畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)_淺析精密水準(zhǔn)測(cè)量在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1、長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）淺析精密水準(zhǔn)測(cè)量在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用學(xué)生姓名系（部）勘測(cè)工程系專 、上 工程測(cè)量指導(dǎo)教師2012年5月1日摘要工程變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容主要包括對(duì)各工程變形體進(jìn)行的水平位移，垂直位移的監(jiān)測(cè)。對(duì)變形體進(jìn)行偏移、傾斜、繞度、彎曲、扭轉(zhuǎn)、裂縫等的測(cè)量，主要是指對(duì)所描述的變形體自身形變和位移的幾何測(cè)量的監(jiān)測(cè)。采用工程變形的幾何分在對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量的基礎(chǔ)上，闡述了該項(xiàng)技術(shù)在變形監(jiān)測(cè)中應(yīng)用前景和地位。在普通水準(zhǔn)測(cè)量原理基礎(chǔ)上，做出了更高精度的要求和嚴(yán)密施測(cè)程序。如：往測(cè)奇數(shù)站采用觀測(cè)后尺基本分劃前尺基本分劃前尺輔助分劃后尺輔助分劃，往測(cè)偶數(shù)站采用觀測(cè)前尺基本分劃后尺基本分劃后尺

2、輔助分劃前尺輔助分劃。返測(cè)奇偶數(shù)測(cè)站的觀測(cè)程序與往測(cè)偶奇數(shù)測(cè)站的程序相同。視線長(zhǎng)度一般在50m以內(nèi)，前后視距差小于1m測(cè)段累計(jì)差小于3m,視距讀至1mm基輔差讀至0.1mm基輔高差之差小于0.6mm實(shí)踐證明，此項(xiàng)程序和精度要求完全符合變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用。析和變形的物理解釋的方法有效確定了變形要素的變形過程，以 預(yù)測(cè)其變形的趨勢(shì)和將會(huì)帶來的影響，從而使得能夠高效安全施工運(yùn)營(yíng)。關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)測(cè)量變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析精密測(cè)量4前言1第一章精密水準(zhǔn)測(cè)量2第一節(jié)精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的主要特點(diǎn) 2第二節(jié)精密水準(zhǔn)測(cè)量的主要誤差來源及影響分析 8第三節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的原理 12第四節(jié)精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施 13第二章精密水準(zhǔn)測(cè)量在變

3、形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究 16第一節(jié)變形監(jiān)測(cè)的目的和意義 16第二節(jié)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)原則 17第三節(jié)監(jiān)測(cè)內(nèi)容和原則 18第四節(jié)監(jiān)測(cè)頻率的確定22第五節(jié)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析方法23第六節(jié)變形監(jiān)測(cè)實(shí)例舉例27第三章結(jié)語30參考文獻(xiàn) 31致謝32附錄33前言由于科學(xué)的發(fā)展，隨著工程建筑物的規(guī)模越來越大，建筑物的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施也愈來愈復(fù)雜。為了保證大型精密設(shè)備的安全和正常運(yùn)行，對(duì)測(cè)量的速度要求愈來愈快。對(duì)于如何高效快速安全進(jìn)行工程建設(shè)，變形監(jiān)測(cè)這一技術(shù)開始登上了工程建設(shè)的舞臺(tái)。精密水準(zhǔn)測(cè)量則是變形監(jiān)測(cè)中重要的一部分，在變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。在精密水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善為變形監(jiān)測(cè)的應(yīng)用和研究提

4、供了有效的工具和手段。通過工程變形的幾何分析（參考點(diǎn)的穩(wěn)定分析，觀測(cè)值的平差處理和質(zhì)量評(píng)定以及變形模型參數(shù)估計(jì)）和變形的物理解釋（統(tǒng)計(jì)分析法，確定函數(shù)法和混合模型法）, 為工程建設(shè)提供了工科學(xué)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)測(cè)資料。科學(xué)，準(zhǔn)確，及時(shí)的分析和預(yù)報(bào)工程及工程建構(gòu)筑物的變形狀況，對(duì)工程項(xiàng)目的施工和運(yùn)營(yíng)管理有著重要意義。32第一章精密水準(zhǔn)測(cè)量第一節(jié)精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的主要特點(diǎn)一、精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造特點(diǎn)對(duì)于精密水準(zhǔn)測(cè)量的精度而言，除一些外界因素的影響外，觀測(cè)儀器一一水準(zhǔn)儀在 結(jié)構(gòu)上的精確性與可靠性是具有重要意義的。為此，對(duì)精密水準(zhǔn)儀必須具備的一些條件提出 下列要求。1 .高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)為了在望遠(yuǎn)鏡中能獲

5、得水準(zhǔn)標(biāo)尺上分劃線的清晰影像，望遠(yuǎn)鏡必須具有足夠的放大倍率 和較大的物鏡孔徑。一般精密水準(zhǔn)儀的放大倍率應(yīng)大于40倍，物鏡的孔徑應(yīng)大于50mm2 .堅(jiān)固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)儀器的結(jié)構(gòu)必須使視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸之間的聯(lián)系相對(duì)穩(wěn)定，不受外界條件的變化而改變它 們之間的關(guān)系。一般精密水準(zhǔn)儀的主要構(gòu)件均用特殊的合金鋼制成，并在儀器上套有起隔熱 作用的防護(hù)罩。3 .高精度的測(cè)微器裝置精密水準(zhǔn)儀必須有光學(xué)測(cè)微器裝置，借以精密測(cè)定小于水準(zhǔn)標(biāo)尺最小分劃線間格值的尾 數(shù)，從而提高在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)精度。一般精密水準(zhǔn)儀的光學(xué)測(cè)微器可以讀到0.lmm,估讀到 0.0lmm。4 .高靈敏的管水準(zhǔn)器一般精密水準(zhǔn)儀的管水準(zhǔn)器的格值為

6、10"/2mm=由于水準(zhǔn)器的靈敏度愈高，觀測(cè)時(shí)要使 水準(zhǔn)器氣泡迅速置中也就愈困難，為此，在精密水準(zhǔn)儀上必須有傾斜螺旋（又稱微傾螺旋） 的裝置，借以可以使視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸同時(shí)產(chǎn)生微量變化，從而使水準(zhǔn)氣泡較為容易地精確置 中以達(dá)到視準(zhǔn)軸的精確整平。表5-1我國(guó)水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目水準(zhǔn)儀系列型號(hào)S05S1S3S10每公里往返平均局差< 0.5mm< 1mmi<中誤差方40倍>403mm10mm望遠(yuǎn)鏡放大率>60mm倍>>望遠(yuǎn)鏡有效孔徑10>30倍25倍管狀水準(zhǔn)器格值/2mm50mm>>測(cè)微器有效量測(cè)范圍5mm1042

7、mm35mm測(cè)微器最小分格值0.1mm/2mm5mm0.1mm20 /mm20 /2mm自動(dòng)安 平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償性 能補(bǔ)償范 圍安平精 度安平時(shí)±8'±0.1 2s±8'±0.2 2s±8，±0.52s±10'±22s置的精密度都可 的補(bǔ)償量，或是 成果的精度。等。S是“水”字 平均高差的偶然長(zhǎng)度有誤差，則 為此，對(duì)精密水5 .高性能的補(bǔ)償器裝置對(duì)于自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償元件的質(zhì)量以及補(bǔ)償器裝以影響補(bǔ)償器性能的可靠性。如果補(bǔ)償器不能給出正確 補(bǔ)償不足，或是補(bǔ)償過量，都會(huì)影響精密水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)我國(guó)水準(zhǔn)儀

