4-1 施工测量的基本工作.doc

4 施工测量施工测量4-1 施工测量的基本工作施工测量的基本工作4-1-1 基本原则基本原则建筑施工测量是研究利用各种测量仪器和工具对建筑场地上地面的位置进行度量和测定的科学，它的基本任务：（1）对建筑施工场地的表面形状和尺寸按一定比例测绘成地形图。（2）将图纸上已设计好的工程建筑物按设计要求测设到地面上，并用各种标志表示在现场。（3）按设计的屋面标高、逐层引测。4-1-2 距离测量距离测量根据不同的精度要求，距离测量有普通量距和精密量距两种方法。精密量距时所量长度一般都要加尺长、温度和高差三项改正数，有时必须考虑垂曲改正。丈量两已知点间的距离，使用的主要工具是钢卷尺，精度要求较低的量距工作，也可使用皮尺或测绳。4-1-2-1 普通量距普通量距1测距方法先用经纬仪或以目估进行定线。如地面平坦，可按整尺长度逐步丈量，直至最后量出两点间的距离。若地面起伏不平，可将尺子悬空并目估使其水平。以垂球或测钎对准地面点或向地面投点，测出其距离。地面坡度较大时，则可把一整尺段的距离分成几段丈量；也可沿斜坡丈量斜距，再用水准仪测出尺端间的高差，然后按式（4-2）求出高差改正数，将倾斜距离改化成水平距离。如使用经检定的钢尺丈量距离，当其尺长改正数小于尺长的 1/10000，可不考虑尺长改正。量距时的温度与钢尺检定时的标准温度（一般规定为 20）相差不大时，也可不进行温度改正。2精度要求为了校核并提高精度，一般要求进行往返丈量。取平均值作为结果，量距精度以往测与返测距离值的差数与平均值之比表示。在平坦地区应达到1/3000，在起伏变化较大地区要求达到 1/2000，在丈量困难地区不得大于1/1000。4-1-2-2 精密量距精密量距1测距方法先用经纬仪进行直线方向，清除视线上的障碍，然后沿视线方向按每整尺段（即钢尺检定时的整长）设置传距桩。最好在桩顶面钉上白铁片，并画出十字线的标记。所使用之钢尺在开始量距前应先打开，使与空气接触，经 10min后方可进行量距。前尺以弹簧秤施加与钢尺检定时相同的拉力，后尺则以厘米分划线对准桩顶标志，当钢尺达到稳定时，前尺对好桩顶标志，随即读数；随后后尺移动 12cm 分划线重新对准桩顶标志，再次读数；一般要求读出三组读数。读数时应估读到 0.10.5mm，每次读数误差为 0.51mm。读数时应同时测定温度，温度计最好绑在钢尺上，以便反映出钢尺量距时的实际温度。2零尺段的丈量按整尺段丈量距离，当量至另一端点时，必剩一零尺段。零尺段的长度最好采用经过检定的专门用于丈量零尺段的补尺来量度。如无条件，可按整尺长度沿视线方向将尺的一端延长，对钢尺所施拉力仍与检定时相同，然后按上述方法读出零尺段的读数。但由于钢尺刻度不均匀误差的影响，用这种方法测量不足整尺长度的零段距离，其精度有所降低，但对全段距离的影响是有限的。3量距精度当全段距离量完之后，尺端要调头，读数员互换，按同法进行返测，往返丈量一次为一测回，一般应测量二测回以上。量距精度以两测回的差数与距离之比表示。使用普通钢尺进行精密量距，其相对误差一般可达 1/50000 以上。4-1-2-3 精密量距的几项改正数精密量距的几项改正数1钢尺尺长改正数的理论公式用钢尺测量空间两点间的距离时，因钢尺本身有尺长误差（或刻划误差） ，在两点之间测量的长度不等于实际长度，此外因钢卷尺在两点之间无支托，使尺下挠引起垂曲误差，为使下挠垂曲小一些，需对钢尺施加一定的拉力，此拉力又势必使钢尺产生弹性变形，在尺端两桩高差为零的情况下，可列出钢尺尺长改正数理论公式的一般形式为：LiCiPiSi （4-1）式中 Li零尺段尺长改正数；Ci零尺段尺长误差（或刻划误差） ；Si钢尺尺长垂曲改正数；Pi钢尺尺长拉力改正数。