市政工程水準(zhǔn)測(cè)量原理、方法及成果計(jì)算

1、市政工程水準(zhǔn)測(cè)量原理、方法及成果計(jì)算22.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理2.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.4 水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.5 微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正2.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法32.1 水準(zhǔn)測(cè)量原理測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作稱為高程測(cè)量。按使用儀器和施測(cè)方法的不同，高程測(cè)量分為水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量和氣壓高程測(cè)量。圖2-1，定義A、B兩點(diǎn)高差為：hAB=a-b (2-1)hAB=a-b圖2-1中，A為已知高程點(diǎn)，B為待測(cè)高程點(diǎn)，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)。若已知A點(diǎn)高程為HA，則B點(diǎn)高程為：HB=HA+hAB=HA+(a-b) (2-2)HB=HA+hAB=HA+(a-b)B點(diǎn)高程還可通

2、過儀器的視線高程Hi計(jì)算：Hi=HA+aHB=Hi-b(2-3)(2-2 )式稱高差法(2-3)式稱儀高法42.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺DS3型水準(zhǔn)儀，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量每千米往、返測(cè)高差精度可達(dá)3mm(DS3型).其主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分構(gòu)成。2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造目鏡及目鏡對(duì)光螺旋物鏡對(duì)光螺旋52.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺1、望遠(yuǎn)鏡2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造望遠(yuǎn)鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。物鏡光心與十字絲交點(diǎn)的連線望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)62.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2、水準(zhǔn)器2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造水準(zhǔn)器是用來標(biāo)志:視準(zhǔn)軸是否水平（管水準(zhǔn)器）或

3、儀器豎軸是否鉛垂（圓水準(zhǔn)器）的裝置。管水準(zhǔn)器(水準(zhǔn)管)用來指示視準(zhǔn)軸是否水平水準(zhǔn)管圓弧中點(diǎn)O稱為水準(zhǔn)管零點(diǎn)。過零點(diǎn)與內(nèi)壁圓弧的直線LL，稱為水準(zhǔn)管軸。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡中心與零點(diǎn)重合時(shí)，稱氣泡居中，此時(shí)水準(zhǔn)管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準(zhǔn)管軸處于傾斜位置。(水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸）水準(zhǔn)管零點(diǎn)72.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2、水準(zhǔn)器2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造管水準(zhǔn)器為了提高判別水準(zhǔn)管氣泡居中的準(zhǔn)確度，在水準(zhǔn)管上方設(shè)符合水準(zhǔn)器82.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2、水準(zhǔn)器2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造圓水準(zhǔn)器用來指示圓水準(zhǔn)器豎軸是否豎直 （圓水準(zhǔn)器軸平行儀器豎軸）球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為水準(zhǔn)器零點(diǎn)。

4、過零點(diǎn)的球面法線，稱為圓水準(zhǔn)軸，當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中時(shí)，圓水準(zhǔn)軸處于豎直位置。圓水準(zhǔn)器分劃值是指通過零點(diǎn)的任意一個(gè)縱斷面上，氣泡中心偏離2mm的弧長(zhǎng)所對(duì)圓心角的大小。DS3水準(zhǔn)儀圓水準(zhǔn)器分劃值一般為810/2mm，故只用于儀器的概略整平。92.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺3、基座2.2.1 DS3微傾式水準(zhǔn)儀的構(gòu)造主要由軸座、腳螺旋和連接板構(gòu)成。軸座腳螺旋連接板102.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺1、水準(zhǔn)尺2.2.2 水準(zhǔn)尺和尺墊塔尺由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長(zhǎng)3m或5米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準(zhǔn)測(cè)量中。雙面尺：尺長(zhǎng)2m，一面為黑面劃分，黑白相間，尺底為零；另一面為紅面劃分，紅白相間，尺底為一常數(shù)（如K1=

5、4.687m，K2=4.787m）。普通水準(zhǔn)測(cè)量用黑面讀數(shù)，三、四等水準(zhǔn)測(cè)量用黑、紅面讀數(shù)進(jìn)行校核。2、尺墊：目的是臨時(shí)標(biāo)志點(diǎn)位，并避免土壤下沉和立尺點(diǎn)位置變動(dòng)而影響讀數(shù)112.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺1、安置水準(zhǔn)儀2.2.3 水準(zhǔn)儀的使用2、粗略整平目的使儀器豎軸大致鉛直，視準(zhǔn)軸粗略水平。視差產(chǎn)生原因及消除視差的方法P163P1603、瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺1、安置 2、粗平 3、瞄準(zhǔn) 4、精平 5、讀數(shù)腳螺旋122.2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2.2.3 水準(zhǔn)儀的使用4、精確整平使視準(zhǔn)軸處于精確水平位置符合水準(zhǔn)器5、讀數(shù)（m）132.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.1 水準(zhǔn)點(diǎn)用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定的高程控制點(diǎn)稱為水準(zhǔn)點(diǎn)(記為BM

