《土木工程测量》 教案 第10章 施工测量基本知识

土木工程测量课程教案课程名称：土木工程测量课程号：课程学分：2参考学时：32课程性质：专业必修课适用专业：土木工程类专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日-1-一、课程基本信息课程名称土木工程测量课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时2/32授课语言汉语先修课程土木工程测量课程简介本课程作为城市轨道交通技术专业必修的专业基础课，是城市轨道交通技术专业人才培养过程中重要的一环，为后续专业课的学习做铺垫，让学生更好在工程的规划设计、施工、竣工和运营管理等阶段所进行的测量工作，以及在工程建设中发挥更好的管理作用。课程内容主要包括地形图相关概念，控制测量的定义、分类、作用与实施，地形图碎部测量方法，地形图绘图、整饰及应用，施工测量的含义、特点及实施，全站仪坐标测量及坐标放样的原理及操作过程，建筑工程测量相关知识，建筑纵横断面测量，桥梁与地下工程测量相关内容，变形监测的相关概念，沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程等。课程主要目标掌握控制测量和地形图碎部的测量的含义与实施过程，掌握施工测量的含义与实施过程，掌握变形监测的含义及沉降监测和水平位移监测的方法及操作过程。通过该课程的学习能够让同学们更好的体会土木工程测量在工程建设中的作用，具有更强的实践操作能力、学习能力、团体协作能力和独立解决事情的能力，拥有大国工匠精神以及更强的责任感。授课班级课程授课教案第10章，共15章讲课主题施工测量基本知识学时2学时教学目标通过本章的学习，学生应了解地形图在各类工程应用中的重要性，掌握地形图的识读方法地形图应用的基本问题，能利用数字地形图进行地表面积计算、断面图绘制和土方量计算。教学重点、难点本章的主要内容包括施工测量的目的、内容、特点、原则、精度和准备工作，施工控制网的布设，施工放样基本工作，平面位置放样常用方法。本章的教学重点为施工测量精度计算、高程放样、极坐标放样法，教学难点为如何针对不同工程问题合理选择放样方法。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间10.1施工测量概述土木工程建设的设计阶段完成后即进入施工阶段，通过工程施工来实现建设的最终目的。施工阶段所进行的测量工作称为施工测量。与地形图测绘相比，施工测量同样需要遵循方案设计“从整体到局部”、工作程序和步骤“先控制后细（碎）部、步步有检核”的原则；但在数据采集设备和数据精度方面，不再遵循“先高级后低级”的原则。施工测量根据建筑物的等级、大小、结构形式、建筑材料和施工方法的不同设置相应的精度要求。在实际施工中，如果精度选择过高，则会增加测量难度，降低工作效率，延缓工期；如果精度选择过低，则会影响质量和安全，造成重大安全事故隐患。因此，进行施工测量时，必须了解设计内容、工程性质以及精度要求等相关信息。10.1.1施工测量的目的和内容在土木工程施工过程中进行的一系列测量工作称为施工测量。施工测量的目的是把设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程，按设计要求以一定的精度测设在地面上，作为施工的依据，以衔接和指导各工序间的施工。施工测量的过程与地形测量的过程相反。10.1.2施工测量的特点一般来说，施工测量的精度比地形图测绘的精度要求高，而且建筑物的重要性、结构及施工方法等不同，对施工测量的精度要求也有所不同。通常，工业建筑物的测设精度高于民用建筑物的，钢结构建筑物的测设精度高于钢筋混凝土结构建筑物的，装配式建筑物的测设精度应高于非装配式建筑物的，高层建筑物的测设精度应高于低层建筑物的，吊装施工的测设精度高于现场浇筑施工的。10.1.3施工测量的原则施工现场有各种建筑物，且分布较广，往往又不是同时开工兴建。为了保证各建筑物的平面和高程位置都符合设计要求，互相连成统一的整体，与地形图测绘一样，施工测量也要遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，即先在施工场地建立统一的平面控制网和高程控制网，然后以此为基础，测设出各个建筑物的位置。施工测量的检核工作也很重要，必须采用各种不同的方法加强外业和内业的检核工作。