钢尺尺长误差改正公式：钢尺上的刻划和注字，表示钢尺名义长度，由于钢尺制造设备，工艺流程和控制技术的影响，会有尺长误差，为了保证量距的精度，应对钢尺作检定，求出尺长误差的改正数。检定钢尺长度（水平状态）系在野外钢尺基线场标准长度上，每隔 5m 设一托桩，以比长方法，施以一定的检定压力，检定 030m 或 050m 刻划间的长度，由此可按通用公式计算出尺长误差的改正数：L平检L基L量 （4-2）式中 L平检钢尺水平状态检定拉力 P0、20时的尺长误差改正数；L基比尺长基线长度；L量钢尺量得的名义长度。当钢尺尺长误差分布均匀或系统误差时，钢尺尺长误差与长度成比例关系，则零尺段尺长误差的改正公式为：平检LLLCi i式中 Ci零尺段尺长误差改正数；Li零尺段长度；L整尺段长度。所求得的尺长改正数亦可送有资质的单位去作检定。2温度改正钢尺的长度是随温度而变化的。钢的线胀系数 一般为0.00001160.0000125，为了简化计算工作，取 0.000012。若量距时之温度t 不等于钢尺检定时的标准温度 t0（t0一般为 20） ，则每一整尺段 L 的温度改正数 Lt按下式计算Lt（tt0）L （4-3）3倾斜改正（高差改正）设沿倾斜地面量得 A、B 两点之距离为 L（图 4-1） ，A、B 两点之间的高差为 h，为了将倾斜距离 L 改算为水平距 L0，需要求出倾斜改正数 Lh。图 4-1 斜距改正示意（4-4）342082Lh LhLLLh对上式一般只取用第一项，即可满足要求。如高差较大，所量斜距较短，则须计算第二项改正数。上式第二项为。故求得第一项数值后将其LLhLh 2)2(82234 平方再除以 2L，即得第二项之绝对值。4垂曲改正如果钢尺在检定时，尺间按一定距离设有水平托桩，或沿水平地面丈量，而在实际作业时不能按此条件量距，须悬空丈量，钢尺必然下垂，此时对所量距离必须进行垂曲改正。垂曲改正数按下式计算：（4-5）23224PLWl式中 W钢尺每米重力（N/m） ；L尺段两端间的距离（m） ；P拉力（N） 。例如：L28m，W0.19N/m，P100N 代入上式，则mml3 . 3100242819. 0232 5拉力改正钢尺长度在拉力作用下有微小的伸长，用它测量距离时，读得的“假读数” ，必然小于真实读数，所以应在“假读数”上加拉力改正数，此改正数可用材料力学中虎克定律算出，而在弹性限度内，钢尺的弹性伸长与拉力的关系式为：（4-6）FEPLPi i因钢尺尺长误差的改正数，已含有 P0拉力的弹性伸长，则上式改为：)(0PPFELPi i令FEG1（4-7）)(0PPLGPii式中 P测量时的拉力；P0检定时的拉力；Li零尺段长度；G钢尺延伸系数。通常，在实际测量距离时所使用的拉力，总是等于钢尺检定时所使用的拉力，因而不需进行拉力改正。6钢尺尺长方程式及其改正数表的编制和算例对于悬空状态下尺长方程式：由式（4-8） 、式（4-9）可知，当拉力跨距和钢尺各技术参数如W、F、E、 等为已知时，则可按上述理论公式求得相应的改正数，再取各项改正数的和计算，即得钢尺任意状态下尺长的实际长度。应当指出，材质不同的钢尺，其弹性模量也不相同，从不同钢材的弹性模量和截面积计算出延伸系数。目前 JIS 一级钢卷尺的各项技术参数列于表 4-1。