8、系列按精度分類有 S05型,S1型,S3型 的漢語拼音第一個(gè)字母,S后面的數(shù)字表示每公里往返 中誤差的毫米數(shù)。我國(guó)水準(zhǔn)儀系列及基本技術(shù)參數(shù)列于表 5-1。二、精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的構(gòu)造特點(diǎn)水準(zhǔn)標(biāo)尺是測(cè)定高差的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，如果水準(zhǔn)標(biāo)尺的 對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)成果帶來系統(tǒng)性質(zhì)的誤差影響， 準(zhǔn)標(biāo)尺提出如下要求：(1)當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長(zhǎng)度必須保持穩(wěn)定，或僅有微 小的變化。一般精密水準(zhǔn)尺的分劃是漆在因瓦合金帶上，因瓦合金帶則以一定的拉力引張?jiān)?木質(zhì)尺身的溝槽中，這樣因瓦合金帶的長(zhǎng)度不會(huì)受木質(zhì)尺身伸縮變形影響。水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的 數(shù)字是注記在因瓦合金帶兩旁的木質(zhì)尺身上，如圖 5-7 (a)

9、、(b)所示。(2)水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小。水準(zhǔn) 標(biāo)尺分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差的大小主要決定于分劃刻度工藝的水平，當(dāng)前精密水準(zhǔn)標(biāo)尺 分劃的偶然中誤差一般在8ll mi由于精密水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的系統(tǒng)誤差可以通過水準(zhǔn)標(biāo)尺的 平均每米真長(zhǎng)加以改正，所以分劃的偶然誤差代表水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的綜合精度。(3)水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長(zhǎng)筆直，并且尺身不易發(fā)生長(zhǎng)度和彎扭等變形。一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的木質(zhì)尺身均應(yīng)以經(jīng)過特殊處理的優(yōu)質(zhì)木料制作。為了避免水準(zhǔn)標(biāo)尺在使用中尺 身底部磨損而改變尺身的長(zhǎng)度，在水準(zhǔn)標(biāo)尺的底面必須釘有堅(jiān)固耐磨的金屬底板尺熟圖5-8.豎立于特制的具 樁的形狀如圖

10、附有圓水準(zhǔn)器裝 在垂直位置。在 扶尺者使水準(zhǔn)標(biāo)在精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng) 有一定重量的尺墊或尺樁上。尺墊和尺 5-8所示。(4)在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng) 置,作業(yè)時(shí)扶尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持 尺身上一般還應(yīng)有扶尺環(huán)的裝置，以便 尺穩(wěn)定在垂直位置(5)為了提高對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的照準(zhǔn)精度，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏 色相協(xié)調(diào)，一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺都為黑色線條分劃，如圖 5-7所示，和淺黃色的尺面相配合， 有利于觀測(cè)時(shí)對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃精確照準(zhǔn)。線條分劃精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的分格值有10mm和5mmf種。分格值為10mm勺精密水準(zhǔn)標(biāo)尺如 圖5-7 (a)所示，它有兩排分劃，尺面右邊一排分劃注記從 03

11、00cm稱為基本分劃，左邊 一排分劃注記從300600cm稱為輔助分劃，同一高度的基本分劃與輔助分劃讀數(shù)相差一個(gè)常 數(shù)，稱為基輔差，通常又稱尺常數(shù)，水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)時(shí)可以用以檢查讀數(shù)的正確性。分格值為 5mm勺精密水準(zhǔn)尺如圖5-7 (b)所示，它也有兩排分劃，但兩排分劃彼此錯(cuò)開 5mm所以實(shí) 際上左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃，也就是單數(shù)分劃和雙數(shù)分劃各占一排，而沒有輔助 分劃。木質(zhì)尺面右邊注記的是米數(shù)，左邊注記的是分米數(shù)，整個(gè)注記從0.15.9m,實(shí)際分格值為5mm分劃注記比實(shí)際數(shù)值大了一倍，所以用這種水準(zhǔn)標(biāo)尺所測(cè)得的高差值必須除以2才是實(shí)際的高差值。分格值為5mm勺精密水準(zhǔn)標(biāo)尺，也有有一輔助分

12、劃的。與數(shù)字編碼水準(zhǔn)儀配套使用的條形碼水準(zhǔn)尺如圖5-9所示。通過數(shù)字編碼水準(zhǔn)儀的探測(cè)器來識(shí)別水準(zhǔn)尺上的條形碼，再經(jīng)過數(shù)字影像處理，給出水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，取代了在水準(zhǔn)尺 上的目視讀數(shù)。Wild N3精密水準(zhǔn)儀WildN3精密水準(zhǔn)儀的外形如 望遠(yuǎn)鏡物鏡的有效孔徑為50mm 倍，管狀水準(zhǔn)器格值為10"/2mni 與分格值為10mm的精密因瓦水準(zhǔn) 標(biāo)尺的基輔差為301.55cm。在望 邊上下有兩個(gè)小目鏡（在圖5-10 來），它們是符合氣泡觀察目鏡和 鏡，在3個(gè)不同的目鏡中所見到 5-11所示。轉(zhuǎn)動(dòng)傾斜螺旋，使符合氣泡 準(zhǔn)氣泡兩端符合，則視線精確水 測(cè)微螺旋使望遠(yuǎn)鏡目鏡中看到的】一印遠(yuǎn)橙日精門水

13、椎F泡反光盤門一頓斜獴旋：L調(diào)焦端旋；5平行監(jiān)璃版洌強(qiáng)通旋M平行玻璃 機(jī)旋轉(zhuǎn)抽水平嗷動(dòng)攜齪出一水平制動(dòng)螺旋向 腳螺旋門訃一腳架圖 5-10圖5-10所示。放大倍率為40 N3精密水準(zhǔn)儀 標(biāo)尺配套使用， 遠(yuǎn)鏡目鏡的左 中沒有表示出 測(cè)微器讀數(shù)目 的影像如圖觀察目鏡的水 平，此時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng) 楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測(cè)微器目鏡中讀出測(cè)微器讀數(shù)653（即6.53mm）,故水平視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。1 . N3精密水準(zhǔn)儀的傾料螺旋裝置圖5-12所示是N3型精密水準(zhǔn)儀傾斜螺旋裝置及其作用示意圖。 它是一種杠桿結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn) 動(dòng)傾斜螺旋時(shí)，通過著

14、力點(diǎn)D可以帶動(dòng)支臂繞支點(diǎn)A轉(zhuǎn)動(dòng)，使其對(duì)望遠(yuǎn)鏡的作用點(diǎn)B產(chǎn) 生微量升降，從而使望遠(yuǎn)鏡繞轉(zhuǎn)軸 C作微量?jī)A斜。由于望遠(yuǎn)鏡與水準(zhǔn)器是緊密相聯(lián)的， 于是傾斜螺旋的旋轉(zhuǎn)就可以使水準(zhǔn)軸和視準(zhǔn)軸同時(shí)產(chǎn)生微量的變化，借以迅速而精確地將視準(zhǔn)軸整平。在傾斜螺旋上一般附有分劃盤，可借助于固定指標(biāo)進(jìn)行讀數(shù)，由傾斜螺 旋所轉(zhuǎn)動(dòng)的格數(shù)可以確定視線傾角的微小變化量，其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍約為7周。借助于這種裝圖 5-12圖 5-11置，可以測(cè)定視準(zhǔn)軸微傾的角度值，在進(jìn)行跨越障礙物的精密水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)具有重要作用必須指出，由圖5-12可見儀器轉(zhuǎn)軸C并不位于望遠(yuǎn)鏡的中心，而是位于靠近物鏡的一端。由圓水準(zhǔn)器整平儀器時(shí)，垂直軸并不能精確在垂直位置，