10.1.4施工测量的精度施工测量的精度由控制测量精度和施工放样精度两部分组成，取决于建筑限差的大小。10.1.5施工放样的准备工作施工放样是施工测量中最基本、最重要的部分，工作量大，责任重。因此，在施工放样之前，要做好充分准备：①根据设计文件，了解工程意义，熟悉设计图纸；②实地现场检视起算控制点是否完好，检核起算数据是否正确；③做出施工放样计划，编制施工放样说明；④依据设计总平面准备放样数据。依据放样点的设计坐标与施工控制点坐标，利用坐标反算原理计算放样数据。在设计总平面图上多方寻找检核条件，实现多条件检核，通过检核保证施工放样成果正确且有理有据。20min10.2施工控制网的布设为工程施工所建立的控制网称为施工控制网，其主要作用是为建筑物的施工放样提供依据。另外，施工控制网也可为工程的维护保养、扩建改建提供依据。因此，施工控制网的布设应密切结合工程施工的需要及建筑场地的地形条件，以选择适当的控制网形式和合理的布网方案。10.2.1施工控制网的特点与测图控制网相比，施工控制网具有以下特点：控制的范围小、精度要求高。对于在工程勘测期间所布设的测图控制网，其控制范围总是大于工程建设的区域。对于水利枢纽工程、隧道工程和大型工业建设场地，其控制面积约在十几平方千米到几十平方千米，一般的工业建设场地的控制面积大都在1平方千米以下。施工控制网的点位分布有特殊要求。施工控制网是为工程施工服务的。因此，为了施工测量应用方便，一些工程对点位的埋设有一定的要求。（3）控制点使用频繁、受施工干扰大。大型工程在施工过程中，不同的工序和不同的高程上往往要频繁地进行放样，施工控制网点被反复应用，有的可能多达数十次。（4）施工控制网投影到特定的平面。为了使由控制点坐标反算的两点间长度与实地两点间长度之差尽量减小，施工控制网不投影到大地水准面上，而投影到指定的高程面上。（5）采用独立的建筑坐标系。在工业建筑场地，还要求施工控制网点的连线与施工坐标系的坐标轴平行或垂直，而且其坐标值尽量为米的整倍数，以利于施工放样的计算工作。10.2.2施工控制网的建立大型工程的施工控制网一般分两级布设：首级施工控制网控制整体工程及与之相关的重要附属工程，二级加密网对工程局部位置进行施工放样。在通常情况下，首级施工控制网在工程施工前就应布设完毕，而二级加密网一般在施工过程中，根据施工的进度和工程施工的具体要求布设。在布设施工控制网时，首先应根据工程的具体情况在图上进行设计，并进行精度估算。当估算的精度达不到要求时，可通过下列三个途径提高精度：（1）提高观测值的精度。采用较精密的测量仪器测量角度和距离。（2）建立良好的控制网网形结构。在三角测量中，一般应将三角形布设成近似等边三角形。另外，测角网有利于控制横向误差（方位误差），测边网有利于控制纵向误差，若将两种网形结构组合成边角网的形式，则可达到网形结构优化的目的。（3）增加控制网中的观测数，即增加多余观测。具体观测数的增加方案应根据实际的控制网形状进行分析和确定。10.2.3高程控制网的建立高程控制网是为了高程放样而建立的专用控制网，其主要作用是统一本工程的高程基准面并为工程的细部放样和变形监测服务。目前，建立高程控制网的常用方法有水准测量、三角高程测量和GPS水准测量。高程控制网可以一次全面布设，也可以分级布设，首级水准网必须与施工区域附近的国家水准点联测，布设成闭合（或附合）形式。首级高程控制网点应布设在施工区外，作为整个施工期间高程测量的依据。由首级高程控制网点引测的临时性作业控制点应尽可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次仪器就能进行高程放样。10.2.4施工控制网的维护由于大型工程的施工期长，作业队伍多，精度要求高，为保证施工测量的顺利进行，必须对施工控制网进行必要的维护。在大型工程施工过程中，各种大型机械非常之多，且有大量的重型运输车辆，这些机械或车辆在运行过程中可能会对控制点造成破坏。因此，在建立施工控制网时，首先对控制点施加保护措施，即在所有控制点的周围建立钢管围栏，并在控制点附近建立警示标志，提醒施工人员注意或禁止重型车辆通过。10.2.5工程实例如图10-4所示，某大型桥梁工程的施工控制网共有24个控制点，其中4个为桥轴线点（轴1、轴2、轴20、轴21）。每个控制点都建有混凝土观测墩，墩高1.2m，基础厚度为0.6m，每个观测墩的基础下埋入4根8m深的钢管，以增强观测墩的稳定性。观测墩顶部均设置强制对中底盘及保护罩，观测墩的基础上埋设有水准标志。