钢尺技术参数 表 4-1种类厚×宽 （mm×m m）截面积 F （mm2）单位重量 W （g/m）延伸系数 G（1m/10N ） （mm）弹性模量 E （×105N/mm2 ）膨胀系数 （×10-6/）司底伦卷尺*0.13×10*1.27±1%*14.6±1%0.0372.1011.5宽面卷尺*0.19×13*2.52±1%*26.04±1%0.0192.1011.5韧性卷尺*0.3×6*1.75 土 2.5%*16.41±1%0.0272.1011.5银白卷尺*0.19×13*2.52±1%*19.8±1.5%0.0192.0711.5普通钢卷尺0.22×132.80±2.5%21.8±2.5%0.0172.1111.5不锈钢卷尺0.22×132.83±2%22.2±2%0.0191.8614.0普通钢带卷尺0.25×153.38±1%26.4±1%0.0142.1111.5不锈钢带卷尺0.25×153.70±2%27.6±2%0.01451.8614.0韧性不锈钢卷尺0.3×61.82±2.5%13.7±2.5%0.02951.8614.0韧性碳钢卷尺0.3×61.75±2.5%13.7±2.5%0.0272.1111.5注：带有*号的卷尺，其截面积不包括外面的尼龙涂层（是芯钢材实际尺寸） ，重量包括外面涂层与尼龙。为了使用方便，我们编制了钢尺悬空和水平状态下尺长改正数表和温度改正数用表。为便于比较，我们编制本表依据是机械工业建厂测量手册中国产30m 地球牌钢卷尺，尺端施用 P0100N 拉力，尺身悬空无托桩，悬空检定整尺段钢尺 悬检为 8.64mm。地球牌钢卷尺技术参数：F1.8mm2；W15.68/m；E200000N/mm2；G0.028mm。理论公式采用式（4-9） ，改正用表见表 4-2表 4-7。根据公式绘制一曲线，见图 4-2。横轴为不同长度 li，纵轴为拉力 Pi，使用时以长度 li为引数，即可求得相应的拉力 Pi，及其相应的尺长改正数li。图 4-2t 改正数 表 4-2C 改正数 表 4-3P 改正数 表 4-4S 改正数 表 4-5CPS 改正数（悬空） 表 4-6CP 改正数（水平） 表 4-7例 1计算 30m 地球牌钢卷尺检定拉力为 P0100N，丈量施以 P150N时的尺长改正数（悬空） 。由表 4-3、表 4-4、表 4-5 查得：C3.0mm；P12.6mm；S1.2mmlCPS3.012.61.214.4mm由表 4-6 直接查得：li30m 时的l14.4mm。例 2计算在 10m 零尺段施以整尺段拉力的尺长改正数（悬空）由表 4-3、表 4-4、表 4-5 查得Ci1.0mm；Pi2.8mm；Si0.1mmliCiPi一Si1.02.80.13.7mm由表 4-6 直接查得 li10m 时的li3.7mm例 3计算零尺段 li15m 的特定拉力和尺长改正数（悬空）方法一 由曲线图以 15m 为引数查得应施加特定拉力 Pi80N，相应的尺长改正数由图下方查得l4.32mm。方法二 由实验公式计算施加拉力及尺长改正数为：Pi0.133×156（kg）×10N80Nmmlllli i32. 464. 83015悬检7钢尺尺长方程式的精度估算（1）悬空状态下尺长方程式的精度估算依据误差传播定律，精度估算公式为：式（4-10） 、式（4-11）或等号第一项为钢尺尺长误差改正数中误差（检定） ；第二项为钢尺拉力改正数中误差；第三项为钢尺垂曲改正数中误差；第四项为钢尺温度改正数中误差。式（4-12）和式（4-13）含意类同前述。（2）水平状态尺长方程式的精度估算同理，对式（4-10）的精度估算公式为：为了进一步验证理论公式，我们选用了日制 JIS 一级钢卷尺作拟合精度试验，现将部分试验结果列于表 4-8。理论公式实际拟合精度 表 4-8由表 4-8 可知，理论公式实际拟合精度是相当理想的。零尺段长度上拟合仅差 0.5mm，一般在 0.2mm 左右。上述情况表明，我们在作精密量距时，可直接对尺长改正数或尺长方程式进行计算使用。4-1-3 已知角度的测设已知角度的测设测设已知角度时，只给出一个方向，按已知角值，在地面上测定另一方向。如图 4-3，OA 为已知方向，要在 O 点测设 角。