15、可能偏離垂直位置較大。此時(shí)使用 傾斜螺旋精確整平視準(zhǔn)軸時(shí)，將會(huì)引起視準(zhǔn)軸高度的變化，傾斜螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)量愈大，視準(zhǔn)軸高 度的變化也就愈大。如果前后視精確整平視準(zhǔn)軸時(shí)，傾斜螺旋的轉(zhuǎn)動(dòng)量不等，就會(huì)在高差中 帶來這種誤差的影響。因此，在實(shí)際作業(yè)中規(guī)定：只有在符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像的分離量小 于lcm時(shí)（這時(shí)儀器的垂直軸基本上在垂直位置），才允許使用傾斜螺旋來進(jìn)行精確整平視準(zhǔn) 軸。但有些儀器轉(zhuǎn)軸C的裝置，位于過望遠(yuǎn)鏡中心的垂直幾何軸線上。2 .N3 精密水準(zhǔn)儀的測(cè)微器裝置圖5-13是N3精密水準(zhǔn)儀的光學(xué)測(cè)微器的測(cè)微工作原理示意圖。由圖可見，光學(xué)測(cè)微 器由平行玻璃板、測(cè)微器分劃尺、傳動(dòng)桿和測(cè)微螺旋等部件組成。平

16、行玻璃板傳動(dòng)桿與測(cè)微分劃尺相連。測(cè)微分劃尺上有100個(gè)分格，它與10mmi對(duì)應(yīng)，即每分格為0.1mm,可估讀至 O.Olmmi每10格有較長(zhǎng)分劃線并注記數(shù)字，每?jī)砷L(zhǎng)分劃線間的格值為1mmr當(dāng)平行玻璃板與u平行誠(chéng)贈(zèng)板OEM）不伸而沖卜傳動(dòng)Hrt-'N標(biāo)尺捌激蟬旋測(cè)微分劃一109 K 7 « 54水平視線正交時(shí)，測(cè)微分劃尺上初始讀數(shù)為 5mm轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋時(shí)，傳動(dòng)桿就帶動(dòng)平行玻璃 板相對(duì)于物鏡作前俯后仰，并同時(shí)帶動(dòng)測(cè)微分劃尺作相應(yīng)的移動(dòng)。平行玻璃板相對(duì)于物鏡作 前俯后仰，水平視線就會(huì)向上或向下作平行移動(dòng)。若逆轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋，使平行玻璃板前俯到測(cè) 微分劃尺移至10mmt,則水平視線向下平

17、移5mm反之，順轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋使平行玻璃板后仰到 測(cè)微分劃尺移至Ommi,則水平視線向上平移5mm指標(biāo)線圖 5-13在圖5-13中，當(dāng)平行玻璃板與水平視線正交時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)應(yīng)為 a，a在兩相鄰分 劃148與149之間，此時(shí)測(cè)微分劃上讀數(shù)為 5mm而不是0。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋，平行玻璃板作前 俯，使水平視線向下平移與就近的 148分劃重合，這時(shí)測(cè)微分劃尺上的讀數(shù)為 6.50mmlm水 平視線的平移量應(yīng)為6.505mm最后讀數(shù)a為a =148cm+6.50mm-5mm即a =148.650cm-5mm由上述可知，每次讀數(shù)中應(yīng)減去常數(shù)（初始讀數(shù) ）5mm,但因在水準(zhǔn)測(cè)量中計(jì)算高差時(shí)能 自動(dòng)抵消這個(gè)常數(shù)，所

18、以在水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)時(shí)，讀數(shù)、記錄、計(jì)算過程中都可以不考慮這個(gè)常數(shù)。但在單向讀數(shù)時(shí)就必須減去這個(gè)初始讀數(shù)。測(cè)微器的平行玻璃板安置在物鏡前面的望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，如圖5-14所示。在平行玻璃板的前 端，裝有一塊帶楔角的保護(hù)玻璃，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)光楔罩，它一方面可以防止塵土侵人望遠(yuǎn)鏡 筒內(nèi)，另一方面光楔的轉(zhuǎn)動(dòng)可使視準(zhǔn)軸傾角i作微小的變化，借以精確地校正視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸 的平行性。近期生產(chǎn)的新N3精密水準(zhǔn)儀如圖5-15所示。望遠(yuǎn)鏡物鏡的有效孔徑為52mm并有一個(gè) 放大倍率為40的準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，直立成像，能清晰地觀測(cè)到離物鏡 0.3m處的水準(zhǔn)標(biāo)尺。圖 5-14圖 5-15光學(xué)平行玻璃板測(cè)微器可直接讀至 0.lmm,估讀到

19、O.Olmni 校驗(yàn)性微傾螺旋裝置可以用來測(cè)量微小的垂直角和傾斜度的變化。儀器備選附件有自動(dòng)準(zhǔn)直目鏡、激光目鏡、目鏡照明燈和折角目鏡等，利用這些附件可進(jìn) 一步擴(kuò)大儀器的應(yīng)用范圍，可用于精密高程控制測(cè)量、形變測(cè)量、沉陷監(jiān)測(cè)、工業(yè)應(yīng)用等。圖 5-16這種儀器的主要特點(diǎn)是對(duì)熱影響的感應(yīng)較小，即當(dāng)外界溫度變化時(shí)，水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸之間 的交角i的變化很小，這是因?yàn)橥h(yuǎn)鏡、管狀水準(zhǔn)器和平行玻璃板的傾斜設(shè)備等部件，都裝在一個(gè)附有絕熱層的金屬套筒內(nèi)，這樣就保證了水準(zhǔn)儀上這些部件的溫度迅速達(dá)到平衡。儀器 物鏡的有效孔徑為56mm望遠(yuǎn)鏡放大倍率為44倍，望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)內(nèi)有左右兩組楔形絲， 如圖5-17所示，右邊一組

20、楔形絲的交角較小，在視距較遠(yuǎn)時(shí)使用，左邊一組楔形絲的交角較 大,在視距較近時(shí)使用，管狀水準(zhǔn)器格值為10 /2mm轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋可使水平視線在 10mm范圍內(nèi)平移，測(cè)微器的分劃鼓直接與測(cè)微螺旋相連（見圖5-17）,通過放大鏡在測(cè)微鼓上進(jìn)行讀數(shù)，測(cè)微鼓上有100個(gè)分格，所以測(cè)微鼓最小格值為 0.1mm從望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中所看 到的影像如圖5-17所示，視場(chǎng)下部是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像。Ni 004精密水準(zhǔn)儀與分格值為5mm勺精密因瓦水準(zhǔn)尺配套使用。在圖 5-17中，使用測(cè)微螺 旋使楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上197分戈在測(cè)微分劃鼓上的讀數(shù)為 340,即3.40mm水準(zhǔn)標(biāo)尺 上的全部讀數(shù)為197.340cm。6

21、一7 一®?圖 5-17圖 5-18國(guó)產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀Sl型精密水準(zhǔn)儀是北京測(cè)繪儀器廠 形如圖5-18所示。儀器物鏡的有效孔徑為 放大倍率為40倍，管狀水準(zhǔn)器格值為 動(dòng)測(cè)微螺旋可使水平視線在10mme圍內(nèi)作 分劃尺有100個(gè)分格，故測(cè)微器分劃尺最小 0.1mm望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中所看到的影像如 示，視場(chǎng)左邊是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像，測(cè)微鏡在望遠(yuǎn)鏡目鏡的右下方。圖 5-19生產(chǎn)的，其外 50mm望遠(yuǎn)鏡 10"/2mm 轉(zhuǎn) 平移，測(cè)微器 格值為圖5-19所 微器讀數(shù)顯國(guó)產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀與分格伯:為5mm勺精密水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用。在圖5-19中，使用測(cè)微螺旋使楔形絲夾準(zhǔn)198分戈在測(cè)

