第二章--施工放样的方法和精度分析PPT课件.ppt

第二章工程施工放样的基本方法和精度分析 安徽理工大学测绘学院 主讲人 高永梅 1 内容提要 2 1 概述 2 2 坐标法放样 2 3 其他直接放样方法 2 4 归化法放样 2 5 高程放样方法 2 6 刚体的放样定位 2 7 高耸建筑物的铅垂线放样 2 工程建设施工测量的三大阶段 1 勘测设计阶段 测图 用图 2 施工阶段 施工放样 检查 验收 竣工测量 3 运营管理阶段 变形监测 施工放样的定义和主要任务施工放样的目的是将图纸上设计的建筑物 构筑物的平面位置 形状和高程按照设计的要求测设到相应的地面上 并设置各种标志 作为施工的依据 以衔接和指挥各工序的施工 保证工程严格按着设计的要求进行建设 2 1 概述 一 施工放样 3 测定 地形图测绘是测量地面上点与点之间的距离 方向和高差 利用控制点测定地面上地形特征点 缩绘到图上 测图特点是地面上先有一些点 然后测出它们之间关系 测设 也叫施工放样 与此相反 是根据建筑物的设计尺寸 找出建筑物各部分特征点与控制点之间位置的几何关系 算得距离 角度 高程等放样数据 然后利用控制点 在实地上定出建筑物的特征点 据以施工 距离测量 角度测量 高程测量同样是施工测量的基本内容 4 二 施工测量的特点 施工测量与地形图测绘比较 除测量过程相反 工作程序不同以外 还有如下两大特点 1 施工测量的精度要求较测图高 测图的精度取决于测图比例尺大小 而施工测量的精度则与建筑物的大小 结构形式 建筑材料以及放样点的位置有关 2 施工测量与施工密不可分施工测量是设计与施工的桥梁 贯穿于整个施工过程中 是施工的重要组成部分 1 施工过程中 2 工程建成后 3 变形观测 5 三 施工测量的原则 先整体到局部先高级后低级先控制后碎部 6 在放样前 测量人员首先要熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图 找出主要轴线和主要的设计位置 以及各部件之间的几何关系 再结合现场条件 控制点的分布和现有的仪器设备 确定放样的方法 四 放样前的准备工作 7 五 工程建筑物的建筑限差 工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差 通常对其偏差的规定是随建筑材料 施工方法等因素而改变 工程建筑物的建筑限差够有国家和部 行 颁布的施工质量验收规范 8 土石方工程施工允许偏差1 10cm 一般工程 混凝土柱 梁 墙 板施工允许偏差1 3cm 多层和高层建筑层间标高测量偏差和竖向测量偏差均不应超过 3mm 建筑全高 H 测量偏差和竖向偏差 3H 10000 且30m H 60m时 其 10mm 60m H 90m时 15mm 90m H时 其 20mm 钢结构允许偏差因施工方法不同而异 允许偏差在1 8cm 特殊工程项目其设计图纸有明显的限差要求 9 没有施工规范的工程 对于相当多的工程 施工规范中没有具体的测量精度的规定 这时先要在测量 施工 施工制造几方面之间进行误差分配 然后才可知道测量工作应具有怎样的精度 设计允许的总误差可分为允许测量工作的误差 允许施工产生的误差和允许加工制造产生的误差 10 设计允许总误差为 允许测量误差 允许施工误差为 允许加工误差 各误差之间都是独立的 那么有 那么在精度分配处理中 一般先采用 等影响原则 由等影响原则 另一种误差分析原则为 忽略不计原则 11 2 2 坐标法放样 设计图纸所表示的建筑物轮廓或特征点往往是以角点坐标的形式表达的 测量放样就是要在待建的场地上确定设计坐标相对应的位置 并用标桩表示出来 放样主要采用两种方式 一种是常用的极坐标法 也就是采用经纬仪 测距仪或全站仪来放样 另一种是直接采用GPSRTK法放样 极坐标放样的基本元素为角度和距离 12 一 角度放样 放样角度实际上是从一个已知方向出发放样出另一个方向 使它与已知方向间的夹角等于预定角值的工作 13 在测站点安置仪器 盘左瞄准A点 配置度盘0000 00 计算B点处的水平度盘的应读数 转动照准部使水平度盘度数为 在视线方向定出B 点 同法盘右定出B 点 连接B B 取中点得B点 检查 测回法实测角 1 正倒镜分中法 较精确的直接法 14 二 距离放样 距离放样是将图上设计的已知距离在实地上标定出来 即按给定的一个起点和方向标定出另一个端点 