20min10.3施工放样基本工作施工放样的基本工作包括距离放样、角度放样和高程放样。其中，距离放样和角度放样组合起来确定放样点的平面位置，高程放样确定放样点的高程，这是施工放样的传统思路。10.3.1水平距离的测设(放样)水平距离是指地面上两点之间的水平长度。测设水平距离是指从地面上某一已知起点开始，沿某一已知方向，根据设计长度，用钢尺或激光测距仪等工具将另一端点测设到地面上。测设水平距离的常用方法有两种，即往返测设分中法和归化测设法。1.往返测设分中法用往返测设分中法测设水平距离时，先在已知起点上沿标定方向用钢尺等工具直接量取设计长度，并在地面上临时标出其端点，这一过程称为往测；然后，从终点向起点再量取长度，称为返测。往测长度与返测长度之差称为往返测较差。若往返测较差在设计精度范围以内，则可取其平均值作为最或然值，同时将终点沿标定方向移动往返测较差的一半，并用标志固定下来，测设工作即完成。2.归化测设法归化测设法是精密测设水平距离的方法之一。测设时，先确定欲测设距离的方向，并在该方向的起点上用钢尺量取设计长度，大致确定终点BI的位置，并将其作为临时点标定在地面上。3.测距仪放样采用激光测距仪或电子全站仪测设水平距离时，应备有带对中杆的反光棱镜，以便于其在测设方向上前后移动。另外，放样时，可先在AB方向线上安置反光棱镜。设用测距仪测出的水平距离为S’，若S’与欲测设的距离S相差ΔS’则可前后移动反光棱镜，直到测出的水平距离为S为止。若测距仪上装有自动跟踪装置，则可对反光棱镜进行跟踪，直到得到欲测设的距离为止。10.3.2水平角的测设(放样)测设水平角通常是指在某一控制点上，根据某一已知方向及水平角的设计值，用仪器找出另一个方向，并在地面上标定出来。一般可利用三个点的平面坐标反算两个坐标方位角，并根据坐标方位角计算欲测设的水平角。设A为已知点，AP为已知方向，β为欲测设的水平角。测设的目的是确定AB方向，并将B点标定在地面上。测设水平角通常采用盘左盘右分中法和归化测设法。10.3.3高程的测设(放样)根据已知点的高程,把设计高程位置在实地标定出来的过程称作高程放样。土木工程施工测量过程中的高程放样通常采用水准测量高程放样法,也可采用全站仪高程放样法和GNSS-RTK高程放样法。10.3.4已知坡度线的测设(放样)坡度线测设是根据附近水准点的高程、设计坡度和坡度线端点的设计高程，用高程测设方法将坡度线上各点设计高程标定在地面上的测量工作。它常用于场地平整工作及管道、道路等线路工程中。坡度线的测设可根据地面坡度大小选用下面两种方法中的一种。1.水平视线法2.倾斜视线法20min10.4平面位置放样常用方法点的平面位置放样（测设）有多种方法。例如，角度交会法（包括角度前方交会法和角度后方交会法）、距离交会法、极坐标法、直角坐标法、全站仪坐标法、自由设站法、GNSS-RTK坐标法等。目前，由于全站仪和GPS的普遍应用，放样的方法也发生了较大的变化，在工程施工中，一般以全站仪坐标法放样和GNSS-RTK坐标法为主。测设时可根据施工控制网的形式、控制点的分布、地形情况及现场条件等合理选用适当的测设方法。10.4.1角度前方交会法10.4.2角度后方交会法10.4.3距离交会法10.4.4掀坐标法10.4.5直角坐标法10.4.6全站仪坐标法全站仪坐标法充分利用了全站仪测角、测距和计算一体化的特点，只需知道待放样点的坐标，不需事先计算放样要素就可在现场放样，而且操作十分方便。目前，全站仪的使用已十分普及，因此全站仪坐标法已成为目前施工放样的主要方法。将全站仪架设在已知点A上，只要输入测站点A、后视点B以及待放样点P的坐标，照准后视点定向，按下反算方位角键，仪器就自动将测站与后视的方位角设置在该方向上。然后按下放样键，仪器自动在屏幕上用左、右箭头提示，应该将仪器往左或往右旋转，这样就可使仪器到达设计的方向线上。再通过测设距离，仪器自动提示棱镜前后移动，直到放样出设计的距离，这样就能方便地完成点位的放样。10.4.7自由设站法自由设站法是在合适的位置架设仪器，通过与已知点的联测得到设站点的坐标的方法。当得到设站点坐标以后，就可将此作为已知点，以此来放样建筑物的细部点。目前，由于测距的精度高且方便快捷，在自由设站法中大多采用测距的方式来测定设站点（即利用边长交会的方式来测定）。当精度要求较高时，也可采用边、角同测的方法来定点。为了保证测量成果的可靠性，自由设站法应有一定的多余观测，通常采用联测多点的方式进行。自由设站法有如下特