22、微器讀數(shù)顯微鏡中的讀數(shù)為150,即1.5Omim水準(zhǔn)標(biāo)尺上白全部讀數(shù)為 198.150cm。第二節(jié) 水準(zhǔn)測(cè)量的主要誤差來源及影響分析一、水準(zhǔn)測(cè)量誤差分析水準(zhǔn)測(cè)量誤差有儀器誤差、觀測(cè)誤差和外界條件的影響。（一）儀器誤差：水準(zhǔn)儀在使用前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)， 但由于檢驗(yàn)不完善或其他方面的影響， 使儀器存在殘差。例如水準(zhǔn)管軸與視準(zhǔn)軸不平行 的殘余誤差，可采用等距離觀測(cè)可以消除。此外水準(zhǔn)尺誤差如尺長(zhǎng)、彎曲、零點(diǎn)誤差等，可采用前后視交替放置尺子，湊成偶數(shù)等方法加以消除。(二)觀測(cè)與操作者的誤差：水準(zhǔn)管居中誤差：水準(zhǔn)管居中誤差主要與水準(zhǔn)管分劃值及人眼的分辨率有關(guān)。實(shí)踐證明一般人判斷氣泡居中誤差約為土 0.15

23、采用符合水準(zhǔn)器后，居中精度約提高一倍即：± 0.15 r / 2 ,引起的讀數(shù)照準(zhǔn)誤差：照準(zhǔn)誤差與人眼的分辨能力、望遠(yuǎn)鏡的放大率、視線長(zhǎng)度有關(guān)。60”D煙黑二1照準(zhǔn)誤差為：y,由此引起的讀數(shù)誤差為：,必"，估讀誤差：估讀毫米數(shù)的誤差與十字絲粗細(xì)、望遠(yuǎn)鏡放大率、視線長(zhǎng)度有關(guān)。一般認(rèn)為在io。米內(nèi)m估=1.2 mm。視差對(duì)讀數(shù)的影響：扶影響：由于扶尺不直引起讀數(shù)變大。其誤差為：A b = b'-b = b'( 1 - cos 0 ),可見 與尺上讀數(shù)和傾角有關(guān)，當(dāng)b' = 2.5 m ,0 = 2o 時(shí)，Ab = 1.5mm。水準(zhǔn)儀與尺墊下沉和反彈誤差：

24、可采用“后前前后”的觀測(cè)順序。(三)外界環(huán)境的影響：球差：p = D2 / 2R氣差：r = D2 /(2 X 7R)球差和氣差的聯(lián)合影響：f = p - r = 0.43 D2 / R ，故：hAB = ( a - b ) - ( f a - f b )當(dāng)D a = D b時(shí)，則：f a = f b ,即前后視距相等可消除地球曲率和大氣折光對(duì) 水準(zhǔn)測(cè)量產(chǎn)生的誤差影響。1. 儀器誤差之一是水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸不平行于水準(zhǔn)管軸所產(chǎn)生的誤差儀器雖在測(cè)量前經(jīng)過校正，仍會(huì)存在殘余誤差。因此造成水準(zhǔn)管氣泡居中，水準(zhǔn)管軸居于水平位置而望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸卻發(fā)生傾斜，致使讀數(shù)誤差。這種誤差與視距長(zhǎng)度成正比。觀測(cè)時(shí)可

25、通過中間法（前后視距相等）和距離補(bǔ)償法（前視距離和等于后視距離總和）消除。針對(duì)中間法在實(shí)際過程中的控制，立尺人是關(guān)鍵，通過應(yīng)用普通皮尺測(cè)距離，之后立尺，簡(jiǎn)單易行。而距離補(bǔ)償法不僅繁瑣，并且不容易掌握。2. 儀器誤差之二是水準(zhǔn)尺誤差 主要包含尺長(zhǎng)誤差（尺子長(zhǎng)度不準(zhǔn)確）、刻劃誤差（尺上的分劃不均勻）和零點(diǎn)差（尺的零刻劃位置不準(zhǔn)確），對(duì)于較精密的水準(zhǔn)測(cè)量，一般應(yīng)選用尺長(zhǎng)誤差和刻劃誤差小的標(biāo)尺。尺的零誤差的影響，控制方法可以通過在一個(gè)水準(zhǔn)測(cè)段內(nèi)，兩根水準(zhǔn)尺交替輪換使用（在本測(cè)站用作后視尺，下測(cè)站則用為前視尺），并把測(cè)段站數(shù)目布設(shè)成偶數(shù)，即在高差中相互抵消。同時(shí)可以減弱刻劃誤差和尺長(zhǎng)誤差的影響。3. 觀

26、測(cè)誤差之一是符合水準(zhǔn)管氣泡居中的誤差由于符合水準(zhǔn)氣泡未能做到嚴(yán)格居中，造成望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸傾斜，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。讀數(shù)誤差的大小與水準(zhǔn)管的靈敏度有關(guān)，主要是水準(zhǔn)管分劃值T的大小。止匕外，讀數(shù)誤差與視線長(zhǎng)度成正比。水準(zhǔn)管居中誤差一般認(rèn)為是 0.1 p ,根據(jù)公式m居=0.1 p S/ p , DS3級(jí)水準(zhǔn) 儀水準(zhǔn)管的分劃值一般為20，視線長(zhǎng)度S為75ml p =206265',那么，m居=0.4mm由此 看來，只要觀測(cè)時(shí)符合水準(zhǔn)管氣泡能夠認(rèn)真仔細(xì)進(jìn)行居中，且對(duì)視線長(zhǎng)度加以限制，與中間法一致，此誤差可以消除。4. 觀測(cè)誤差之二是視差的影響 當(dāng)存在視差時(shí)，尺像不與十字絲平面重合，觀測(cè)時(shí)眼睛所在的位置

27、不同，讀出的數(shù)也不同，因此，產(chǎn)生讀數(shù)誤差。所以在每次讀數(shù)前，控制方法就是要仔細(xì)進(jìn)行物鏡對(duì)光，消除視 差。5. 觀測(cè)誤差之三是水準(zhǔn)尺的傾斜誤差 水準(zhǔn)尺如果是向視線的左右傾斜，觀測(cè)時(shí)通過望遠(yuǎn)鏡十字絲很容易察覺而糾正。但是，如果水準(zhǔn)尺的傾斜方向與視線方向一致，則不易察覺。尺子傾斜總是使尺上讀數(shù)增大。它對(duì)讀數(shù)的影響與尺的傾斜角和尺上讀數(shù)的大?。匆暰€距地面的高度）有關(guān)。尺的傾斜角越大，對(duì)讀數(shù)的影響就越大；尺上讀數(shù)越大，對(duì)讀數(shù)的影響就越大。所產(chǎn)生的讀數(shù)誤差為 Aa=a （1-cosy）。當(dāng)丫 =3o, a=1.5m時(shí)，A a=2mm由此可以看 出，此項(xiàng)影響是不可忽視的，通常我們立鏡高度是 1.7m,則A

28、a=2.33mrm。因此，在水準(zhǔn)測(cè) 量中，立尺是一項(xiàng)十分重要的工作，一定要認(rèn)真立尺，使尺處于鉛垂位置。尺上有圓水準(zhǔn)的應(yīng)使氣泡居中。必要時(shí)可用搖尺法，即讀數(shù)時(shí)尺底置于點(diǎn)上，尺的上部在視線方向前后慢慢搖動(dòng)，讀取最小的讀數(shù)。當(dāng)?shù)孛嫫露容^大時(shí)，尤其應(yīng)注意將尺子扶直，并應(yīng)限制尺的最大讀 數(shù)。最重要的是在轉(zhuǎn)點(diǎn)位置。6. 外界條件和下沉的影響用水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)高程的影響， 可以用公式Ah=D2/(2R)表示，地球半徑R=6371Km 當(dāng) D=75m寸，Ah=0.44cm；當(dāng) D=100m寸，A h=0.08cm；當(dāng) D=500m寸，A h=2cm 當(dāng) D=1Km寸， Ah=8cm當(dāng)D=2Knm寸，A h=