6、. (Bench Mark)國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設(shè)永久性標(biāo)志。施工測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)常采用臨時(shí)性標(biāo)志。石料或混凝土頂面設(shè)置半球狀標(biāo)志二、三等國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)施工測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)142.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.2 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施圖2-15轉(zhuǎn)點(diǎn)(Turing Point), 簡(jiǎn)寫為TP152.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.2 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施每一測(cè)站可測(cè)得前、后視兩點(diǎn)間的高差，即：h1=a1-b1 h2=a2-b2 hn=an-bn各式相加，得： hAB=h=a-bB點(diǎn)高程為：HB=HA+h(2-5)hAB=h=a-bHB=HA+h162.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.2 水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施HB=HA+h172

7、.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.3 水準(zhǔn)測(cè)量檢核1、測(cè)站檢核變動(dòng)儀高法是在同一個(gè)測(cè)站上用兩次不同的儀器高度(10cm)，測(cè)得兩次高差以相互比較進(jìn)行檢核。兩次所測(cè)高差之差不超過容許值(等外水準(zhǔn)測(cè)量容許值為6mm)。否則必須重測(cè)。雙面尺法:是儀器的高度不變，而立在前視點(diǎn)和后視點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺分別用黑面和紅面各進(jìn)行一次讀數(shù)，測(cè)得兩次高差，相互進(jìn)行檢核。若同一水準(zhǔn)尺紅面與黑面讀數(shù)(加常數(shù)后)之差，不超過3mm；且兩次高差之差，又未超過5mm,則取其平均值作為該測(cè)站的觀測(cè)高差。否則，需要檢查原因，重新觀測(cè)。182.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.3 水準(zhǔn)測(cè)量檢核2、成果檢核附合水準(zhǔn)路線（詳見后）高差閉合差 fh=h測(cè)-(

8、H終-H始)(2-6)fh=h測(cè)-(H終-H始)閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差 fh=h測(cè)(2-7)fh=h測(cè)支水準(zhǔn)路線高差閉合差 fh=h往+h返(2-8)fh=h往+h返高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差192.3 水準(zhǔn)測(cè)量方法2.3.3 水準(zhǔn)測(cè)量檢核2、成果檢核高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測(cè)量誤差，故閉合差的數(shù)值應(yīng)該在容許范圍內(nèi)，否則應(yīng)檢查原因，返工重測(cè)。圖根水準(zhǔn)測(cè)量高差閉合差容許值為：平地山地 (2-9)四等水準(zhǔn)測(cè)量高差閉合差容許值為：平地山地 (2-10)式中：L為水準(zhǔn)路線總長(zhǎng)(km)；n為測(cè)站數(shù) 直接為測(cè)繪大比例尺地形圖用的的控制點(diǎn)稱為圖根點(diǎn)。 202.4 水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.4.1 附合水

9、準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算高差閉合差的計(jì)算由式(2-6)：fh=h測(cè)-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及圖根水準(zhǔn)精度計(jì)算閉合差容許差為：fh容=12n1/2=12241/2=58mm|fh|fh容|，符合圖根水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求。 32.509212.4 水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.4.1 附合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算閉合差調(diào)整閉合差的調(diào)整是按與距離或與測(cè)站數(shù)成正比例反符號(hào)分配到各測(cè)段高差中。第i測(cè)段高差改正數(shù)按下式計(jì)算：式中：n路線總測(cè)站數(shù)；ni第i段測(cè)站數(shù)； L路線總長(zhǎng)；Di第i段距離。例如：由式(2-11)算出第一段(A1)的改正數(shù)為：(2-11)或

10、(2-12)其他各測(cè)段改正數(shù)按式(2-11)算出后列入表2-2中。改正數(shù)的總和與高差閉合差大小相等符號(hào)相反。每測(cè)段實(shí)測(cè)高差加相應(yīng)的改正數(shù)便得到改正后的高差。22計(jì)算各點(diǎn)高程用改正后的高差，由已知水準(zhǔn)點(diǎn)A開始，逐點(diǎn)算出各點(diǎn)高程，列入表2-2中。由計(jì)算得到的B點(diǎn)高程應(yīng)與B點(diǎn)的已知高程相等，以此作為計(jì)算檢核。2.4 水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.4.1 附合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算總測(cè)站數(shù)實(shí)測(cè)高差高差閉合差閉合差容許根據(jù)測(cè)站數(shù)確定的高差改正數(shù)實(shí)測(cè)高差加改正數(shù)A點(diǎn)已知高程B點(diǎn)已知高程42.365+改正后高差232.4 水準(zhǔn)測(cè)量成果計(jì)算2.4.2 閉合水準(zhǔn)路線測(cè)量成果計(jì)算閉合水準(zhǔn)路線高差閉合差按式(2-7)計(jì)算，若閉