为此，在 O 点设置经纬仪，以正镜测设 值得 B'。为了消除仪器误差的影响，再以倒镜测设 角得 B“。取 B'B“之中得 B1，则AOB1即为所设之角。图 4-3 已知角度放样图若要精确的测设 角度，则按上法定出AOB1之后，再用经纬仪测出AOB1之角值为 '，'与给定的 值之差为 （图 4-4） 。为了精确设置 角，过 B1作 OB1的垂线，并在垂线上量取 B1B 得 B 点，AOB 即为精确测设的 角度。图 4-4 精测已知角示意图B1B 按下式计算：（4-17）11OBBB式中 206265“，即一个弧度的角，以秒计。4-1-4 建筑物细部点的平面位置的测设建筑物细部点的平面位置的测设放出一点的平面位置的方法很多，要根据控制网的形式及分布、放线的精度要求及施工现场的条件来选用。4-1-4-1 直角坐标法直角坐标法当建筑场地的施工控制网为方格网或轴线网形式时，采用直角坐标法放线最为方便。如图 4-5 所示，G1、G2、G3、G4为方格网点，现在要在地面上测出一点 A。为此，沿 G2-G3边量取 G2A'，使 G2A'等于 A 与 G2横坐标之差 x，然后在 A'设置经纬仪测设 G2-G3边的垂线，在垂线上量取 A'A，使 A'A 等于 A与 G2纵坐标之差 y，则 A 点即为所求。图 4-5 直角坐标放线图从上述可见，用直角坐标法测定一已知点的位置时，只须要按其坐标差数量取距离和测设直角，用加减法计算即可，工作方便，并便于检查，测量精度亦较高。4-1-4-2 极坐标法极坐标法极坐标法适用于测设点靠近控制点，便于量距的地方。用极坐标法测定一点的平面位置时，系在一个控制点上进行，但该点必须与另一控制点通视。根据测定点与控制点的坐标，计算出它们之间的夹角（极角 ）与距离（极距 S） ，按 与 S 之值即可将给定的点位定出。如图 4-6 中，M、N 为控制点，即已知M、N 之坐标和 MN 边的坐标方位角 MN。现在要求根据控制点 M 测定尸点。首先进行内业计算，按坐标反算方法，求出 M 到 P 的坐标方位角 MP和距离S。计算公式如下：MN-MP （4-20）图 4-6 极坐标放线图在实地测定 P 点的步骤：将经纬仪安置于 M 点上，以 MN 为起始边，测设极角 ，定出 MP 之方向，然后在 MP 上量取 S，即得所求点 P。当不计控制点 M 的误差，用极坐标法测定 P 之点位中误差 mP，可按下式进行计算：（4-21）22 22SPmmSm式中 m测设 角度的中误差；S控制点至测定点的距离；ms测定距离 S 的中误差。【例 4】在图 4-6 中，已知控制点 M、N 的坐标值和 MN 边的坐标方位角为：xM107566.60，yM96395.09：xN107734.26，yN96396.90；MN0°37'07“。待测点 P 的坐标为：xP107620.12，yP96242.57。计算 MP及、S 之值。为了使计算过程条理清楚，采用表 4-9、表 4-10 进行计算。表 4-9 是使用计算机和三角函数表进行计算的表格形式；表 4-10 是用对数计算的表格。表中（1） 、 （2） 、 （3）表示计算次序。从表中可以看出，两种计算方法其结果完全相同：S161.638m，MP289°20'10“。而 MNMP0°37'07“3600289°20'10“71°16'57“。应用三角函数计算 表 4-9应用对数计算 表 4-10注：（n）表示其真数为负值。4-1-4-3 角度前方交会法角度前方交会法角度前方交会法，适用于不便量距或测设点远离控制点的地方。对于一般小型建筑物或管线的定位，亦可采用此法。如图 4-7 所示，用前方交会法测定点 P 时，先要根据 P 点的坐标与控制点M、N 的坐标，按式（4-18）求出控制点至测定点的坐标方位角 MP、NP，然后再按式（4-20）求出夹角 及 。