29、31cm顯然，以水平面代替水準(zhǔn)面時(shí)高程所產(chǎn)生的誤差要遠(yuǎn)大于 測(cè)量高程的誤差。所以，對(duì)于高程而言，即使距離很短，也不能將水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面，一定要考慮地球曲率對(duì)高程的影響。實(shí)測(cè)中采用中間法可消除。大氣折光使視線成為一條曲率約為地球半徑7倍的曲線，使讀數(shù)減小，可以用公式A h=D2/ (2x7R)表示，視線離地面越近，折射越大，因此， 視線距離地面的角度不應(yīng)小于0.3m， 并且其影響也可用中間法消除或減弱。此外，應(yīng)選擇有利的時(shí)間，一日之中，上午10 時(shí)至下午4 時(shí)這段時(shí)間大氣比較穩(wěn)定，便于消除大氣折光的影響，但在中午前后觀測(cè)時(shí)，尺像會(huì)有跳動(dòng)，影響讀數(shù)，應(yīng)避開這段時(shí)間，陰天、有微風(fēng)的天氣可全天觀測(cè)。儀

30、器下沉是指在一測(cè)站上讀的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)之間儀器發(fā)生下沉，使得前視讀數(shù)減小，算得的高差增大。為減弱其影響，當(dāng)采用雙面尺法或變更儀器高法時(shí)，第一次是讀后視讀數(shù)再讀前視讀數(shù)，而第二次則先讀前視讀數(shù)再讀后視讀數(shù)。即“后、前、前、后”的觀測(cè)程序。這樣的兩次高差的平均值即可消除或減弱儀器下沉的影響。水準(zhǔn)尺下沉的誤差是指儀器在遷過程中，轉(zhuǎn)點(diǎn)發(fā)生下沉，使遷站后的后視讀數(shù)增大，算得的高差也增大。如果采取往返測(cè)，往測(cè)高差增大，返測(cè)高差減小，所以取往返高差的平均值，可以減弱水準(zhǔn)尺下沉的影響。最有效的方法是應(yīng)用尺墊，在轉(zhuǎn)點(diǎn)的地方必須放置尺墊，并將其踩實(shí)，以防止水準(zhǔn)尺在觀測(cè)過程中下沉。根據(jù)誤差來源分析表1.1 ,應(yīng)

31、用偶然中誤差MA =± ( A A/4 - n - R) (1/2)計(jì)算合格，附合路線閉合差公式計(jì)算同樣合格。那么，這個(gè)比較隱蔽的錯(cuò)誤主要來源是立尺方向出現(xiàn)傾斜和轉(zhuǎn)點(diǎn)位置下沉或移動(dòng)，中間法距離控制不好。解決的方法是首先改變水準(zhǔn)測(cè)量的模式，基平與中平分開。其次在每一個(gè)測(cè)站檢核，在同一測(cè)站上以不同的儀器高度(或稱視線高度)觀測(cè)兩次，兩次所測(cè)高差之差不超過規(guī)定的容許值2.0mm取其算術(shù)平均值作為本測(cè)站的觀測(cè)結(jié)果。嚴(yán)格執(zhí)行上述控制誤差的方法。就能夠有效的把誤差控制在精度要求內(nèi)。減小和消除誤差的方法都是以增加時(shí)間或采取更多的步驟為代價(jià)。在測(cè)量中操作熟練， 才能提高觀測(cè)的速度，采取規(guī)范的辦法，嚴(yán)

32、格執(zhí)行正確步驟，司儀與立尺互相配合，才能得 到正確結(jié)果。通過實(shí)踐證明，將控制方法應(yīng)用到實(shí)際工作中后，沒有出現(xiàn)過錯(cuò)誤，達(dá)到了 “多干事、 動(dòng)作快、效率好、省時(shí)間”的目的。第三節(jié)水準(zhǔn)測(cè)量的原理和方法一、水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，借助于帶有分劃的水準(zhǔn)尺，直接測(cè)定地面上兩 點(diǎn)間的高差，然后根據(jù)已知點(diǎn)高程和測(cè)得的高差，推算出未知點(diǎn)高程。前進(jìn)方向“ 大地水準(zhǔn)面圖2-1水準(zhǔn)測(cè)量原理0如圖2-1所示，A、B兩點(diǎn)間高差hAB為k-2- -2- b(2-1)設(shè)水準(zhǔn)測(cè)量是由A向B進(jìn)行的，則A點(diǎn)為后視點(diǎn)，A點(diǎn)尺上的讀數(shù)a稱為后視讀數(shù)；B點(diǎn) 為前視點(diǎn)，B點(diǎn)尺上的讀數(shù)b稱為前視讀數(shù)。因此，高差等于后

33、視讀數(shù)減去前視讀數(shù)。二、計(jì)算未知點(diǎn)圖程(一)高差法測(cè)得A B兩點(diǎn)間高差hAB后，如果已知A點(diǎn)的高程HA則B點(diǎn)的高程HB為：(2-2)Hr H 且 十這種直接利用高差計(jì)算未知點(diǎn) B高程的方法，稱為高差法。(二)視線高法如圖2-1所示，B點(diǎn)高程也可以通過水準(zhǔn)儀的視線高程 Hi來計(jì)算，即小=日4十網(wǎng)=Hj-bJ(2-3)這種利用儀器視線高程Hi計(jì)算未知點(diǎn)B點(diǎn)高程的方法，稱為視線高法。在施工測(cè)量中, 有時(shí)安置一次儀器，需測(cè)定多個(gè)地面點(diǎn)的高程，采用視線高法就比較方便。三、水準(zhǔn)測(cè)量方法大1k木":i'it圖318 水準(zhǔn)測(cè)量方法示意圖當(dāng)?shù)孛嫔螦 B兩點(diǎn)間的距離較遠(yuǎn)，超過水準(zhǔn)儀到水準(zhǔn)尺規(guī)定的

34、視線長(zhǎng)度 (一般規(guī)定 為80、100m時(shí)，必須將A、B間的水準(zhǔn)路線分成若干段(圖318),連續(xù)設(shè)置儀器，依次測(cè) 得各段高差。然后再根據(jù) A點(diǎn)高程，求得B點(diǎn)高程。第四節(jié)精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施從實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的某一水淮點(diǎn)出發(fā)，選定一條閉合水準(zhǔn)路線；或從一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)至另一水 淮點(diǎn)，選定一條附合水準(zhǔn)路線。路線長(zhǎng)度為2000- 3000m (2)安置水準(zhǔn)儀的測(cè)站至前、后視立尺點(diǎn)的距離，應(yīng)該量距使其相等，其觀測(cè)次序如下：往測(cè)奇數(shù)站的觀測(cè)程序：后前前后； 往測(cè)偶數(shù)站的觀測(cè)程序：前后后前；返測(cè)奇數(shù)站的觀測(cè)程序：前后后前；返測(cè)偶數(shù)站的觀測(cè)程序：后前前后；(3)手薄記錄和計(jì)算見表“二等水準(zhǔn)測(cè)量記錄”中按表頭的次序次序(1

35、) (8)、(9) 一(10)為計(jì)算結(jié)果： 后視距離(9) =100X (1)-(20)前視距離(10) =100X(4)-(5)視距之差(6) =(9) -(10)視距累計(jì)差(12)=上站(12)十本站(11)基輔分劃差(13)= (4) +K (7),(k= 30155 或60655 視標(biāo)尺而定)(14)=(3)+K (8)基本分劃高差(15) = (3) (4),輔助分劃高差(16) = (8) (7)高差之差 (17) = (14) (13) = ( 15) (16)平均高差(18) = (15) + (16) /2 每站讀 數(shù)結(jié)束記錄(1) (8),隨即進(jìn)行各項(xiàng)計(jì)算(9) 一(10)

