土木工程測量第二章 水準測量

第二章水準測量土木工程測量教學課件§2.1水準測量原理測定地面點高程的工作稱為高程測量。按使用儀器和施測方法的不同，高程測量分為水準測量、三角高程測量和氣壓高程測量。圖2-1，A、B兩點高差為：hAB=a-b(2-1)hAB=a-b圖2-1中，A為已知高程點，B為待測高程點，a為后視讀數(shù)，b為前視讀數(shù)。若已知A點高程為HA，則B點高程為：HB=HA+hAB=HA+(a-b)(2-2)HB=HA+hAB=HA+(a-b)B點高程還可通過儀器的視線高程Hi計算：Hi=HA+aHB=Hi-b(2-3)(2-2式)稱高差法(2-3)式稱儀高法§2.2水準儀和水準尺DS3型水準儀，進行水準測量每千米往、返測高差精度可達±3mm.其主要由望遠鏡、水準器和基座三部分構(gòu)成。2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造§2.2水準儀和水準尺1、望遠鏡2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造望遠鏡主要由物鏡、鏡筒、調(diào)焦透鏡、十字絲分劃板、目鏡等部件構(gòu)成。§2.2水準儀和水準尺2、水準器2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造水準器是用來標志視準軸是否水平或儀器豎軸是否鉛垂的裝置。⑴管水準器(水準管)——用來指示視準軸是否水平水準管圓弧中點O稱為水準管零點。過零點與內(nèi)壁圓弧的直線LL，稱為水準管軸。當水準管氣泡中心與零點重合時，稱氣泡居中，此時水準管軸處于水平位置；若氣泡不居中，則水準管軸處于傾斜位置。水準管零點水準管軸氣泡居中§2.2水準儀和水準尺2、水準器2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造⑴管水準器水準管2mm的弧長所對應(yīng)的圓心角τ稱為水準管分劃值。(2-4)R——水準管圓弧半徑，mmρ——206265″DS3型水準管分劃值為20″/2mm水準管分劃值符合水準器§2.2水準儀和水準尺2、水準器2.2.1DS3微傾式水準儀的構(gòu)造⑵圓水準器——用來指示豎軸是否豎直。球面中央圓圈，圓圈的圓心稱為水準器零點。過零點的球面法線，稱為圓水準軸，當圓水準器氣泡居中時，圓水準軸處于豎直位置。圓水準器分劃值是指通過零點的任意一個縱斷面上，氣泡中心偏離2mm的弧長所對圓心角的大小。DS3水準儀圓水準器分劃值一般為8′～10′/2mm，故只用于儀器的概略整平。§2.2水準儀和水準尺3、基座2.2.1DS3微傾式水準儀的構(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§2.2水準儀和水準尺1、水準尺2.2.2水準尺和尺墊塔尺——由兩節(jié)或三節(jié)套接而成，長3m或5米，接頭處存在誤差，多用于精度較低的水準測量中。雙面尺(直尺或板尺)；黑面尺(基本分劃)、紅面尺(輔助分劃)；常數(shù)K1=4.687m，K2=4.787m。用于三、四等精度以下的水準測量中。2、尺墊§2.2水準儀和水準尺1、安置水準儀2.2.3水準儀的使用2、粗略整平——目的使儀器豎軸大致鉛直，視準軸粗略水平。3、瞄準水準尺視差——消除視差的方法§2.2水準儀和水準尺2.2.3水準儀的使用4、精確整平——使視準軸處于精確水平位置5、讀數(shù)§2.3水準測量方法2.3.1水準點用水準測量方法測定的高程控制點稱為水準點(記為BM.(BenchMark))國家水準點分為一、二、三、四等，按規(guī)范規(guī)定埋設(shè)永久性標石標志。圖根水準點和施工測量水準點常采用臨時性標志。二、三等§2.3水準測量方法2.3.2水準測量的實施圖2-15轉(zhuǎn)點(TuringPoint),簡寫為TP§2.3水準測量方法2.3.2水準測量的實施每一測站可測得前、后視兩點間的高差，即： h1=a1-b1

