1、2013年11月11日水准测量 （邱志峪）目录目录1、水准测量原理、水准测量原理2、水准仪的种类、水准仪的种类3、根据测量要求选择合适的仪器、根据测量要求选择合适的仪器4、水准仪操作及过程中常见问题、水准仪操作及过程中常见问题5、水准测量成果计算、水准测量成果计算6、水准测量误差分析、水准测量误差分析7、设计标高计算、设计标高计算8、路基、桥梁、隧道标高测量注意事项、路基、桥梁、隧道标高测量注意事项一、水准测量原理一、水准测量原理一、水准测量原理水准仪的作用是提供一水准仪的作用是提供一条水平视线。条水平视线。例如：要想知道庐山与例如：要想知道庐山与黄山哪个更高一些，先黄山哪个更高一些，先找到两
2、座山的海拔高度，找到两座山的海拔高度，然后再相减。然后再相减。海拔就是一个标准高度，海拔就是一个标准高度，水准仪的作用就是提供水准仪的作用就是提供一个标准。而这个标准一个标准。而这个标准就是水平视线。就是水平视线。高程基准高程基准 高程基准：高程基准：是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。 水准基面，通常理论上采用大地水准面，它是一个延伸到全球的静止海水面，也是一个地球重力等位面，实际上确定水准基面则是取验潮站长期观测结果计算出来的平均海面。中国以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为中国的水准基面，即零高程面。中国水准原点建立在
3、青岛验潮站附近，并构成原点网。用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。 国家第二期一等水准网高程起算点为水准原点。高程系统为“1985国家高程系统”，共有292条线路、19931个水准点，总长度为93341公里，形成了覆盖全国的高程基础控制网 。 除国家高程基准外，各地方也有自己的一套标高基准点如上海的黄浦江基准点，武汉的汉江基准点，天津的汉沽基准点等。 上海黄埔江水文观测站黄埔江基准点黄埔江基准点 全国高程控制网图 水准网的作用：如把公路修到台湾，没有高程控制网的后果：在台湾海峡底部钻到美国去。二、水准仪的种类二、水准仪的种类二、水
4、准仪的种类 老式水准仪，有正像、倒像之分，需手动精平方可读数。 DS3级别自动安平水准仪。 DS2级别自动安平水准仪。 电子水准仪。全站仪 除水准仪能用来水准测量之外，其实全站仪也能用来水准测量，如在山区，标高测量十分麻烦，利用全站仪三角测量功能是完全可以达到四等水准的要求的。 全站仪水准测量，一般用于四等及以下等级的水准测量，全站仪水准测量在全站仪课件中会予以介绍。三、选择合适的仪器三、测量仪器的选择三、测量仪器的选择WM等级二等三等四等五等仪器型号DS1、DS2DS1、DS2、DS3DS3DS3 现场常用的测量等级： 水准点：四等 结构物沉降观测：二等 施工放样抄平：五等问题：右图DS2水
5、准仪是否能直接 用于二等水准测量？ 答案是：NO，请注意差别 讨论：是否可以直接以高等级水准仪代替低等级水准仪使用？如使用DS1或是电子水准仪替代现场的DS3？ 答案：级别够用就行，按精度等级来。象DS1水准仪相当重，十几公斤，很麻烦。 案例：武广高铁支承垫石。配套水准尺等相关设备配套水准尺等相关设备 五等铝合金塔尺 四等水准尺 二等水准尺 二 等 条 码 尺水准尺的标准及要求等级二等三等四等五等基辅分划或黑红面读数较差（mm）0.51.02.03.0基辅分划或黑红面所测高差较差（mm）0.71.53.05.0水准尺铟瓦铟瓦、双面双面单面水准点埋设原则 （1）水准点应选在能长期保存，便于施测，
6、坚实、稳固的地方。 （2）水准路线应尽可能沿坡度小的道路布设，尽量避免跨越河流、湖泊、沼泽等障碍物。 （3）在选择水准点时，应考虑到高程控制网的进一步加密。 （4）应考虑到便于国家水准点进行联测。 （5）水准网应布设成附和路线，结点网或环形网。 （6）对于公路工程专用水准点，应选在公路路线两侧距中线50-300M的范围内，水准点间距一般为1-1.5KM，山岭重丘区可适当加密；大桥两岸、隧道两端、垭口及其他大型构造物附近亦应增设水准点。 现场临时水准点要求每现场临时水准点要求每200-300m一个，以利于使用。一个，以利于使用。二等水准点埋设全过程四、水准仪的操作及过程中常见问题水准仪的操作 圆