36、,并按上表進(jìn)行各項(xiàng)檢查后，滿 足如下限差后，才能搬站。(4)依次設(shè)站，用相同的方法進(jìn)行觀測(cè)，直至線路終點(diǎn)，計(jì)算線 路的高差閉合差，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的規(guī)定，線路高差閉合差的容許值±4溫度云量風(fēng)向速度天氣土質(zhì)太陽測(cè)卜號(hào)后 尺下 統(tǒng)刖 尺下絲方向 卜標(biāo)尺讀數(shù)基+ K減輔備注上 統(tǒng)上絲基本分 劃輔助分 劃(1)(5后(3)(8)(14)K=3.01550(2)(6)刖(4)(13)(9)(10)后一、心 刖(15)(16)(17)(11)(12)h(18)精密水準(zhǔn)測(cè)量必須用帶測(cè)微器的精密水準(zhǔn)儀和膨脹系數(shù)小的因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺，以提高讀數(shù)精度、削弱溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。儀器至標(biāo)尺的距離約在3560

37、米，且距前后標(biāo)尺的距離基本相等，同時(shí)采用完善的觀測(cè)程序，以削減水準(zhǔn)儀殘余的微小傾斜帶來的影響和大氣 折光影響。水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果須按所采用的高程系統(tǒng)加入必要的改正，以求出精確的高程。水準(zhǔn)觀測(cè)的主要技術(shù)要求等 級(jí)水準(zhǔn) 儀的型號(hào)視線 長(zhǎng)度(m)前后 視較不(m)前后 視累積 差(m)視線離 地面最低高度(m)基本分劃、輔助 分劃或黑面、紅面讀數(shù) 較差(mm)基本分劃、輔助分 劃或黑面、紅面所測(cè)高差 較差(mm)二等DS150130.50.50.7三 等DS1100360.31.01.5DS2752.03.0四DS21005100.23.05.0注：二等水準(zhǔn)視線長(zhǎng)度小于 20m時(shí)，其視線高度不應(yīng)低于0.3

38、m；三、四等水準(zhǔn)采用變動(dòng)儀器高度觀測(cè)單面水準(zhǔn)尺時(shí)，所測(cè)兩次高差較差，應(yīng)與黑面、 紅面所測(cè)高差之差的要求相同等每公里局差中 數(shù)中誤差(mrm水準(zhǔn) 儀的型 號(hào)水準(zhǔn) 尺觀測(cè)次數(shù)往返較 差、附合 或環(huán)線閉 合差(mrm偶然 中叱(ML)全中誤差MW與已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)附合或環(huán)線二 等±1±2DS因瓦往返各一次往返各一次±4三 等±3± 6DS因瓦往返各一次往一次±12DS雙面往返各一次四等±5±10DS雙面往返各一次往一次±20五 等±8±16DS單面往返各一次往一次±30注：L為往返測(cè)段、

39、附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路張長(zhǎng)度(km)等 級(jí)每千米高 差全中誤差 (mm)路線 長(zhǎng)度 (km)水準(zhǔn)儀 的型號(hào)水準(zhǔn)尺觀測(cè)次數(shù)往返較差、附合或環(huán) 線閉合差與已知點(diǎn) 聯(lián)測(cè)附合或 環(huán)線平地(mm)山地(mm)二等一2一DS1因瓦往返各一 次往返各 一次4 L一三 等6<50DS1因瓦往返各一 次往一次12年4-7DS3雙面往返各 一次四 等10<16DS3雙面往返各一 次往一次2006, n五 等15一DS3單面往返各一 次往一次30仁一注：結(jié)點(diǎn)之間或結(jié)點(diǎn)與高級(jí)點(diǎn)之間，其路線的長(zhǎng)度，不應(yīng)大于表中規(guī)定的0.7倍；L為往返測(cè)段，附合或環(huán)線的水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度（km） ; n為測(cè)站數(shù)。水準(zhǔn)測(cè)量所使用的儀器及

40、水準(zhǔn)尺，應(yīng)符合下列規(guī)定：（一）、水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸的夾角，DS1型不應(yīng)超過15 ； DS3型不應(yīng)超過20 ；（二）、水準(zhǔn)尺上的米間隔平均長(zhǎng)與名義長(zhǎng)之差，對(duì)于因瓦水準(zhǔn)尺，不應(yīng)超過0.15mm對(duì)于雙面水準(zhǔn)尺，不應(yīng)超過 0.5mm（三）、二等水準(zhǔn)測(cè)量采用補(bǔ)償式自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀時(shí)，其補(bǔ)償誤差 a不應(yīng)超過0.2。1）水準(zhǔn)測(cè)量過程中應(yīng)盡量用目估或步測(cè)保持前、后視距基本相等，用以消除或減弱水準(zhǔn)管軸不平行致使視準(zhǔn)軸所產(chǎn)生的誤差，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)挠^測(cè)時(shí)間，限制視線長(zhǎng)度和高度來減少折光的影響。2）儀器腳架要踩牢，觀測(cè)速度要快，以減少儀器下沉的影響。轉(zhuǎn)點(diǎn)處要用尺墊，取往、 返觀測(cè)結(jié)果的平均值來抵消轉(zhuǎn)點(diǎn)下沉的影響。3

41、）估讀要準(zhǔn)確，讀數(shù)時(shí)要仔細(xì)對(duì)光，消除視差，必須使水準(zhǔn)管氣泡居中，讀完以后， 再檢查氣泡是否居中。4）檢查水準(zhǔn)尺，消除尺底泥土。扶尺者要身體站正，雙手扶尺，保證扶尺豎直。為了 消除兩尺零點(diǎn)不一致對(duì)觀測(cè)成果的影響，應(yīng)在起、終點(diǎn)上用同一標(biāo)尺。5）記錄要原始，當(dāng)場(chǎng)填寫清楚，在記錯(cuò)或算錯(cuò)時(shí)，應(yīng)在錯(cuò)字上劃一斜線，將正確數(shù)字 寫在錯(cuò)字上方。6）讀數(shù)時(shí)，記錄員要復(fù)讀，以便核對(duì)，并應(yīng)按記錄格式填寫，字跡要整齊、清楚、端 正，所有計(jì)算成果必須經(jīng)校核后才能使用。7）觀測(cè)時(shí)如果陽光較強(qiáng)要撐傘，給儀器遮太陽。第二章 精密水準(zhǔn)測(cè)量在變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究第一節(jié) 變形監(jiān)測(cè)的目的和意義工程變形監(jiān)測(cè)的首要目的是要掌握工程變形體的

42、實(shí)際性狀，為判斷其是否安全提供必要的信息。變形監(jiān)測(cè)涉及工程測(cè)量、工程地質(zhì)、水文、結(jié)構(gòu)力學(xué)、地球物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多學(xué)科的知識(shí)，它是一項(xiàng)跨學(xué)科的研究，并正向邊緣學(xué)科的方向發(fā)展。變形監(jiān)測(cè)工作的意義主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先是掌握水利工程建筑物的穩(wěn)定性，為安全運(yùn)行診斷提供必要的信息，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施；其次是科學(xué)上的意義，包括根本的理解變形的機(jī)理，提高工程設(shè)計(jì)的理論，進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)以及建立有效的變形預(yù)報(bào)模型。第二節(jié) 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)原則工作基點(diǎn)（以下簡(jiǎn)稱基點(diǎn)）是沉降觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)工程的沉降施測(cè)方案和布網(wǎng)原則的要求建立，而沉降施測(cè)方案應(yīng)根據(jù)工程的布局特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件制訂。依據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，

