-12)其他崇各测些段改价正数雾按式金(2镜-1闪1)似算出垒后列悲入表权2-位2中阴。改正优数的祝总和荷与高惭差闭爽合差汪大小脱相等勒符号承相反。每形测段密实测止高差柳加相师应的阀改正睛数便似得到漆改正四后的针高差慰。§2.4水准测量成果计算2.4.1附合水准路线测量成果计算⑶计话算各侦点高瓣程用改旨正后漫的高蠢差，拐由已组知水谦准点跪A开畅始，粮逐点丝式算出帆各点世高程最，列众入表两2-彩2中秀。由殃计算滑得到译的B园点高杏程应卷与B兴点的痒已知舌高程拿相等机，以狱此作谦为计款算检筹核。总测夏站数实测真高差高差教闭合阿差闭合赏差容奴许按2党-1遇1、占2-胖12何计算晃调整煌值实测那高差扁加改统正数A点悬已知登高程B点唐已知鬼高程42鼠.3焦65叼+改倡正后使高差§2.4水准测量成果计算2.4.2闭合水准路线测量成果计算闭合得水准忌路线载高差丽闭合润差按娘式(2咏-7续)计算败，若膊闭合温差在樱容许想值范蚀围内政，按淘上述或附合春水准押路线档相同参的方凳法调找整闭旋合差阵，并委计算康高程奴。§2.5微倾式水准仪的检验与校正水准夕仪有啊以下军主要延轴线礼：视赖准轴权、水闹准管藏轴、残仪器扩竖轴令和圆饼水准茅器轴宜，以萍及十旁字丝蚕横丝找，见皱图2懒-1束8。各轴米线间幼应满欺足的树几何窑条件愿是:①圆水丢准器笼l轴绑平行途仪器湿竖轴会；②十字首丝横御丝垂软直仪乡丰器竖见轴；③水准妻管轴浊平行盼视准傻轴。§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.1圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正⑴检授验§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.1圆水准器轴平行仪器竖轴的检验校正⑵校还正§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.2十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正⑴检誓验§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.2十字丝横丝垂直仪器竖轴的检验与校正⑵校翻正改正脂偏移哲量的蓝一半由。§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.3水准管轴平行视准轴的检验与校正⑴检略验在高壤差不骂大的拥地面泊上选沈择相惧距8宏0m蚀左右邪的A田、B然两点枝…实际症测出艇的b勤’与驰计算鼓得到掏的b叮’0应相池等，挡则表赤明水窑准管飘平行帖视准盈轴否茶则，欠两轴啄不平劣行，由其夹元角为史：b0’=a侍’+哀hAB(2呜-1摩3)(2-14)DS贺3水宣准仪膛的i贩角不闷得大库于2无0″裙，否抹则应冤校正生。将仪狱器搬索至距唐A点厚2～峡3m往的Ⅱ伍处，换……B点扣尺上膨水平传视线极的正教确读奏数为洁：b’§2.5微倾式水准仪的检验与校正2.5.3水准管轴平行视准轴的检验与校正⑵校世正仪器卷仍处票在Ⅱ股处，遍调节轧微倾页螺旋渠，使迎中丝扎在B汽尺上舌的读胶数移躁到b0’,这蒜时视符准轴鞋处于摔水平驰位置牧，但驼水准妥管气悔泡不项居中贴(符貌合气现泡不悟吻合顽)。屡…§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.1仪器误差⑴仪友器校凭正后代的残忘余误精差水准号仪经卡过校私正后达，不您可能坟绝对电满足却水准绳管轴革平行翠视准进轴的屯条件肺，因艇而使详读数碑产生油误差励。这种殊误差敲的影秩响与距野离成絮正比，只峡要观除测时哄注意使前复、后油视距察离相售等，观便可仗消除启或减烟弱此拳项误凳差的炼影响央。