15 1 直接法 当测设精度要求不高时 从已知点出发 沿给定的方向 用钢尺或者测距仪直接丈量出已知水平距离 定出这段距离的端点 为了检核 应返测一次 若两次丈量的相对误差在1 2000 1 5000内 取平均位置作为该端点的最后位置 16 例题 已知 点 欲放样 点 设计距离为28 50m 放样精度要求达到1 2000 放样方法与步骤如下 1 以 为准在放样的方向上量28 50m 打一木桩 并在桩顶标出方向线AB 2 甲把钢尺零点对准 点 乙拉直并放平尺子对准28 50m处 在桩上画出与方向线垂直的短线 交AB方向线于点 3 返测得距离为28 508m 则 D 28 50 28 508 0 008m 相对误差 测设精度符合要求 改正数 4 垂直向内平移4mm得mn短线 其与方向线的交点即为欲测设的 点 17 2 精确方法 当测设精度要求1 10000以上时 则用精密方法 使用检定过的钢尺 用经纬仪定线 水准仪测定高差 根据已知水平距离D经过尺长改正 ld 温度改正 lt和倾斜改正 lh后 用下列公式计算出实地测设长度L 再根据计算结果 用钢尺进行测设 L D ld lt lh 18 三 点位放样 工程建筑物的形状和大小 常通过其特征点在实地表示出来 点位放样是建筑物放样的基础 放样点位时应有两个以上的控制点 且已知待定点坐标 通过距离和角度来放样待定点 极坐标放样在操作上可采用经纬仪 钢尺 或测距仪 法 也可采用全站仪直接坐标放样法 19 一 经纬仪 钢尺 或测距仪 放样法 当施工控制网为导线时 常采用极坐标法进行放样 用经纬仪放样 如右图 A B为地面上已有的控制点 其坐标分别为A xA yA 和B xB yB P为一待放样点 其设计坐标为P xP yP 用极坐标法放样的工作步骤如下 1 内业计算放样元素 再计算出 BAP的水平角 20 2 外业测设 1 经纬仪架在A点上 对中 整平 2 以AB为起始边 顺时针转动照准部 测设水平角 然后固定照准部 3 在视线方向定出B 点 4 同法盘右定出B 点 连接B B 取中点得B点 5 在视准轴 视线 的方向上测设距离SAP即得P点 21 3 分析放样点位的精度 工程测量工作中常要作误差分析 而误差椭圆是分析点位误差的好工具 以观测值中误差为基础做出的误差椭圆称为基本误差椭圆 以k倍中误差为基础做得的误差椭圆称为k倍误差椭圆 k倍误差椭圆及其相应概率 22 利用误差椭圆可以方便地求出点位在任意方向上的误差大小 它等于误差椭圆在该方向上投影长度的一半 误差椭圆在坐标轴上投影 可得到mx my 根据解析几何定理 椭圆的任一对共轭半径平方之和是常数 所以点位精度可写为 式中a b分别为椭圆的长半轴和短半轴 23 由6 3的误差椭圆可以看出共轭半径 所以点位误差 式中 为共轭半径间的夹角 图6 3误差椭圆 24 对于极坐标放样 可得那么点位P的精度为式中 为距离放样的精度 为角度放样的精度 25 二 全站仪坐标放样法 以上极坐标法放样 需要事先根据坐标计算放样元素 而放样元素的计算是要根据仪器架设位置而定的 有时现场仪器的架设位置会有变化 则要重新计算放样元素 而用全站以坐标放样法 就不需要事先计算放样元素 只要提供坐标就行 而且操作十分方便 26 1 按MENU 进入主菜单测量模式 2 按LAYOUT 进入放样程序 再按SKP 略过选择文件 3 按OOC PT F1 再按NEZ 输入测站O点的坐标 x0 y0 H0 并在INS HT一栏 输入仪器高 4 按BACKSIGHT F2 再按NE AZ 输入后视点A的坐标 xA yA 若不知A点坐标而已知坐标方位角OA 则可再按AZ 在HR项输入OA 的值 瞄准A点 按YES 27 5 按LAYOUT F3 输入待放样点B的坐标 xB yB HB 及测杆单棱镜的镜高后 按ANGLE F1 使用水平制动和水平微动螺旋 使显示的dHR 即找到了OB方向 指挥持测杆单棱镜者移动位置 使棱镜位于OB方向上 00 00 00 6 按DIST 进行测量 根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动 若dHD为正 则向O点方向移动 反之若dHD为负 则向远处移动 直至dHD 0时 立棱镜点即为B点的平面位置 其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度 