43、一般高層建筑物周圍要布設(shè)三個(gè)基點(diǎn)，且與建筑物相距50m至100m問的范圍為宜。基點(diǎn)可利用已有的、穩(wěn)定性好的埋石點(diǎn)和墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)，也可以在該區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)穩(wěn)定、修建時(shí)間長(zhǎng)的建筑物上設(shè)置墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)。若區(qū)域內(nèi)不具備上述條件，則可按相應(yīng)要求，選在隱蔽性好且通視良好、確保安全的地方埋設(shè)基點(diǎn)。所布設(shè)的基點(diǎn)，在未確定其穩(wěn)定性前，嚴(yán)禁使用。因此，每次都要測(cè)定基點(diǎn)間的高差，以判定它們之間是否相對(duì)穩(wěn)定，并且基點(diǎn)要定期與遠(yuǎn)離建筑物的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以檢核其本身的穩(wěn)定性。沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)依據(jù)建筑物的形狀、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)條件、樁形等因素綜合考慮，布設(shè)在最能敏感反映建筑物沉降變化的地點(diǎn)。一般布設(shè)在建筑物四角、差異沉降量大的位置、地質(zhì)

44、條件有明顯不同的區(qū)段以及沉降裂縫的兩側(cè)。埋設(shè)時(shí)注意觀測(cè)點(diǎn)與建筑物的聯(lián)結(jié)要牢靠，使得觀測(cè)點(diǎn)的變化能真正反映建筑物的變化情況。并根據(jù)建筑物的平面設(shè)計(jì)圖紙繪制沉降觀測(cè)點(diǎn)布點(diǎn)圖，以確定沉降觀測(cè)點(diǎn)的位置。在工作點(diǎn)與沉降觀測(cè)點(diǎn)之間要建立固定的觀測(cè)路線，并在架設(shè)儀器站點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)處做好標(biāo)記樁，保證各次觀測(cè)均沿統(tǒng)一路線。工程建筑物從施工開始到竣工，以及建成運(yùn)營(yíng)后很長(zhǎng)一段時(shí)間，沉降變形是不可避免的。如果變形在一定的限度之內(nèi)屬正?，F(xiàn)象，但一旦超過某一限度，就會(huì)危及建筑物的安全。因此，在建筑物的施工和運(yùn)營(yíng)期間，都必須對(duì)建筑物進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)掌握變形情況，發(fā)現(xiàn)問題，采取措施，保證建筑物從施工開始到運(yùn)營(yíng)期間均安全有效

45、。沉降觀測(cè)依據(jù)以下原則布設(shè)：（ 1）參照設(shè)計(jì)圖紙；（ 2）建筑物的四角極大轉(zhuǎn)角處；（ 3）高低層建筑物、縱橫墻的交接處兩側(cè)；（ 4）建筑物沉降縫兩側(cè)、基礎(chǔ)埋深相差懸殊處。根據(jù)以上原則并結(jié)合本工程的特點(diǎn)，共在恒達(dá)嘉園上布置14 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，具體點(diǎn)位詳見沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖。水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)定基準(zhǔn)點(diǎn)是沉降觀測(cè)的基本控制，擬在場(chǎng)地外適當(dāng)位置設(shè)置34 個(gè)水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，并準(zhǔn)確測(cè)定其高程。為保證準(zhǔn)確無誤，將分時(shí)間段、往返觀測(cè)，往返觀測(cè)之差滿足：MA = ±小于± 0.3mm工作基點(diǎn)用作直接測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的起始點(diǎn)或終點(diǎn)，選擇適當(dāng)位置布置工作基 點(diǎn)，與基準(zhǔn)點(diǎn)一起布設(shè)成水準(zhǔn)環(huán)線，按

46、要求進(jìn)行聯(lián)測(cè)。沉降觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)和觀測(cè)沉降觀測(cè)點(diǎn)在建筑物施工過程中由我方埋設(shè)好由市質(zhì)檢站統(tǒng)一監(jiān)制的沉降觀測(cè)標(biāo)志點(diǎn)，標(biāo)志的埋設(shè)位置應(yīng)避開如雨水管、窗臺(tái)線、暖氣片、暖水管、電氣開關(guān)等有礙設(shè)標(biāo)與觀測(cè)的障礙物，埋設(shè)于±0.0（如±0.0 與室外地平不一致，則按室外地平）以上約0.2m的位置。本次共布設(shè)14 個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)（詳見恒達(dá)嘉園沉降觀測(cè)平面布置圖）。沉降觀測(cè)點(diǎn)與工作基點(diǎn)、基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，按二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行精確測(cè)量。第三節(jié) 監(jiān)測(cè)內(nèi)容和原則一、監(jiān)測(cè)內(nèi)容隨著工業(yè)與民用建筑業(yè)的發(fā)展，各種復(fù)雜而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，并且對(duì)于建筑物的地

47、基施加了一定的壓力，這就必然會(huì)引起地基及周圍地層的變形。為了保證建（構(gòu)）筑物的正常使用壽命和建（構(gòu)）筑物的安全性，并為以后的勘察設(shè)計(jì)施工提供可靠的資料及相應(yīng)的沉降參數(shù)，建（構(gòu)）筑物沉降觀測(cè)的必要性和重要性愈加明顯?，F(xiàn)行規(guī)范也規(guī)定，高層建筑物、高聳構(gòu)筑物、重要古建筑物及連續(xù)生產(chǎn)設(shè)施基礎(chǔ)、動(dòng)力設(shè)備基礎(chǔ)、滑坡監(jiān)測(cè)等均要進(jìn)行沉降觀測(cè)。特別在高層建筑物施工過程中，應(yīng)用沉降觀測(cè)加強(qiáng)過程監(jiān)控，指導(dǎo)合理的施工工序，預(yù)防在施工過程中出現(xiàn)不均勻沉降，及時(shí)反饋信息，為勘察設(shè)計(jì)施工部門提供詳盡的一手資料， 避免因沉降原因造成建筑物主體結(jié)構(gòu)的破壞或產(chǎn)生影響結(jié)構(gòu)使用功能的裂縫，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。測(cè)定建筑物及其地基在建筑

48、物本身的荷載或受外力作用下，一定時(shí)間段內(nèi)所產(chǎn)生的變形量及其數(shù)據(jù)的分析和處理工作。內(nèi)容包括沉降、傾斜、位移、撓曲、風(fēng)振等變形觀測(cè)項(xiàng)目。其目的是監(jiān)視建筑物在施工過程中和竣工后，投入使用中的安全情況；驗(yàn)證地質(zhì)勘察資料和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的可靠程度；研究變形的原因和規(guī)律，以改進(jìn)設(shè)計(jì)理論和施工方法。（1） 建筑物地基和基礎(chǔ)變形觀測(cè)內(nèi)容主要有：基坑回彈測(cè)量在基坑開挖前、中、后期，測(cè)出事先埋設(shè)在基底面上的觀測(cè)點(diǎn)，由于基坑開挖引起的高程變化。開挖前和開挖后兩次的高程差為基坑的總回彈量。地基分層沉降測(cè)量測(cè)出埋設(shè)在不同土層上的觀測(cè)點(diǎn)因荷載增加而引起的高程變化，以求得各土層的沉降量和受壓層的最大深度。建筑物的沉降測(cè)量測(cè)出建筑

49、物或基礎(chǔ)上的觀測(cè)點(diǎn)，因時(shí)間推移或因地基發(fā)生變化所引起的高程差異，比較不同周期的觀測(cè)值即得沉降量。以上內(nèi)容都屬于以垂直位移為主的變形觀測(cè)，其方法是首先按建筑場(chǎng)地地形、地質(zhì)條件和對(duì)變形觀測(cè)的精度要求，合理布設(shè)變形控制網(wǎng)點(diǎn)（ 見工程控制測(cè)量） 。在建筑物附近比較穩(wěn)固的位置埋設(shè)工作基點(diǎn)，直接用以測(cè)定建筑物上的觀測(cè)點(diǎn)的位移，盡可能在變形影響以外的穩(wěn)固位置埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)（檢查點(diǎn)），用以檢核工作基點(diǎn)本身的穩(wěn)固性（ 見地面沉降和水平位移觀測(cè) ） 。工作基點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)一般都組成網(wǎng)形，用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法來施測(cè)和檢驗(yàn)。高程變化值的測(cè)定通常采用精密水準(zhǔn)方法，也可用液體靜力水準(zhǔn)儀、氣泡傾斜儀、電子水準(zhǔn)器等進(jìn)行測(cè)量。（2）

