工程测量技术设计书(西安科技大学)

西安科技大学测绘科学与技术学院工程测量技术设计书目 录 任务概述 2 公路勘测 4 坐标系统选择 8 变形监测 10 场地平整 14 检查验收 16一、任务概述1、测区概况测区距西安180公里，位于陕西省渭南市合阳县城东23公里处的洽川镇黄河二级台地上，东西宽3公里，南北长10公里。洽川东临黄河、西依青山，土地肥沃，气候湿润，水源充足，物产丰富，素有“小江南”之美称。108国道和陕西省十五重点项目西禹高速公路纵贯县城，交通十分便利，发展生态旅游得天独厚，已被列为国家级重点风景名胜区。2、测绘工作量1.公路勘测（包括控制点选埋；外业导线；水准观测；内业平差计算；地形图测绘；纵、横断面测量等）；2.坐标系统分析选择；3.施工放样；4.变形监测（包括倾斜观测和沉降观测）；5.场地平整。3、已有资料1.工程测量实习指导书；2.测区带状地形图（附所设计的公路线路）；3.已知控制点及其相应坐标。4、作业依据本工程执行的规程、规范和技术要求如下：1.测绘技术标准规范（GB/T19022-2003）；2.工程测量规范（GB 50026-93）；3.国家三、四等水准测量规范（GB/T 18521992）；4.全球定位系统GPS测量规范（GB/T 183142001）；51：500、1：1000、1：2000地形图图式（GB/T 79291995）；6.大比例尺地形图机助制图规范（GB14912-94）；7.公路勘测规范（JTG C10-2007）；8.公路工程基本建设项目设计文件编制办法（交公路发2007358号）；9.建筑变形测量规范（JGJ8-2007）；10.测绘技术总结编与规定（CH/T 10012005）。5、仪器设备1.YG RTS-322L型全站仪一台；2.DS3型水准仪一台。6、平差软件及绘图软件1.导线平差程序；2.坐标转换程序；3.数据传输软件；4.南方CASS7.0；5.逐桩坐标计算程序；6.GPS解算软件；7.ARCGIS制图软件。7、人员组织及施工进度根据本次实习的要求，由7人组成本小组，共同完成测量任务，具体实习时间安排如下：日期实习任务天数6月25日实习动员；实习的任务内容、计划安排、方法要求介绍；领仪器、仪器操作练习1天6月26日编写工程测量技术设计书；仪器的检验与校正；设计方案对比、综合取舍2天6月27日6月28日出发去实习基地、实习场地踏勘1天6月29日控制点选取、埋石(木桩)1天6月30日平面、高程控制测量外业观测；内业平差计算；平面坐标系分析、选择2天7月1日7月2日平面坐标系分析、选择(续)1:2000地形图测绘5天7月3日7月4日7月5日7月6日7月7日纵横断面测量3天7月8日7月9日7月10日变形监测1天7月11日场地平整1天7月12日内业成果整理、外业检查、返回1天7月13日编写实习报告2天7月14日7月15日提交实习成果1天二、公路勘测1、作业模式确定公路建设分前期准备、设计和施工三个阶段。前期准备阶段包括立项、工程可行性研究；设计阶段根据公路工程基本建设项目设计文件编制办法的规定，其勘测分为初测、定测和一次定测。两阶段初步设计阶段所进行的勘测工作为初测；施工图设计阶段进行的勘测工作为定测；一阶段施工图设计阶段进行的勘测工作为一次定测。 为全面地了解、掌握公路勘测中的各项测量工作，根据公路勘测规范JTG Cl0-2007 的要求，高速公路、一级公路不宜进行一次定测方式。因此，本次实习采用两阶段勘测设计方式，完成初测和定测的各项测量工作。2、作业任务安排本次实习的线路为一条环山公路，设计长约6.8km，各小组独立完成环山公路所有测量工作的设计、坐标系的分析和选择工作。实地作业时，每小组原则上的规定任务约2.2km。需完成控制点选埋；外业导线；水准观测；内业平差计算；地形图测绘；纵、横断面测量等各项工作。3、控制点选点埋石根据公路勘测规范JTG Cl0-2007 的要求，相邻控制点间距大约500m，平原、微丘区不得小于200m；点位距路线初步设计中心线的距离应大于50m，宜小于300m，每一点应至少有一相邻点通视。 控制点应选在地质条件稳定、视野开阔、点位不易遭到破坏的地方，离信号发射塔200m，高压电线50m以外。