⑵水乡丰准尺棋误差包括阵水准映尺长耀度变轧化、填刻划壤误差舒和零漠点误扑差等贪。精密赔水准丸测量膜应对缎水准捐尺进近行检定，并掠对读淋数进既行尺长救误差你改正。零点阿误差在成阀对使割用水招准尺池时，局可采性取设拌置偶数袭测站的方脖法来席消除激；也双可在收前、央后视唱中使用为同一创根水秀准尺来消燃除。§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.2观测误差⑴水输准管工气泡狂对中燃误差水准扰管气朴泡居有中误携差一羽般为圣±0城.1供5τ毒″。亚符合乞水准砍器，溜气泡砌居中范精度熄可提纱高一尿倍。告由气卧泡居毛中误叉差引起起的狐读数劲误差搭为：⑵读副数误炕差—袜—估恰读毫晴米数跌的误持差，蛮与人杂眼分刊辨能询力、胳望远知镜放胖大率姐以及徒视线阴长度游有关扭。按载下式均计算渣：式中概：V——旦望远庙镜放培大率佩；D——暖视线呆长；60墙″——佩人眼趣能分舟辨的喂最小库角度陶；ρ——支20颤62讨65扮″；τ——串水准炒管分舰划值表。(2-15)(2-16)为保杂证读梯数精劝度，粘各等窃水准眼测量摔对望汇远镜寄放大渡率和躁最大财视线抵长有堵相应夫规定犯。§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.2观测误差⑶视批差影努响—袖—视评差对朋水准演尺读俯数会居产生滨较大涌误差堪。应联仔细零调焦坏，避两免出用现视夸差。⑷水我准尺拖倾斜楚——微误差异水准起尺倾戒斜会蚕使读门数增虏大，毯其误猴差大劝小与牵尺倾蔑斜的精角度酱和在扎尺上渔的读虚数大盆小有锐关。§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.3外界条件影响⑴仪殿器下宫沉选择孩坚实踩的地遣面作钞测站括，并穷将脚陆架踏挡实。军用双桑面尺醒法进凭行测乳站检丽核时系，采赵用“后、活前、针前、您后”的进观测差程度墙，可体减小缩慧其影版响。⑵尺量垫下乔沉—峰—水平孩视线胜在尺衬上的育读数董b，兆理论史上应既改算孩为相笑应水辛准面墓截于缝水准繁尺的樱读数蓄b’撤，两唇者的脑差值泼c称刮为地努球曲匙率差划。测量疗中当前蚂、后刘视距然相等时，骑通过针高差替计算租可消坡除该旺影响碌。⑶地树球曲软率的希影响(2-17)§2.6水准测量误差及其消减方法2.6.3外界条件影响⑷大海气折隐光影塔响由于渴地面刮上空病气密得度不忍均匀近，使以I光宰线发女生折弹射。母因而款水准慰测量贿中，选实际朱的读漆数不骆是水吩平视载线的未读数玩，而滥是一滤向下互弯曲形视线匪的读肆数。誉两者劈燕之差吹称为大气祖折光浙差，用γ表示简。在椒稳定涌的气驼象条叹件下驳，大恭气折留光差眯约为胀地球述曲率堂差的1/陈7，即鼠：⑸温宗度的柴影响(2-18)此项知误差兴可用前、柏后视絮距相妖等的方朵法来总消除晴。地球溜曲率族差和粘大气骂折光葬差是色同时诵存在跪的两迈者对卧读数泰的共税同影门响可捏用下撞式计敏算：(2-19)§2.7精密水准仪和水准尺2.7.1精密水准仪构造特点及读数原理精密递水准润仪主料要用雷于国疫家一象、二萌级水胁准测腹量和也高精雨度的佳工程招测量破中，勉例如余建筑援物沉匙降观调测，惊大型制精密增设备寺安装亲等测丈量工授作。精密郑水准劝仪的趟构造俊与D父S3磁水准免仪基炉本相搜同，政也是陪由望按远镜沈、水马准器捏和基截座三纠部分仅组成策。其锡不同亏之点迹是：薄水准凳管分纺划值损较小况，一景般为10眨″/榜2m捎m；望氧远镜扁放大肯率较梦大，度一般引不小倘于40生倍；望名远镜辞亮度馆好，独仪器结构互稳定，受温歼度的导变化盗影响驱小等。为了秤提高常读数陵精度胳，精训密水雪准仪兆上设病有光欠学测微程器。§2.7精密水准仪和水准尺2.7.2精密水准尺及读数方法精密翅水准邪