h2=a2-b2 ……

hn=an-bn各式相加，得：

hAB=Σh=Σa-ΣbB點高程為：HB=HA+Σh (2-5)hAB=Σh=Σa-ΣbHB=HA+Σh§2.3水準測量方法2.3.2水準測量的實施§2.3水準測量方法2.3.3水準測量檢核1、測站檢核⑴變動儀高法——是在同一個測站上用兩次不同的儀器高度(>10cm)，測得兩次高差以相互比較進行檢核。兩次所測高差之差不超過容許值(等外水準測量容許值為6mm)。否則必須重測。⑵雙面尺法——:是儀器的高度不變，而立在前視點和后視點上的水準尺分別用黑面和紅面各進行一次讀數(shù)，測得兩次高差，相互進行檢核。若同一水準尺紅面與黑面讀數(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站的觀測高差。否則，需要檢查原因，重新觀測。§2.3水準測量方法2.3.3水準測量檢核2、成果檢核⑴符合水準路線高差閉合差

fh=Σh測-(H終-H始) (2-6)fh=Σh測-(H終-H始) ⑵閉合水準路線高差閉合差

fh=Σh測 (2-7)fh=Σh測⑶支水準路線高差閉合差

fh=Σh往+Σh返 (2-8)fh=Σh往+Σh返§2.3水準測量方法2.3.3水準測量檢核2、成果檢核高差閉合差是各種因素產(chǎn)生的測量誤差，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。圖根水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-9)四等水準測量高差閉合差容許值為：平地山地(2-10)式中：L為水準路線總長(km)；n為測站數(shù)§2.4水準測量成果計算2.4.1附合水準路線測量成果計算⑴高差閉合差的計算由式(2-6)：fh=Σh測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm按山地及圖根水準精度計算閉合差容許差為：fh容=±12n1/2=±12×241/2=±58mm|fh|<|fh容|，符合圖根水準測量技術(shù)要求。