4、平面控制测量独立完成测量选定的控制点的导线测量任务，并与相邻小组间的观测数据完整并统一平差。根据公路勘测规范的要求，平面控制测量的等级为一级5导线。平面控制测量的各项技术要求见下表1、表2、表3、表4。表1 导线测量水平角观测的技术要求等级附合导线长度边数平均边长每边测边中误差测角中误差导线全长相对闭合差方位角闭合差一级16km120.5km14mm51/17000注：导线网节点间的长度不得大于表中长度的0.7倍。表2 水平角观测的主要技术要求测量等级仪器型号半测回归零差一测回内2C较差同一方向值各测回较差测回数一级DJ21218122DJ624244注：当照准点方向的垂直角超过士3。时，该方向的2C(C为视准轴误差）较差可按同一观测时间段内的相邻测回进行比较，其差值仍按上表规定。按此方法比较应在手薄中注明。表3 测距边测距的主要技术要求控制网等级观测次数每边测回数一测回读数较差（mm）单程各测回较差（mm）往返一级12710注：一测回是指照准目标一次，读数4次的过程。表4 角度、长度和坐标的数字取位要求等级角度（）长度（m）坐标（m）一级10.0010.0015、高程控制测量根据公路勘测规范JTG C10-2007 的规定，高程控制测量应采用四等水准测量的方法或相同精度的三角高程测量方法实施。高程控制点可与平面控制点同点位，当平面点不适合联测水准时，可单独布设水准点。高程控制测量的各项技术要求见下表5、表6、表7、表8。表5 水准测量的观测方法等级仪器类型水准尺类型观测方法观测方法四等DS3双面中丝读数法往返后-后-前-前表6 水准测量的技术要求等级视线长度/m前后视较差/m前后视累积差/m视线离地面最低高度/m红黑面读数差/mm红黑面高差较差/mm四等1005100.2305.0表7 水准测量计算数字取位等级往返测距离总和/km往返测距离中数/km各测站高差/mm往返测高差总和/mm往返测高差中数/mm高程/mm各等0.10.10.10.111表8 水准测量的精度等级每公里高差中数中误差/mm往返较差、附合或环线闭合差/mm检测已测侧段高差之差/mm偶然中误差M全中误差MW平原微丘区山岭重丘区四等或水准测量观测结果取舍的标准和是否需要重测的依据如下：1观测结果超限必须进行重测；2测站观测限差超限必须立即重测，否则从水准点或间隙点起重测；3测段往返测高差较差超限必须重测，重测后应选用往返合格的成果。如重测结果与原测结果分别比较，较差均不超过限差时，取三次结果的平均值；4每条水准路线按测段往返测高差较差，或附合路线的环线闭合差在计算高差中误差M或高差中数的全中误差MW超限时，应先对路线上闭合差较大的测段进行重测；5.跨河水准测量：当水准路线跨越江河（或湖塘、宽沟、洼地、山谷等），视线长度在200m以内时，可用一般观测方法进行。但在测站上应变换一次仪器高度，观测两次，两次高差之差应不超过7mm，取两次结果的中数。6、带状地形图测绘一般高等级公路的地形图测绘的比例尺以1：2000为多。本次实习测图比例尺为1：2000，因地形平坦，基本等高距为1m。采用测记法实测地形图，野外观测时绘制草图，内业在计算机上用南方CASS 软件根据草图绘制数字地形图。野外采集碎部点的坐标采用全站仪极坐标法。光电测距的最大长度应600m。 地形图测量时，仪器对中误差应小于图上0.05mm；当以较远一点标定方向，用其它点检核时，检核偏差不应大于图上0.3mm；当检查另一测站高程时，其较差不应大于1/5基本等高距。 高程注记点的分布力求均匀，其间距宜符合下表9的规定。高程注记至0.1m。表9 地形图上高程注记点的间距比例尺1：1000 1:2000高程注记点间距（m)30507、中线测设（放样）本次实习的线路设计已由指导教师完成，或在指导教师指导下由个别学生单独完成。公路设计的线型主要有直线、圆曲线、复曲线、缓和曲线，设计时需给定各类线型的各项参数。中线测设作为本次实习内容中放样工作的一个方面，要求根据设计的线路位置和参数，内业计算自己需要的整桩坐标，然后在实地放样出规定的整桩和各种地形、地物加桩。中桩放样的间距与放样的精度要求见下表10、表11。 设置测站时应对所使用的测站元素进行检查，当转移测站后，后一测站放样前应对前一测站所放桩位重放1-2个桩点进行检查。