正为挖 负为填 7 按NEXT 放样下一个点C 28 三 GPSRTK放样法 GPSRTK是一种全天候 全方位的新型测量系统 是目前实时 准确地确定待测点位置的最佳方式 它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机 以及用于数据传输的电台 RTK定位技术 是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时传送给动态用户 动态用户将收到的数据链连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理 从而获得动态用户的实时三维位置 动态用户再将实时位置与设计值相比较 进而指导放样 29 GPSRTK的作业方法和作业流程 1 收集测区的控制点资料2 求定测区转换参数3 工程项目参数设置4 野外作业5 野外实施 30 1 收集测区的控制点资料 任何测量工程进入测区 首先一定要收集测区的控制点坐标资料 包括控制点的坐标 等级 中央子午线 坐标系等 31 2 求定测区转换参数 城市测量是在地方独立坐标系上进行的 这就存在WGS 84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题 由于RTK作业要求实时给出当地坐标 这使得坐标转换工作非常重要 根据总体规划和工程需要 求定测区转参数可分为2种情况 1 可以对一个大的测区 一个乡镇 县区的一部分等 事先测定转换参数 在测区内各工程实施RTK作业时 直接输入参数和基准站WGS 84坐标 首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点 获得各点的WGS 84坐标和地方坐标系下的坐标 利用同一点的2种坐标求出转换参数 在工程应用中 每个点都可安置基准站 32 2 也可在一个工程中临时求得转换参数 但不能在另一个工程中应用 首先在对空视野开阔的地方设立基准站并采集单点定位WGS 84坐标 然后流动站联测2个以上的地方坐标系下的控制点 求解坐标转换参数 33 在计算转换参数时 要注意两点 1 已知点最好选在测区四周及中心 均匀分布 这样能有效地控制测区 2 为了提高精度 课利用最小二乘法选3个以上的点求解转换参数 为了检验转换参数的精度和正确性 还可以选用几个点不参加计算 而带入公式起检验作用 经过检验满足要求的的转换参数认为是可靠的 34 3 工程项目参数设置 根据GPS实时动态差分软件的要求 应输入下列参数 1 当地坐标系的椭球参数 长轴和偏心率2 中央子午线3 测区西南角和东北教的大致经纬度4 测区坐标系间的转换参数5 根据测量工程的要求 可输入放样点的设计坐标 以便野外实时放样 35 4 野外作业 需要指出的是 GPS测出的高程是以参考椭球面作为高程起算面的大地高 而工程测量采用的高程系统是以大地水准面为起算面的正高或正常高 两者存在较大的差异 36 5 野外实施 GPSRTK定位技术具有与使用其他测量仪器所不同的优点 采用一般仪器 既要求通视 又费工费时 而且精度不均匀 RTK测量拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势 并且不会产生误差积累 应用RTK放样法能快速 高效率地完成测量放样任务 37 2 3 其他直接放样方法 除了坐标法放样点以外 放样的方法还有一 直角坐标法二 距离交会法三 角度交会法四 自由设站定位法 38 一 直角坐标法 1 适用 建立在直角坐标原理基础上测设点位的一种方法 适合有建筑基线或建筑方格网的放样 2 方法 量距 拨角90 量距 得4点 检核 4点的夹角及长度是否符合要求 图6 9 39 二 距离交会法 首先要先根据坐标计算放样元素S1 S2 然后在现场分别以两已知点位圆心 用钢尺以相应的距离为半径作圆弧 两弧线的交点即为待定点的位置 40 2020 3 18 1 距离交会法步骤 1 计算DAP DBP 通常待定点P离已知点A B不超过一尺段 地面平坦 便于钢尺作业 图6 10 41 图6 11 对于距离交会法 误差椭圆如图6 11所示 有图可得 顾及公式 2 距离交会法精度分析 42 三 角度交会法 角度交会法又称方向交会法 在量距不方便的场合常用角度交会法放样 放样元素是两个交会角 