fh=Σh測-(HB-HA)=-9.811-(32.509-42.365)=+0.045m=+45mm§2.4水準測量成果計算2.4.1附合水準路線測量成果計算⑵閉周合差濤調(diào)整閉合緩差的窮調(diào)整茫是按部與距災(zāi)離或幻玉與測科站數(shù)里成正課比例晴反符棟號分臣配到魔各測逆段高蜜差中奶。第龍i測找段高屆差改細正數(shù)兩按下則式計燭算：式中爽：n——樹路線撲總測經(jīng)站數(shù)齡；ni——碑第i抱段測逢站數(shù)頁；L——鉗路線蕉總長鋒；Di——泉第i清段距蒸離。由式私(2聯(lián)-1瞞1)辦算出輸?shù)谝唤欢?株A～維1)持的改覽正數(shù)稻為：(2-11)或(2-12)其他模各測辯段改承正數(shù)義按式街(2姻-1袍1)逗算出碌后列教入表千2-乓2中寨。改正裙數(shù)的荒總和經(jīng)與高字差閉蒼合差閣大小懲相等逃符號武相反。每葬測段錯實測賊高差脅加相歷應(yīng)的技改正花數(shù)便毀得到紫改正涼后的撒高差偽?！?.4水準測量成果計算2.4.1附合水準路線測量成果計算⑶計沃算各潤點高驅(qū)程用改揮正后伸的高義差，勤由已擦知水把準點煎A開戀始，叛逐點竭算出梁各點季高程億，列尊入表陷2-晶2中京。由青計算建得到誕的B魂點高衣程應(yīng)接與B浙點的其已知然高程殖相等湯，以鏟此作坦為計摧算檢泡核。總測理站數(shù)實測儀高差高差鹽閉合處差閉合或差容異許按2叢-1你1、日2-菌12授計算悅調(diào)整止值實測科高差晃加改犯正數(shù)A點隊已知慨高程B點慕已知聲高程42競.3居65攻+改某正后碧高差§2.4水準測量成果計算2.4.2閉合水準路線測量成果計算閉合肚水準于路線僵高差速閉合筋差按添式(2仙-7妄)計算志，若鍬閉合掘差在墨容許暑值范扣圍內(nèi)筆，按首上述怎附合蓮水準繼路線渣相同育的方睜法調(diào)堡整閉望合差桂，并映計算搜高程液?！?.5微傾式水準儀的檢驗與校正水準鳳儀有流以下狠主要源軸線悉：視拌準軸叨、水斗準管提軸、零儀器配豎軸焰和圓生水準尾器軸柿，以泰及十脅字絲袋橫絲彩，見并圖2浙-1骨8。各軸證線間志應(yīng)滿珠足的布幾何義條件雖是:①圓水恰準器土l軸荒平行出儀器濱豎軸認；②十字雹絲橫鼻絲垂啊直儀獸器豎膛軸；③水準捆管軸四平行勁視準遙軸?！?.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.1圓水準器軸平行儀器豎軸的檢驗校正⑴檢薪驗§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.1圓水準器軸平行儀器豎軸的檢驗校正⑵校宿正§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗與校正⑴檢眼驗§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.2十字絲橫絲垂直儀器豎軸的檢驗與校正⑵校姥正改正中偏移下量的萬一半定。§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.3水準管軸平行視準軸的檢驗與校正⑴檢格驗在高關(guān)差不機大的野地面裙上選宋擇相紹距8短0m蓬左右主的A寄、B剩兩點腿…實際吃測出蚊的b膠’與路計算艱得到覺的b犧’0應(yīng)相梢等，東則表嫁明水顏準管俊平行架視準枝軸否量則，刑兩軸摟不平示行，急其夾捕角為逐：b0’=a有’+娃hAB(2栗-1咽3)(2-14)DS致3水御準儀趙的i襲角不鉗得大樹于2氧0″統(tǒng)，否侍則應(yīng)偶校正鴿。將儀暗器搬拆至距搞A點柴2～滔3m毛的Ⅱ猾處，螺……B點廁尺上折水平仗視線竊的正烈確讀綢數(shù)為非：b’§2.5微傾式水準儀的檢驗與校正2.5.3水準管軸平行視準軸的檢驗與校正⑵校謎正儀器灣仍處乎在Ⅱ營處，料調(diào)節(jié)恰微傾民螺旋禁，使鬼中絲范在B替尺上且的讀漿數(shù)移般到b0’,這摟時視惹準軸標處于繡水平題位置敲，但團水準般管氣忘泡不結(jié)居中呀(符幸合氣奇泡不抗吻合匆)。搜…§2.6水準測量誤差及其消減方法2.6.1儀器誤差⑴儀范器校驅(qū)正后付的殘扣余誤呈差水準負儀經(jīng)各過校放正后鋪，不勿可能開絕對阻滿足肅水準帖管軸頁平行群視準塞軸的龍條件六，因再而使都讀數(shù)唉產(chǎn)生致誤差這。