7、水准泡 圆水准泡观察窗 方向找准器 步骤： 1、先安放脚架，大致水平，脚架踩紧。 2、先精平，转180度检查，然后利用找准器找到目标。水准仪正确与错误的操作姿势 姿势错误，专业上叫骑马。一则危险来临之际，人不易避让。另外，在地滑地段，人的突然滑倒会带倒仪器。 姿势正确。光学水准仪成像原理与读数光学水准仪成像原理与读数注意事项：注意事项：1、当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标影像有相对运动，这种现象称为视差。 消除的方法是重新仔细地进行物镜对光，直到眼睛上下移动，读数不变为止。此时，从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰。2、倒尺时应记负数。3、中丝读数时，不能记成上丝或下丝。4、
8、摇尺，铝合金尺要注意接头，注意标尺上小数点5、转点要记清。复杂情况，中间转点设支水准路线，要分开记。水准测量中常见问题及要求 1、水准仪的检校，精度评定。公式：i=f/205265 S，每个月一检。 2、测量过程中要闭合，特别是自动安平水准仪。 3、测量完脚螺旋要及时归位，居中位。 4、仪器要经常擦拭，对镜头要保护。 5、尽量减少在工地上算资料，各项准备数据要事先准备好，以免出错。 6、所有数据应有计算与复核，避免差错。 7、各种测量的原始记录，必须在现场同步完成，严禁事后补记补绘，原始资料不允许涂改，不合格时，应当补测或重测。（事例） 8、控制点复测应保证每半年一次。 9、当测量仪器超限时应
9、及时送检，不宜私自检修。示例：点之记序号点号坐标（m）高程（m）点位描述1XY2CPIII0653208754.104491770.769汤村3#斜井左侧70米山坡上3CPIII0663208678.289492166.611汤村3#斜井便道和原有水泥路交界的山包上4CPI0103208193.7465 492216.0723青龙头村出口路中间绿化带中5CPI0113209016.0797 492601.7137127.4688武义县S220省道里程DK3+1006CPIII0673208517.8736 492544.1177105.9385DK24+300线路左侧水泥路路边7CPIII06
10、83208395.4592 492739.2998110.3869DK24+450左侧房子顺路上30米橘子林旁边田埂上8CPIII0693208202.5431 492597.2318103.8978DK24+500右侧水塘小里程15米方向橘子林旁边田埂上9CPIII0703208157.6021 492766.233310CPIII0713207962.1386 492742.358496.62337DK24+800右侧养猪场房子向右水塘田埂上11CPII0173207785.2966 492968.084892.9988桩塘村徐天齐养猪场西边约200米的机耕道边12CPII01832071
11、16.6231 493156.813186.9564张村村尽头右拐直行到土路上行约100米错误与正确的抱仪器姿势五、水准测量成果计算闭合水准路线：从一高级水准点出发，经过测定沿线其它待定点高程，最后又回到原起始点的环形路线。附合水准路线：从一高级水准点出发，经过测定沿线其它待定点高程，最后又附合到另一高级水准点的路线。支水准路线：从一已知水准点出发，测定沿线其它待定点高程，不闭合也不附合，但为了校核必须往返测。水准网：由多条单一水准路线相互连接构成的网状路线。h1=a1-b1，h2=a2-b2，hn=an-bnh= a - b 为提高精度，一般采用“变更仪器高”法或者“双面尺”法观测等外水准测
12、量测站 点 号水准尺读数高 差高 程备 注后 视前 视+-1BM.A1. 4670. 34327. 354m已知TP.11. 1242TP.11. 8850. 211TP.21. 6743TP.21. 8690. 926TP.30. 9434TP.31. 3670. 365B1. 73228. 469m计算检核a6. 588 -5. 473 1. 115b5. 4731. 480 -0. 365 1.1150. 36528. 469-27. 354 1.115各等级水准测量技术标准要求等级水准仪型 号前后视距不等差mK+黑-红mm红黑面所测高差之差mm视 线最长距离m中丝最小读数值mdm累积差