它们可按已知点的坐标和待定点的设计坐标算得 现场放样时在两个已知点上架设两台经纬仪 分别放样相应的角度 两台经纬仪视线的交点就是待定点P的平面位置 43 2020 3 18 44 三 角度交会法 1 角度交会法步骤 2 在测站A测设 1 得AP方向 在测站B测设 2 得BP方向 相交得P点 定P点标志 图6 12 44 骑马桩 骑马桩 桩基或者桩基复位 骑马桩 骑马桩 骑马桩 骑马桩 45 骑马桩是护桩的最常见的一种护桩手段 在施工放样中经常被采用 一般来讲骑马桩不单单要进行十字线护桩的定位 最好量取骑马桩单侧的距离 在十字恢复后最好再拿尺子量一下 确保骑马桩没有被动过 这样才能安心使用 46 图6 13 设两角度放样精度相同 误差椭圆如图6 13所示 有图可得 顾及前面公式有 2 角度交会法精度分析 47 四 自由设站定位法 在周围有控制点的条件下 可自由地选择便于设站的位置安置仪器 用全站仪通过对两个或两个以上控制点的测角 测边可方便地确定设站点的平面坐标 这可在测站上快速完成 确定了测站点坐标后即可放样其他点的坐标 48 注意 利用该法测定测站点P的坐标时 为了提高测站点的精度 必须观测两个或两个以上的控制点 为评定p点精度 自由设站法可求出控制点原始坐标与坐标变换后的坐标之间的差值 并根据他们来评定P点的点位精度 49 2 4 归化法放样 归化法放样的思路是 首先采用直接放样法确定实地标志 再对放样出的实地标志进行精确测量 求出实地标志位置与设计的偏差 然后根据偏差将其归化到设计位置 这个过程可以进行几次 配合精密量具和微调装置 就能高精度地将实地标志放样到设计位置 50 一 归化法放样角度 当测设精度要求较高时 可采用归化法测设已知水平角 如图6 14所示 安置经纬仪于O点 按照上述一般方法测设出已知水平角 AOP 定出B 点 然后较精确地测量 AOP 的角值 一般采用多个测回取平均值的方法 设平均角值为 测量出OP 的距离 如图6 14a所示 直接法放样出角值 实测角值和距离 计算归化值 距离修正 51 按下式计算P 点处OP 线段的垂距P P 然后 从P 点沿OP 的垂直方向调整垂距P P AOP即为 角 如图10 3所示 若 0时 则从P 点往内调整P P至P点 若 0时 则从P 点往外调整P P至P点 如图6 14b所示 52 例题 已知OB 85 00米 设计值 36 设测得 1 35 59 42 计算修正值B B 解 B B 85tan0 0 18 0 0074m 7mm 得 点位修正值为19mm B 向外量7mm 53 二 归化法放样点位 1 距离交会归化法2 角度交会归化法 54 2020 3 18 55 先用直接放样法放样P 点 然后用距离交会法 精确测得P 到A B的距离 再用距离差经归化求得P的位置 1 距离交会归化法 55 2020 3 18 56 先用直接法放样过渡点P 然后再观测两角 P AB a ABP b 并计算角 a a a b b b 当 较小时 可用图解法由P 点求P点位置 2 角度交会归化法 56 2020 3 18 57 三 归化法放样直线1 测小角归化法先用直接放样方法设置过渡点P 并概量距离AP S1 然后把经纬仪架在A点 测量 BAP 计算归化值 并于实地归化 求得P点 57 2020 3 18 58 经纬仪不架设在A点上测小角 而架在过渡点P 上测量大角 AP B 设 这时可计算归化值 2 测大角归化法 58 四 构网联测归化法放样 施工控制网的作用 在于限制施工放样时测量误差的累积 使整个建筑区的建筑物在平面及竖向方面正确衔接 以便对工程总体布置和施工定位起到宏观控制作用 也便于不同作业区同时施工 59 在高精度的施工放样中 控制点通常采用带有强制对中盘的观测墩 通过构网联测平差后 将控制点归化到某一特定的方向或几个特定位置 便于架仪器直接放样 同样也可以将控制点与直接放样点一起构网联测 经平差后 求得各直接放样点的归化量 再将放样点归化到设计位置 60 2 5 高程放样方法 1 水准仪法放样2 全站仪无仪器高作业法放样3 GPSRTK法放样 61 1 水准仪法放样 在工程建筑施工中 需要放样由设计所指定的高程 为了控制房屋基础面的标高 各层楼板的高度及平整度 都要随着施工的进展做大量高程放样工作 62 63 已有水准点A已知B点设计标高HB定HB标志 例 已知水准点A的高程HA 24 