這種映誤差弄的影者響與距矩離成丑正比，只釣要觀徹測時印注意使前茅、后頓視距糞離相愈等，疊便可貌消除摧或減膏弱此匹項誤如差的族影響例。⑵水顧準尺絕誤差包括孔水準元尺長教度變?yōu)I化、薦刻劃鞭誤差傳和零狗點誤晝差等望。精密句水準棄測量軍應(yīng)對宋水準攏尺進六行檢定，并普對讀關(guān)數(shù)進父行尺長湯誤差藥改正。零點放誤差在成歷對使拉用水帶準尺山時，足可采擺取設(shè)毒置偶數(shù)道測站的方蓮法來孝消除繳；也餃可在恥前、煙后視井中使用冊同一誕根水瘋準尺來消欠除?！?.6水準測量誤差及其消減方法2.6.2觀測誤差⑴水歲準管約氣泡樹對中昂誤差水準世管氣身泡居粗中誤乒差一具般為熟±0電.1寸5τ透″。逐符合求水準們器，撕氣泡材居中躍精度雀可提腹高一肝倍?，F(xiàn)由氣叔泡居膚中誤內(nèi)差引工起的祖讀數(shù)賣誤差乓為：⑵讀秋數(shù)誤斜差—豆—估魂讀毫習米數(shù)序的誤罵差，侵與人感眼分姐辨能褲力、冒望遠舊鏡放薯大率牙以及連視線棄長度宜有關(guān)疊。按慮下式稍計算濕：式中眠：V——氧望遠盟鏡放詢大率嘆；D——溜視線晌長；60壁″——詳人眼限能分嗚辨的工最小妹角度矛；ρ——暗20炮62墓65來″；τ——日水準饞管分交劃值榨。(2-15)(2-16)為保您證讀劣數(shù)精興度，猶各等軌水準夠測量刃對望提遠鏡綁放大購率和閘最大那視線磨長有她相應(yīng)弄規(guī)定毫?！?.6水準測量誤差及其消減方法2.6.2觀測誤差⑶視歲差影張響—豈—視槽差對脅水準棍尺讀造數(shù)會眉產(chǎn)生貧較大員誤差余。應(yīng)避仔細午調(diào)焦烈，避鳳免出喇現(xiàn)視局差。⑷水攤準尺自傾斜把——錫誤差犯水準惹尺傾停斜會碰使讀劍數(shù)增承大，際其誤亮差大逝小與隙尺傾貢斜的隆角度皮和在便尺上堅的讀槐數(shù)大儲小有拳關(guān)?！?.6水準測量誤差及其消減方法2.6.3外界條件影響⑴儀墨器下臂沉選擇梳堅實剩的地釘面作拴測站雁，并償將腳陳架踏料實。塑用雙掃面尺既法進產(chǎn)行測幣站檢諒核時孩，采血用“后、渾前、脹前、幣后”的嬸觀測膊程度倆，可玩減小嚼其影途響。⑵尺再墊下塑沉—嘆—水平些視線罩在尺脫上的鑒讀數(shù)孩b，觸理論念上應(yīng)底改算批為相纖應(yīng)水僚準面涌截于沉水準及尺的熄讀數(shù)惰b’輩，兩肝者的冰差值臟c稱瓦為地沸球曲獅率差扇。測量刊中當前雞、后附視距昆相等時，潔通過渾高差璃計算位可消中除該焦影響男。⑶地窮球曲務(wù)率的奴影響(2-17)§2.6水準測量誤差及其消減方法2.6.3外界條件影響⑷大槍氣折串光影造響由于熔地面魚上空凍氣密階度不倒均勻自，使弊I光蒸線發(fā)提生折嘆射。機因而醋水準臟測量朽中，戒實際手的讀昆數(shù)不扮是水極平視蘭線的污讀數(shù)莫，而泡是一迎向下胳彎曲槐視線寫的讀起數(shù)。牢兩者鍬之差碑稱為大氣做折光罩差，用γ表示增。在鋸穩(wěn)定騎的氣鼠象條豆件下臉，大疲氣折禾光差恭約為示地球答曲率籍差的1/牌7，即暴：⑸溫肝度的渠影響(2-18)此項吸誤差撕可用前、腫后視地距相覆等的方趣法來紋消除撤。地球絕曲率鼠差和禿大氣預(yù)折光北差是搖同時諷存在碎的兩忠者對禁讀數(shù)伴的共忍同影暈響可軌用下愿式計好算：(2-19)§2.7精密水準儀和水準尺2.7.1精密水準儀構(gòu)造特點及讀數(shù)原理精密挑水準辱儀主慌要用遲于國蔑家一躺、二即級水負準測罰量和值高精信度的畫工程金測量柴中，珠例如講建筑尺物沉飄降觀減測，泥大型緣瑞精密則設(shè)備索安裝悶等測耀量工篩作。精密畢水準檢儀的意構(gòu)造滅與D淡S3衡水準建儀基約本相伏同，茂也是延由望蟲遠鏡具、水位準器推和基歌座三紹部分纖組成術(shù)。其晨不同晉之點漁是：塊水準岡管分仍劃值迅較小深，一引般為10幟″/它2m寄m；望督遠鏡考放大義率較龍大，怎一般層不小疲于40昨倍；望煤遠鏡普亮度榨好，絨儀器結(jié)構(gòu)多穩(wěn)定，受溫疼度的址變化訓影響妙小等。為了脾提高釘讀數(shù)輛精度折，精辭密水帽準儀天上設(shè)桐有光猾學測微耽器?！?.7精密水準儀和水準尺2.7.2精密水準尺及讀數(shù)方法精密錫水準煩儀必沫須配哲有精密芳水準禿尺。這捉種水間