13、dm二DS1130.50.7500.5四DS351035800.2五DS3大致相等100注：二等水准视线长度小于20m时，其视线高度不应低于0.3m； 三、四等水准采用变仪高法观测单面水准尺时，所测两次高差较差，应与黑面、红面所测高差之差的要求相同。双面尺法一个测站上的观测顺序为（简称为后、前、前、后）：照准后视尺黑面，读取上、下、中丝读数；照准前视尺黑面，读取上、下、中丝读数；照准前视尺红面，读取中丝读数；照准后视尺红面，读取中丝读数（每次读数前，注意精平）。总共观测记录8个数据。至此，观测程序完成，应立即进行测站计算，共计10个数据。检核无误后方可进行下一测站的工作。四等水准测量-1+1+
14、1-1+1-1+0. 6-0. 16. 6111. 825前K21. 6700. 580-1. 190-1. 091后-前30. 930. 8+0. 7+1. 36. 0281. 340前K11. 2251. 333+0. 215+0. 116后-前23. 224. 5-0. 6-0. 65. 9971. 209前K21. 0931. 646+0. 450+0. 551后-前23. 522. 9dd下丝下丝上丝上丝红面黑面前视距m后视距m-1. 090505. 4210. 734后K11. 9790. 888ZD2ZD33+0. 115506. 2431. 456后K21. 4571. 578
15、ZD1ZD22K1=4. 687K2=4. 787+0. 550506. 4471. 760后K11. 3281. 875AZD11备注高差中数(m)黑红面读数差K+黑-红(mm)水准尺读数方向及尺号前尺后尺点 号测站编号=3mm=80m=5m=10m=5mm测站要求及示例每测站计算与校核如下： 1.视距计算 后、前视距离为：100（上丝-下丝），四等应小于80米； 后、前视距差为：d = 后视距离 - 前视距离 后、前视距差累积差为：d=前站d + 本站d 2.同一水准尺红、黑面中丝读数差的校核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)，即红面中
16、丝读数=黑面中丝读数 + K。 3. 黑、红面所测高差的计算与校核 黑面高差=后视尺黑面中丝-前视尺黑面中丝 红面高差=后视尺红面中丝-前视尺红面中丝 检核：黑面高差=红面高差0.100m，黑、红面所测高差之差四等应小于5mm。 高差中数高差中数等于黑面高差加上加减0.100m后的红面高差再除以 2。二等水准.xls 思考题：六、水准测量误差分析水准仪应满足的轴线条件 圆水准器轴平行于仪器竖轴； 十字丝横丝垂直于仪器竖轴； 水准管轴平行于视准轴。水准测量中常见误差水准测量中常见误差一、误差的种类：1、水准管轴不平行于望远镜视准轴所产生的误差；2、水准管气泡没有准确居中；3、水准尺倾斜所产生的误
17、差；4、水准仪下沉所致的误差；5、尺垫下沉引起的误差；6、地球曲率和大气折光影响；二、减小误差的方法1、置镜于前后视之中间，使前后视距大致相等，消除1误差和6误差；2、气泡准确居中，消除误差2；3、在每个测站上采用两次观测，取两高差之平均值，消除误差4；4、采取往返测，取往返测平均值，减小误差5；附：地球曲率和大气折光对读数总影响为f=0.43D2/R；其中R为地球半径为6371km。水准测量注意事项水准测量注意事项 测量前必须认真检校仪器；测量时应尽可能使前后视距相等，视线以50100m为宜；为减小大气折光的影响，视线应离开地面0.3m以上，中午前后应尽量避免观测；踩实脚架和尺垫防下沉；精心
18、对光消除视差影响；每次读数前，必须使符合水准器气泡符合，勤检查；水准尺必须扶直，转站时可将尺先取下，减小尺垫下沉；经常注意尺垫顶和水准尺底不应粘泥土；注意落尺；打伞；测量技术要求注注：n为水准路线单程测站数，每公里多于16站，按山地计算闭合差限差,为每Km高程测量高差中数的全中误差。二等水准视线长度小于20m时，其视线高度不应低于0.3mLn46山 地平丘地往返较差、环线或附合线路闭合差（）往往往返环线或附合往返往返往返与已知点联测观测次数0.20.5视线离地面高度（m）103前后视累积差（m）大致相等51前后视较差（m）10010050视线长度（m）15102（）16路线长度（Km）五等四等
19、二等等级L20L30七、设计标高计算计算公式及原则计算公式及原则 1、竖曲线，中国的竖曲线全部设置为圆曲线，国外以抛物线居多。 竖曲线两个常用公式： T=R/2000i；注：i应为千分之i1000 i=i1-i2；y=x2/2/R；h=T2/2/R；tg=i/1000；BMa=BM0+h 2、计算原则： （1）先设计标高。注意铁路设计标高为内轨顶面，新建公 路设计位置在中央分隔带内侧，拼接线设计标高在 行车道外侧，匝道设计标高与平面设计线可能不同位。 （2）再按结构层厚度按层次依次推算各结构物标高。 （3）涵洞应注意帽石上路基边坡坡率，重点核算涵长。隧道各等级围岩变化较多，仅计算内轨顶标高。