376m 要测设某设计地坪标高HB 25 000m 测设过程如下 63 2020 3 18 64 倒尺法放样 当待放样的高程HB高于仪器视线时 如放样地铁隧道管顶标高时 可以把尺底向上 即用 倒尺 法放样 如图所示 这时 b HB HA a 64 高程的传递放样 待测设高差大 用钢尺代替水准尺 同样方法也可向高处传递高程 65 2020 3 18 66 2 全站仪无仪器高作业法放样 对一些高低起伏较大的工程放样 如 大型体育馆的网架 桥梁构件 厂房及机场屋架等 用水准仪放样就比较困难 这时可用全站仪无仪器高作业法直接放样高程 66 通过后视已知点A测得O A的距离S1和垂直角 1 从而计算O点全站仪中心的高程为 然后测量O B的距离S2和垂直角 2 从而计算B点的高程为 67 注意 当测站与目标点之间的距离超过150m时 以上高差就应该考虑大气折光和地球曲率的影响 即式中 D为水平距离 为垂直角 k为大气垂直折光系数0 14 R为地球曲率半径6370km 68 3 GPSRTK法放样 GPSRTK法测量可以直接得到以参考椭圆球为起算面的大地高 而我国所采用的高程是相对于似大地水准面的正常高 H h NH是以参考椭球面为起算面的大地高 h是以似大地水准面为起算的正常高 N为大地水准面差距或高程异常 69 GPS技术结合高精度高分辨率大地水准面模型 可以取代传统的水准测量方法测定正常高 真正实现GPS技术队几何和物理意义上的三维定位功能 70 由于在局部范围内的估算精度还难以满足工程测量应用的需要 尤其是我国还不具备精确大地水准面模型的情况下 其适应范围受到限制 目前比较通行的做法 是在GPS网中用水准测量或三角高程测量的方法施测一定数量的高程控制点 然后利用高程控制点的大地高和正常高求得高程异常值 并据此拟合出局部似大地水准面形状 进而推算出测区内其他GPS点的高程异常和正常高 71 2020 3 18 72 2 6刚体的放样定位 一个刚体在三维空间中有六个自由度 即三个平移量X Y Z和分别绕x y z轴旋转的三个量 x y z 要确定刚体在三维空间中的位置 也就是要固定这六个自由度 72 刚体放样定位的常用方法 1 三高程点法 2 水准器法 3 两台经纬仪投影法 4 定位销法 5方向线法 73 三高程点法的使用前提 刚体有一个水平的底面 目的 是为了让刚体的Z x y三个定位元素达到设计要求 74 水准器法的前提是 刚体有一个光滑的水平的顶面 目的 利用水准器决定 x y两个元素过程 首先把水准管轴调整使其与底面平行 然后把该水准器放在物体的顶面上 按气泡指示调整物体 一直到顶面水平为止 75 两台经纬仪投影法前提 刚体很高 并且能标出其竖轴 目的 定出刚体 x y元素 方法 用两台经纬仪 垂直安置 分别观测其竖轴 76 定位销法的前提 设在叠在一起的两块钢板上钻了一个孔 另备一个定位销 原理 当这两块钢板分离后重新叠在一起时 只要把销钉同时插入两块板上的定位孔内 两块板就精确地恢复原先的状态 目的 通过用两个定位销可以决定X Y z3个元素 77 方向线法前提 在刚体表面刻画中心及方向线 目的 通过决定刚体中心点位置及轴线方向 从而可以把X Y z3个元素固定下来 如果先用方法1在刚体的底面先放样好三个高程点 再加上用方向线定位 就可以把刚体定位到设计的空间位置上 78 2 7 高耸建筑物的铅垂线放样 一 铅垂线放样建筑高耸建筑物时 需要保证建筑物的垂直度 因而就需要放样铅垂线 79 铅垂线放样大多采用3种方式 一 经纬仪 弯管目镜法 二 光学铅垂仪法 三 激光铅垂仪法 80 二 高耸建筑物的施工放样 所谓高层和高耸建筑物一般指比较高大的建筑物 特点 高度大 受场地限制 不便用通常的施工方法进行中心控制 高耸建筑物结构多为框架式 施工常用滑模工艺 这就对施工测量的精度提出了更高的要求 尤其要求控制垂直度偏差 81 滑模施工 水泥混凝土浇筑时所用模板中的一种 它可以沿着水平方向 斜坡方向或垂直方向渐渐滑动 做到边浇捣 边脱模 是一种经济的先进方法 称为滑模施工 其使用的混凝土是硬稠性混凝土 否则当模板滑移后 混凝土的边缘容易塌陷损坏 82 一 高层建筑物的施工测量 建筑在我国一般是这样划分 4层以下为一般建筑5 9层位多层建筑10 16层为小高层17 40层位高层建筑40层以上为超高层建筑 83 高层建筑施工测量中的主要问题是控制竖向偏差 也