表10 中桩间距直线（m）曲线（m）平原微丘区山岭重丘区不设超高的曲线R6030R60R3050252520105表11 中桩平面位置精度公路等级距离限差中桩位置中误差（cm）桩位检测之差（cm）平原微丘区山岭重丘区平原微丘陵山岭重丘区一级120005101020地形加桩主要考虑陡坎、斜坡的上下缘；斜坡的变坡点等，地物加桩主要考虑道路、沟渠、房屋等建（构）筑物。8、中平测量公路中平测量是根据基平测量建立的水准点的高程，测出逐中桩的高程为绘制中断面提供依据。采用水准测量方法，以相邻两基平水准点为一测段，从一个水准点出发对测区范围内所有路线中桩逐个测量其地面高程，最后附和到下一个水准点上，立尺应在紧靠桩边。中桩高程测量应起闭于路线高程控制点上，高程测至桩志处的地面，其测量误差应符合下表12的规定。中桩高程取位至厘米。表12 中桩高程测量精度公路等级闭合差（mm）两次测量之差（cm）一级305注：L为高程测量的路线长度（km）。9、横断面测量公路横断面测量就是测定与公路中线正交方向上地形的起伏情况，沿路的数据采集。逐中桩点测量一定宽度的地形图，地面线，地物至中桩的距离和高差。然后用CASS把断面截取出来。横断面测量是进行路基设计、土石方的计算及施工中确定基填挖边的依据。横断面测量的方法应选用花杆皮尺法。横断面方向应与路线中线切线垂直，横断面中的距离、高程的读数应取位至0.1m，检测互差限差应符合下表13的规定。表13 横断面检测互差限差公路等级距离（m）高差（m）一级L/100+0.1h/100+L/200+0.1注：L为测点至中桩的水平距离（m）；h为测点至中桩的高差（m）。三、坐标系统选择1、坐标系统选择要求在公路、铁路、水域等带状区域进行施工放样时，我国现行国家标准规定，在进行平面控制测量坐标系统选择时，1km长度变形的相对误差应小于1/40000，即投影长度的变形值不大于2.5cm/km，这样的投影变形能满足工程建设施工放样中平面控制点间的相对精度不低于1/20000的要求，否则应建立独立坐标系统。为此，工程测量规范（GB 50026-93）规定，工程测量平面控制网的坐标系统选择在满足投影长度变形值不大于2.5cm/km的要求下采用：1.高斯正形投影统一3带平面直角坐标系统；2.高斯正形投影统一3带或任意带平面直角坐标系统，投影面可采用1985国家高程基准、抵偿高程面、测区平均高程面。2、计算投影长度变形观测边长归算至高斯平面上时，要经过高程归化和投影改化两项改正。观测边长D投影至某一高程面H0上时（即高程归化），其长度变形可按下式计算： (1)(1)式中H为观测边长的平均高程面高程，R为观测边平均曲率半径，其计算公式为： (2)(2)式中M为子午圈曲率半径，N为卯酉圈曲率半径，a为椭球长半轴，为椭球的第二偏心率，B为观测边的平均纬度，实际计算时B可取测区的平均纬度。由(1)式可以看出，如投影面H0低于观测边的平均高程面，为负值，即经投影后边长会缩短；反之，如投影面H0高于观测边的平均高程面，为正值，即经投影后边长会放长；同时，应指出的是：如果投影面为参考椭球面，此时，(1)式变为（H为观测边高出参考椭球面的距离，即正常高程与高程异常的和）。观测边的第二项改正是将归化至某一高程面上的边长S投影至高斯平面，改正公式可按下式计算： (3)(3)式中为观测边的平均横坐标值（即观测边离开中央子午线的距离），R为平均曲率半径。由(1)、(3)式可知，观测边投影至高斯平面后其长度变形可近似的写为： (4)3、选择坐标系统坐标系统的选择可依据(4)式计算出的长度变形，选择合适的中央子午线、高程投影面和抵偿区间（y坐标的变化量），来定义施工坐标系，以控制投影长度变形，满足施工放样的需要。计算表明：当平均高程在100m以内，测距边偏离中央子午线不大于45km时，其投影长度变形值小于2.5cm/km。如果测区高程变化不大，很容易找到合适的中央子午线及抵偿高程面；但对于高程变化较大，线路长的带状区域，选择合适的中央子午线及投影面相对比较困难。