20、（4）注意长短链，与相邻标段接头处。事例。Ti1Rhyxi2BM0BMa算例算例各专业标高计算注意事项各专业标高计算注意事项 1、路基。路基经常出现的问题为竖曲线诸表不对应，标高设计表与纵断面图不吻合，原因是设计过程中竖曲线调整，但路基诸表未及时更新。 2、涵洞。涵洞经常出现的问题是涵洞设计断面坡度与路基横断面图不对应，造成涵洞过长或过短，此外涵洞交角也是复核的重点，特别是涵洞顶部有结构物时更应重视（铁路有接触网，有时接触网立柱会设计在涵洞顶部）。 3、桥梁。桥梁经常出现的问题是高低墩处，桥墩偏心设计未很好考虑，此外桥台处、支座类型变换处设计标高经常出错。在匝道桥要注意线路的横坡方向，横坡变换
21、时设计经常搞反。此外，公路桥并不是所有曲线外侧都需要超高的。 4、隧道。隧道经常出现的问题是结构层变换，如斜井与正洞的交联段。八、路基、桥梁、隧道标高测量注意事项路基标高测量注意事项路基标高测量注意事项 1、水准点沉降，未能及时发现。或是路基点标高记错。 2、由于水准点较远，未能及时闭合，测量过程中的错误不能及时发现。 3、路基本体最后几层要严格控制标高，有最小填层厚度要求。事例 4、注意软基填筑，面层要设置一定的预抛高，特别是过渡段位置。涵洞标高控制涵洞标高控制 1、经常出现标高差整数值，原因是测量读数错误。 2、注意浅埋明涵标高的控制，上面路基结构层要保证厚度。 3、注意涵内流水方向，不要
22、搞反。 4、注意涵内进出口现场既有水系标高，要接顺。隧道标高控制隧道标高控制 1、水准点离掌子面太近，容易破坏。 2、台阶法开挖时原水准点位于隧道顶锚杆上，落台之后点位非原点位，错误地使用。 3、标高标准太多，现场混乱。 4、各级隧道开挖应预留一定的沉落量。桥梁标高控制桥梁标高控制 1、水准点错误或是沉降后未及时发现。 2、桩基钢筋笼标高应略高于设计，否则后期造成钢筋笼顶伸入承台尺寸不够。 3、承台一般埋入原地面或冲刷线以下50cm，现场未及时复测原地面，造成承台露出原地面或开挖过深。 4、承台顶标高过高，当墩身带坡率，而模板为定型模板时会造成后期垫石尺寸不够。此时承台顶标高宜低12cm。 5
23、、墩身标高错误，未及时复核模板，造成墩身标高过高或过低。墩柱顶标高应伸入盖梁，施测时未注意，造成盖梁模板无法支立。 6、垫石标高未控制好，造成架梁后梁体三条腿，或是垫石标高过高从而造成桥面铺装厚度不够。 7、梁体未设置反拱，梁体张拉后跨中上拱，造成梁跨中心处桥面铺装厚度不足。 8、梁体结构高度未很好控制，造成桥面铺装厚度不足。 9、现浇梁未设置预抛高，特别是挂篮，造成桥跨不能按设计线型合龙。 10、防撞墙高度未控制好，造成后期验交时防撞墙高出路面高度不够。桥梁标高方面一般控制标准 1、钻孔桩，钢筋笼顶较设计高出5cm左右。 2、承台（明挖扩大基础）顶面，视上部墩柱模板情况而定，如为带坡率墩身或
24、是墩顶为带倒角的定型模板，一般宜低2cm左右，立模前水泥砂浆找平；如设计为圆柱形墩柱，则其顶面标高不限。 3、墩柱顶面，其上部一般为盖梁，宜高出设计标高5cm左右，以便下一步立模。 4、垫石顶面，标高宜较设计低1.5cm左右，不得高于设计值。因在架梁时一般支座底会设一层砂浆调平，且梁体张拉后上拱，架梁时可能会出现相邻梁上拱度不一致等情况，此时需要在垫石上调整。 5、梁体预制，整体梁高可减1cm左右（不可在顶板上调整，调整部位应是腹板），注意立模时应与台座反拱保持一致，否则反拱失去意义。梁端伸缩缝预埋部位，砼表面应尽量低，为后期伸缩缝安装提供空间。 6、桥面铺装顶面，较设计低1cm左右，振动梁振
25、动过程中行走轨道上会挤入浆体抬高铺装面标高。 7、防撞护栏，顶面应较设计高出2cm左右，否则会造成竣工后防撞护栏净高度不足的情况。 8、承台顶面与原地面的关系，水中墩或是水边墩要考虑冲刷线，较为复杂，应严格按设计要求进行。陆上墩一般保证其不露出原地面即可，设计原则一般是原地面以下50cm。为便于施工或是墩身的配模，钻孔桩开钻前应认真复核，优化设计，以利于后期施工的方便并有效节约成本。 9、高墩上的水准点标高可利用钢尺从地面标高点直接拉取。 10、全站仪是一个非常实用的仪器，测量人员要养成平高同测的好习惯，利用全站仪复核标高，速度快而且不容易出错。请多提宝贵意见！Make Presentation much more fun