实地测设 P 点的步骤：在控制点 M、N 设站，分别测设 及 两角，方向线 MP 和 NP 的交点即为所求的 P 点。当不计控制点本身的误差，测设点 P 的精度可按下式计算：（4-22）)sin(22NPMP PSSmM式中 MPP 点位置的测定中误差；、交会角；m测设 、 的测角中误差；SMP、SNP交会边的长度。图 4-7 角度前方交会法例 5 设图 4-7 中，控制点 M、N 及待测定点 P 之坐标值仍同前例，计算交会角 、 和点 P 的中误差 MP。MP、SMP和 之值在前例中已经求出，现按表 4-9 的形式计算 NP、SNP得：NP233°30'50“，SNP191.952m。而NPNMNP（MN180°）233°30'50“（0°37'07“180°）52°53'43“。设测定 、 的测角中误差 m10“，将 m、 及 SMP、SNP之值代入（4-22）式，则得mmMP15)“43'5352“57'1671sin(638.161952.191 206265100022 表 4-94-1-4-4 方向线交会法方向线交会法这种方法的特点是：测定点由相对应的两已知点或两定向点的方向线交会而得。方向线的设立可以用经纬仪，也可以用细线绳。如图 4-8 所示，根据厂房矩形控制网上相对应的柱中心线端点，以经纬仪定向，用方向线交会法测设柱基中心或柱基定位桩。在施工过程中，各柱基中心线则可以随时将相应的定位桩拉上线绳，恢复其位置。此外，在施工放线时，定向点往往投设在龙门板上（图 4-9） ，在龙门板上标出墙、柱的中心线，可以将龙门板上相对应的方向点拉上白线绳，用以表示墙、柱的中心线。图 4-8 方向线交会图1-柱中心线端点；2-柱基定位桩；3-厂房控制网图 4-9 龙门板定点法1-龙门板；2-龙门桩；3-细线绳4-1-4-5 距离交会法距离交会法从控制点至测设点的距离，若不超过测距尺的长度时，可用距离交会法来测定。如图 4-10 所示，A、B 为控制点，P 为待测点。为了在实地测定 P，先应按式（4-19）计算出 a、b 的长度。a、b 之值也可以直接从图上量取。测设时分别以 A、B 为中心，a、b 为半径，在场地上作弧线，两弧的交点即为 P。用距离交会法来测定点位，不需使用仪器，但精度较低。图 4-10 距离交会法4-1-4-6 正倒镜投点法正倒镜投点法1适用条件及优点在进行直线投点时，一般是把仪器安置在直线的一端，照准相应的另一端点，进行放线投点。若直线两端点之间不能直接通视时，则可将仪器置于两端点之间的高处位置，运用正倒镜法进行投点。此外，在远距离投点时，亦可将仪器置于直线两端点的中间，进行投点。正倒镜投点法不受地形地物的限制，能解决通视的困难；同时由于使视线缩短，减少了照准误差和可以不考虑对中误差的影响，因而使投点精度得到提高。2测设方法在图 4-11 中，设 A、C 两点不通视，在 A、C 两点之间任意选定一点 B'，使能与 A、C 通视。B'应尽量靠近 AC 线。然后在 B'安置经纬仪，分别以正倒镜照准 A，倒转望远镜前视 C。由于仪器误差的影响，十字丝之交点不落于 O点，而分别落于 O'、O“。为了将仪器移置于 AC 线上，取合½O'O“定出 O 点，若 O 在 C 之左，则将仪器自 B'向右移动 B'B 距离，反之亦然。B'B 按下式计算。（4-23）COACABBB'如此重复操作，直到 O'和 O“点落于 C 点的两侧，且 CO'=CO“的时候，仪器就恰好位于 AC 直线上了。