4、小结1坐标系统的正确选择是工程施工放样的基础，应在设计阶段选择合适的坐标系统，以满足工程测量施工放样的要求；2为能够准确计算投影长度变形值，建议在选择投影面前，以测区中心子午线为中央子午线，投影面选择参考椭球面进行计算，同时测得各控制点高程；3为保证线路的连续性，坐标系统之间应至少2个控制点重合；4在满足要求的情况下，投影面应最少；5一些精密工程测量对投影长度变形有更高的要求，如在特大桥、隧道等施工中，要求控制点的投影长度变形不大于1cm/km，此时，应根据实地情况选择合适的坐标系统。四、变形监测1、倾斜观测建筑物产生倾斜的原因主要是地基承载力的不均匀、建筑物体型复杂形成不同荷载及受外力风荷、地震等影响引起建筑物基础的不均匀沉降。测定建筑物倾斜度随时间而变化的工作叫倾斜观测。建筑主体倾斜观测应测定建筑顶部观测点相对于底部固定点或上层相对于下层观测点的倾斜度、倾斜方向及倾斜速率。刚性建筑的整体倾斜，可通过测量顶面或基础的差异沉降来间接确定。1.主体倾斜观测点和测站点的布设应符合下列要求：1）当从建筑外部观测时，测站点的点位应选在与倾斜方向成正交的方向线上距照准目标1520倍目标高度的固定位置。当利用建筑内部竖向通道观测时，可将通道底部中心点作为测站点；2）对于整体倾斜，观测点及底部固定点应沿着对应测站点的建筑主体竖直线，在顶部和底部上下对应布设；对于分层倾斜，应按分层部位上下对应布设；3）按前方交会法布设的测站点，基线端点的选设应顾及测距或长度丈量的要求。按方向线水平角法布设的测站点，应设置好定向点。2.观测方法倾斜观测一般是通过水准仪、经纬仪、垂球或其他专用仪器来测量建筑物的倾斜度。1）水准仪观测法 建筑物的倾斜观测可采用精密水准仪进行监测，其原理是通过测量建筑物基础的沉降量来确定建筑物的倾斜度，是一种简洁测量建筑物倾斜的方法。 利用水准仪观测法进行倾斜观测时，应定期测出基础两端点的沉降量，并计算出沉降量的差，再根据两点间的距离L，即可计算出建筑物基础的倾斜度。若知道建筑物的高度H,同时可计算出建筑物顶部的倾斜位移值。2）经纬仪观测法 利用经纬仪可以直接测出建筑物的倾斜度，其原理是用经纬仪测出建筑物顶部的倾斜位移值，则可计算出建筑物的倾斜度。该方法是一种直接测量建筑物倾斜的方法。观测千金塔的主体倾斜时，由于是从建筑或构件的外部观测，宜选用下列经纬仪观测法：a）投点法：观测时，应在底部观测点位置安置水平读数尺等量测设施。在每测站安置经纬仪投影时，应按正倒镜法测出每对上下观测点标志间的水平位移分量，再按矢量相加法求得水平位移值(倾斜量)和位移方向(倾斜方向)； b）测水平角法：对塔形、圆形建筑或构件，每测站的观测应以定向点作为零方向，测出各观测点的方向值和至底部中心的距离，计算顶部中心相对底部中心的水平位移分量。对矩形建筑，可在每测站直接观测顶部观测点与底部观测点之间的夹角或上层观测点与下层观测点之间的夹角，以所测角值与距离值计算整体的或分层的水平位移分量和位移方向； c）前方交会法：所选基线应与观测点组成最佳构形，交会角宜在60120之间。水平位移计算，可采用直接由两周期观测方向值之差解算坐标变化量的方向差交会法，亦可采用按每周期计算观测点坐标值，再以坐标差计算水平位移的方法。3）悬挂垂球法此方法是直接测量建筑物倾斜的最简单的方法，适合于内部有垂直通道的建筑物。从建筑物的上部悬挂垂球，根据上下应在同一位置上得点，直接量出建筑物的倾斜位移值，最后计算出倾斜度。3.倾斜观测应提交下列图表：1）倾斜观测点位布置图；2）倾斜观测成果表；3）主体倾斜曲线图。2、沉降观测1.设立水准基点及观测方法 1）水准基点是整个观测工作的基准，为保证观测值的高可靠性，在施工区附近(变形范围外)布设供沉降观测使用的3个水准基点，根据现场条件选择定点，高程系统为独立高程系，由以上水准点构成水准闭合环，并每间隔三六个月左右进行一次水准点的稳定性检测，以保证观测数据的高可靠性。 2）在布设水准点时应考虑如下因素： a）水准点应尽量与观测点接近，其距离不应超过200米，以保证观测的精度。 b）水准点应布设在建筑物、构筑物基础压力影响范围及受振动范围以外100米的安全地点。 3）测量仪器及测量方法：采用DS3水准仪进行二级水准观测，组成闭合水准路线。2.