50、建筑物上部變形觀測(cè)內(nèi)容主要有：傾斜觀測(cè)測(cè)定建筑物頂部由于地基有差異沉降或受外力作用而產(chǎn)生的垂直偏差。通常在頂部和墻基設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)其相對(duì)位移值，也可直接觀測(cè)頂部中心點(diǎn)相對(duì)于底部中心點(diǎn)的位移值，然后推算建筑物的傾斜度。位移觀測(cè)測(cè)定建筑物因受側(cè)向荷載的影響而產(chǎn)生的水平位移量，觀測(cè)點(diǎn)的建立視工程情況和位移的方向而定。裂縫觀測(cè)測(cè)出建筑物因基礎(chǔ)有局部不均勻沉降而使墻體出現(xiàn)的裂縫。一般在裂縫兩側(cè)設(shè)置觀測(cè)標(biāo)志，定期觀測(cè)其位置變化，以取得裂縫的大小和走向等資料。撓度觀測(cè)測(cè)定建筑物受力后產(chǎn)生的撓曲程度。一般測(cè)定設(shè)置在建筑物垂直面內(nèi)不同高度觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于底點(diǎn)的水平位移值。擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)觀測(cè)測(cè)定高層建筑物和高聳構(gòu)筑

51、物在風(fēng)振、地震、日照等外力作用下的擺動(dòng)量和扭曲程度。上述內(nèi)容多屬于以水平位移為主的變形觀測(cè)，其方法除在穩(wěn)定地區(qū)建立變形控制網(wǎng)，檢驗(yàn)工作基點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)固性外，通常使用測(cè)角前方交會(huì)法、經(jīng)緯儀投影法、觀測(cè)水平角法、激光準(zhǔn)直法和垂線觀測(cè)法等，來定期測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)的位置變化。對(duì)于特定方向的水平位移，還可用視準(zhǔn)線法和引張線法進(jìn)行觀測(cè)。近年來，開始應(yīng)用的近景攝影測(cè)量方法，對(duì)于測(cè)定地基 基礎(chǔ)與建筑物沉降、建筑物傾斜、測(cè)求裂縫參數(shù)、模型變形狀態(tài)參數(shù)，以及建筑機(jī)械構(gòu)件變 形的檢驗(yàn)等方面都有一定的效果。近景攝影測(cè)量通常使用攝影經(jīng)緯儀、普通攝影機(jī)或高速攝 影機(jī)，按正直、等偏、交向等攝影方式，可在一定時(shí)間段或瞬間連續(xù)記錄

52、建筑物和試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的大量點(diǎn)位變形信息。并使用立體坐標(biāo)量測(cè)儀、電子計(jì)算機(jī)、精密立體測(cè)圖儀或解析測(cè)圖儀， 按解析法或模擬解析法，測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)隨時(shí)間所產(chǎn)生的二維或三維相對(duì)變形量。所攝得的像片，作為檔案資料還可在其他任何時(shí)候進(jìn)行檢核量測(cè)。變形觀測(cè)的數(shù)據(jù)處理與分析首先，將觀測(cè)成果進(jìn)行初步整理，再以時(shí)間或荷載為橫坐標(biāo)，以累計(jì)變形量為縱坐標(biāo)，繪制各種變形過程線，以便初步了解變形的幅度、趨勢(shì)和建筑 物的安全情況。其次，要對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行歸納和分析。通常采用回歸分析的方法，先選擇合 適的擬合方法，再按最小二乘法與統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的原理求得回歸方程，從而找出變形的規(guī)律性。 由此方程即可根據(jù)各個(gè)自變量來推求所需因變量 （即變形

53、值），以推算、預(yù)報(bào)今后的變形情況， 研究應(yīng)采取的措施。對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)穩(wěn)固性的檢驗(yàn)，在有固定的起算點(diǎn)時(shí)， 用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法，根據(jù)定期重復(fù)觀測(cè)的結(jié)果，用最小二乘法計(jì)算各點(diǎn)的離差矢量，進(jìn)行F （兩 個(gè)正態(tài)母體的方差是否相等）檢驗(yàn)，以判斷水準(zhǔn)點(diǎn)高程的變化是由于水準(zhǔn)點(diǎn)的升降還是由于 觀測(cè)的誤差所引起。在沒有固定的起算點(diǎn)時(shí)，采用秩虧自由網(wǎng)平差方法計(jì)算各點(diǎn)的位移值， 根據(jù)定期重復(fù)觀測(cè)成果，判斷其穩(wěn)定性。隨著高大建筑的增多和古建筑的維修，變形觀測(cè)工作愈來愈受到人們的重視。變形控制 網(wǎng)的布設(shè)，已在研究應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法；觀測(cè)方法除了沿用一些行之有效的傳統(tǒng)觀 測(cè)儀器和方法外，將逐步應(yīng)用全能激光

54、測(cè)量?jī)x、自動(dòng)垂直儀、電子測(cè)斜儀、位移攝影探索器 等光電、電子儀器和攝影測(cè)量技術(shù)，使測(cè)量過程日趨自動(dòng)化；觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理，已廣泛應(yīng)用 數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來檢驗(yàn)點(diǎn)位的穩(wěn)定性，由單一變量統(tǒng)計(jì)分析發(fā)展到多變量動(dòng)態(tài)的定性定量統(tǒng) 計(jì)分析，對(duì)建筑物的安全將提供更可靠的。二、監(jiān)測(cè)原則1、儀器設(shè)備、人員素質(zhì)的要求根據(jù)沉降觀測(cè)精度要求高的特點(diǎn)，為能精確地反映出建構(gòu)筑物在不斷加荷作下的沉降情 況，一般規(guī)定測(cè)量的誤差應(yīng)小于變形值的 1/10 1 /20,為此要求沉降觀測(cè)應(yīng)使用精密 水準(zhǔn)儀（S1或S05級(jí)）,水準(zhǔn)尺也應(yīng)使用受環(huán)境及溫差變化影肉小的高精度鈿合金水準(zhǔn)尺。在不具備鈿合金水準(zhǔn)尺的情況下，使用一般塔尺盡量使用第一段標(biāo)尺

55、。人員素質(zhì)的要求，必須接受專業(yè)學(xué)習(xí)及技能培訓(xùn)，熟練掌握儀器的操作規(guī)程，熟悉測(cè)量 理論能針對(duì)不同工程特點(diǎn)、具體情況采用不同的觀測(cè)方法及觀測(cè)程序，對(duì)實(shí)施過程中出現(xiàn)的 問題能夠會(huì)分析原因并正確的運(yùn)用誤差理論進(jìn)行平差計(jì)算，做到按時(shí)、快速、精確地完成每 次觀測(cè)任務(wù)。2、觀測(cè)時(shí)間的要求建構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)對(duì)時(shí)間有嚴(yán)格的限制條件，特別是首次觀測(cè)必須按時(shí)進(jìn)行，否則沉 降觀測(cè)得不到原始數(shù)據(jù)，而是整個(gè)觀測(cè)得不到完整的觀測(cè)意義。其他各階段的復(fù)測(cè)，根據(jù)工 程進(jìn)展情況必須定時(shí)進(jìn)行，不得漏測(cè)或補(bǔ)測(cè)。只有這樣，才能得到準(zhǔn)確的沉降情況或規(guī)律。 相鄰的兩次時(shí)間間隔稱為一個(gè)觀測(cè)周期，一般高層建筑物的沉降觀測(cè)按一定的時(shí)間段為一觀 測(cè)周期（如：次/30天）或按建筑物的加荷情況每升高一層