图 4-11 正倒镜投点法3注意事项（1）按式（4-23）计算 B'B 时，式中各距离值可用目估，经逐次移动，多次观测，使仪器逐渐趋近 AC 线而最后正好位于 AC 线上；（2）在 B'点初次安置仪器时应先试看，使 A、C 点均落在望远镜十字丝的左右，这样在逐次趋近移动时，只需在脚架上移动仪器即可；（3）所使用的经纬仪必须经过检验校正，以尽量减小或消除正倒镜的误差。但仪器一般很难校正完善，因此投点时一定要用正倒镜取中定点，以消除仪器误差的影响。4-1-5 建筑物细部点高程位置的测设建筑物细部点高程位置的测设4-1-5-1 地面上点的高程测设地面上点的高程测设在进行施工测量时，经常要在地面上和空间设置一些给定高程的点。如图4-12 所示，设 B 为待测点，其设计高程为 HB，A 为水准点，已知其高程为HA。为了将设计高程 HB测定于 B，安置水准仪于 A、B 之间，先在 A 点立尺，读得后视读数为 a，然后在 B 点立尺。为了使 B 点的标高等于设计高程 HB，升高或降低 B 点上所立之尺，使前视尺之读数等于 b。b 可按下式计算：bHAaHB （4-24）图 4-12 高程测设示意所测出的高程通常用木桩固定下来，或将设计高程标志在墙上。即当前尺读数等于 b 时，沿尺底在桩测或墙上画线。当高程测设的精度要求较高时，可在木桩的顶面旋入螺钉作为测标，拧入或退出螺钉，可使测标顶端达到所要求的高程。4-1-5-2 高程传递高程传递1用水准测量法传递高程当开挖较深的基槽或将高程引测到建筑物的上部，可用水准测量传递高程。图 4-13 是向低处传递高程的情形。作法是：在坑边架设一吊杆，从杆顶向下挂一根钢尺（钢尺 0 点在下） ，在钢尺下端吊一重锤，重锤的重量应与检定钢尺时所用的拉力相同。为了将地面水准点 A 的高程 HA传递到坑内的临时水准点 B上，在地面水准点和基坑之间安置水准仪，先在 A 点立尺，测出后视读数 a，然后前视钢尺，测出前视读数 b。接着将仪器搬到坑内，测出钢尺上后视读数。和 B 点前视读数 d。则坑内临时水准点 B 之高程 HB按下式计算：HBHAa（bc）d （4-25）式中（bc）为通过钢尺传递的高差，如高程传递的精度要求较高时，对（bc）之值应进行尺长改正及温度改正。上例是由地面向低处引测高程点的情况，当需要由地面向高处传递高程时，也可以采用同样方法进行。图 14-13 高程传递法2用钢尺直接丈量垂直高度传递高程若开挖基槽不太深时，可设置垂直标板，将高程引测到标板上，然后用钢尺向下丈量垂直高度，将设计标高直接画在标板上，既方便施工，又易于检查。当需要向建筑物上部传递高程时，可根据柱、墙下部已知的标高点沿柱或墙边向上量取垂直高度，而将高程传递上去。4-1-6 倾斜线的测设倾斜线的测设在道路、排水沟渠、上下水道等工程施工时，往往要按一定的设计坡度（倾斜度）进行施工，这时需要在地面上测设倾斜线。如图 4-14 所示，A、B为地面上两点，要求沿 AB 测设一条倾斜线。设倾斜度为 i，AB 之间的距离为L，A 点的高程为 HA。为了测出倾斜线，首先应根据 A、B 之间的距离 L 及倾斜度 i 计算 B 点的高程 HB。HBHAi×L图 4-14 倾斜线测设然后按前述地面上点的高程测设方法，将算出的 HB 值测定于 B 点。A、B 之间的 M1、M2、M3各点则可以用经纬仪或水准仪来测定。如果设计坡度比较平缓时，可以使用水准仪来设置倾斜线。方法是：将水准仪安置于 B 点，使一个脚螺旋在 BA 线上，另外两个脚螺旋之连线垂直于 BA 线，旋转在 BA线上的那个脚螺旋，使立于 A 点的水准尺上的读数等于 B 点的仪器高，此后在M1、M2、M3各点打入木桩，使立尺于各桩上时其尺上读数皆等于仪器高，这样就在地面上测出了一条倾斜线。对于坡度较大的倾斜线，则应采用经纬仪来测设。将仪器安置于 B，纵转望远镜，对准 A 点水准尺上等于仪器高的地方。其他步骤与水准仪的测法相同。