设立沉降观测点1）在建筑物的四角、大转角及建筑物的外墙每1015m处或每隔12根柱基上布设沉降观测点；2）同时在高低建筑物、纵横墙交接处、建筑物裂缝和沉降缝两侧、框架结构建筑物部分柱基上设置观测点；3）间距大约12m，地质复杂以及膨胀土地质的建筑物，在承重内隔墙中部设内墙点；4）片伐基础、箱形基础底板或接近基础的结构部分之四角处及中部位置设置观测点；5）标志的埋设位置应避开如雨水管、窗台线、暖气片、暖水管、电气开关等有碍设标与观测的障碍物，并应视立尺需要离开墙（柱）面和地面一定距离；6）根据建筑物结构及基础持力层特点，共计布设14个观测点，最终点位数量及位置可根据结构设计再进行调整；7）观测仪器、方法及精度：采用DS3水准仪进行二级水准沉降观测。3.沉降观测自始至终要遵循“五定”原则1）沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物的沉降观测点，点位要稳定；2）所用仪器、设备要稳定；3）观测人员要稳定；4）观测时的环境条件基本一致；5）观测路线、镜位、程序和方法要固定；以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。4.施测要求仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位予以鉴定。连续使用3-6个月后重新对所用仪器、设备进行检校。在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。5.沉降观测精度的要求根据建筑物的特性和建设、设计单位的要求选择沉降观测精度的等级。在无特殊要求情况下，一般高层建（构）筑物采用二级水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。6.沉降观测周期安排首次观测的沉降观测点高程值是以后各次观测用以比较的基础，其精度要求非常高，施测时一般用N2或N3级精密水准仪。并且要求每个观测点首次高程应在同期观测两次后决定。由于建筑物已经建成，为监测其沉降变化情况，按规定埋设永久观测点。进行首次观测，然后在开始观测过程中每星期观测一次，每23个月观测1次，观测一个雨水季后如沉降数据达到建筑变形测量规程规定的稳定标准，可停止观测，否则应继续进行观测工作，直至达到稳定标准为止，预计观测8次。7.稳定标准1）根据建筑变形测量规程JGJ 8-2007规范要求：“沉降速度小于0.01-0.04mm/天，可认为已进入稳定阶段，具体取值根据地基土的压缩性确定”；2）根据本工程基础持力层情况并结合其他多项类似工程经验数据，选定沉降速度小于0.02mm/天作为进入稳定阶段的标准，即当沉降速度小于0.02mm/天时可以停止观测工作。8.水准观测精度标准水准线路测站高差中误差0.5mm。以测站高差中误差m0.5mm来推算沉降观测点的水准测量的各项限差。具体为:1）水准线路闭合差定为:fh10mm(n为测站数)；2）测站前后视距差小于1m；3）各测站视线长度小于50m。9.观测值的平差计算、成果整理和统计分析每次外业观测工作结束后将掌上电脑内存存储的外业观测数据传输到计算机,用清华山维新技术公司开发的商品化专业控制网平差软件NASEW3.0进行平差计算，求得各点的高程和精度。按照平差后的高程填写在已制定的统计表格中，计算本次沉降量及累计沉降量,并注明日期和荷载情况，绘制关系曲线图，以及分析说明。10.沉降观测应提交下列图表：1）工程平面位置图及基准点分布图；2）沉降观测点位分布图；3）沉降观测成果表；4）时间荷载沉降量曲线图；5）等沉降曲线图。五、场地平整 大型工程项目要确定场地的设计底面，进行场地的平整工作。场地平整就是将自然地面改造成工程建设需要的平面、斜面、陡坎、斜坡等，然后进行建（构）筑物的施工。场地平整通常是挖高填低，并要求填、挖土方量应大致平衡。如图，在填挖土方量平衡的前提下,计算填挖土方量，并进行场地平整测设。1、测设方格网1施工桩放样：平整场地设计时，需要确定施工场地的四至边界，在该场地的地形图上布设普通方格网，按20m的间距设计并在现场放样施工的桩位。2高程测量：测量施工桩的地面标高。2、场地地面平均高程计算H平=（PiHi）/Pi 式中：Hi方格点的地面高程；Pi方格点的权。3、确定设计高