11、合差在容許值范圍內(nèi)，按上述附合水準(zhǔn)路線相同的方法調(diào)整閉合差，并計(jì)算高程；否則應(yīng)檢查原因，返工重測(cè)。242.5 微傾式水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)與校正水準(zhǔn)儀有以下主要軸線：視準(zhǔn)軸、水準(zhǔn)管軸、儀器豎軸和圓水準(zhǔn)器軸，以及十字絲橫絲，見圖2-18。各軸線間應(yīng)滿足的幾何條件是: 圓水準(zhǔn)器l軸平行儀器豎軸；十字絲橫絲垂直儀器豎軸；水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸。252.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法2.6.1 儀器誤差儀器校正后的殘余誤差水準(zhǔn)儀經(jīng)過校正后，不可能絕對(duì)滿足水準(zhǔn)管軸平行視準(zhǔn)軸的條件，因而使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。這種誤差的影響與距離成正比，只要觀測(cè)時(shí)注意使前、后視距離相等，便可消除或減弱此項(xiàng)誤差的影響。水準(zhǔn)尺誤差包括水準(zhǔn)尺長(zhǎng)度變化

12、、刻劃誤差和零點(diǎn)誤差等。精密水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)尺進(jìn)行檢定，并對(duì)讀數(shù)進(jìn)行尺長(zhǎng)誤差改正。零點(diǎn)誤差在成對(duì)使用水準(zhǔn)尺時(shí)，可采取設(shè)置偶數(shù)測(cè)站的方法來消除；也可在前、后視中使用同一根水準(zhǔn)尺來消除。262.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法2.6.2 觀測(cè)誤差水準(zhǔn)管氣泡對(duì)中誤差水準(zhǔn)管氣泡居中誤差一般為0.15。符合水準(zhǔn)器氣泡居中精度可提高一倍。由氣泡居中誤差引起的讀數(shù)誤差為：讀數(shù)誤差估讀毫米數(shù)的誤差，與人眼分辨能力、望遠(yuǎn)鏡放大率以及視線長(zhǎng)度有關(guān)。按下式計(jì)算：式中：V望遠(yuǎn)鏡放大率；D視線長(zhǎng)； 60人眼能分辨的最小角度；206265；水準(zhǔn)管分劃值。(2-15)(2-16)為保證讀數(shù)精度，各等水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)望遠(yuǎn)鏡放大率和最大

13、視線長(zhǎng)有相應(yīng)規(guī)定。272.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法2.6.2 觀測(cè)誤差視差影響視差對(duì)水準(zhǔn)尺讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生較大誤差。應(yīng)仔細(xì)調(diào)焦，避免出現(xiàn)視差。水準(zhǔn)尺傾斜誤差水準(zhǔn)尺傾斜會(huì)使讀數(shù)增大，其誤差大小與尺傾斜的角度和在尺上的讀數(shù)大小有關(guān)。282.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法2.6.3 外界條件影響儀器下沉選擇堅(jiān)實(shí)的地面作測(cè)站，并將腳架踏實(shí)。尺墊下沉水平視線在尺上的讀數(shù)b，理論上應(yīng)改算為相應(yīng)水準(zhǔn)面截于水準(zhǔn)尺的讀數(shù)b，兩者的差值c稱為地球曲率差。測(cè)量中當(dāng)前、后視距相等時(shí)，通過高差計(jì)算可消除該影響。地球曲率的影響(2-17)292.6 水準(zhǔn)測(cè)量誤差及其消減方法2.6.3 外界條件影響大氣折光影響由于地面上空氣密度不均勻，使I光線發(fā)生折射。因而水準(zhǔn)測(cè)量中，實(shí)際的讀數(shù)不是水平視線的讀數(shù)，而是一向下彎曲視線的讀數(shù)。兩者之差稱為大氣折光差，用表示。在穩(wěn)定的氣象條件下，大氣折光差約為地球曲率差的1/7，即：溫度的影響(2-18)此項(xiàng)誤差可用前、后視距相等的方法來消除。地球曲率差和大氣折光差是同時(shí)存在的兩者對(duì)讀數(shù)的共同影響可用