毕业设计（论文）浅析精密水准测量在工程变形监测中的应用

《毕业设计（论文）浅析精密水准测量在工程变形监测中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）浅析精密水准测量在工程变形监测中的应用（39页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 长江工程职业技术学院毕业设计（论文）浅析精密水准测量在工程变形监测中的应用 学生姓名 系（部） 勘测工程系 专 业 工程 测量 指导教师 2012年5月1日摘 要 工程变形监测的内容主要包括对各工程变形体进行的水平位移，垂直位移的监测。对变形体进行偏移、倾斜、绕度、弯曲、扭转、裂缝等的测量，主要是指对所描述的变形体自身形变和位移的几何测量的监测。采用工程 变形的几何分在对精密水准测量的基础上，阐述了该项技术在变形监测中应用前景和地位。在普通水准测量原理基础上，做出了更高精度的要求和严密施测程序。如：往测奇数站采用观测后尺基本分划前尺基本分划前尺辅助分划后尺辅助分划，往测偶数站采用观测前尺基本

2、分划后尺基本分划后尺辅助分划前尺辅助分划。返测奇偶数测站的观测程序与往测偶奇数测站的程序相同。视线长度一般在50m以内，前后视距差小于1m，测段累计差小于3m ，视距读至1mm，基辅差读至0.1mm，基辅高差之差小于0.6mm。实践证明，此项程序和精度要求完全符合变形监测应用。析和变形的物理解释的方法有效确定了变形要素的变形过程，以预测其变形的趋势和将会带来的影响，从而使得能够高效安全施工运营。关键词： 水准测量 变形监测 数据分析 精密测量目 录前言1第一章 精密水准测量2第一节 精密水准仪和水准尺的主要特点2第二节 精密水准测量的主要误差来源及影响分析8第三节 水准测量的原理12第四节 精

3、密水准测量的实施13第二章 精密水准测量在变形监测中的应用研究16第一节 变形监测的目的和意义16第二节 变形监测点的布设原则17第三节 监测内容和原则18第四节 监测频率的确定22第五节 监测结果的分析方法23第六节 变形监测实例举例27第三章 结语30参考文献31致谢32附录33III前 言 由于科学的发展，随着工程建筑物的规模越来越大，建筑物的结构和内部设施也愈来愈复杂。为了保证大型精密设备的安全和正常运行，对测量的速度要求愈来愈快。对于如何高效快速安全进行工程建设，变形监测这一技术开始登上了工程建设的舞台。精密水准测量则是变形监测中重要的一部分，在变形监测的应用有着广阔的市场应用前景。

4、在精密水准测量技术的不断发展和完善为变形监测的应用和研究提供了有效的工具和手段。通过工程变形的几何分析（参考点的稳定分析，观测值的平差处理和质量评定以及变形模型参数估计）和变形的物理解释（统计分析法，确定函数法和混合模型法）,为工程建设提供了工科学更严谨的监测资料。科学，准确，及时的分析和预报工程及工程建构筑物的变形状况，对工程项目的施工和运营管理有着重要意义。第一章 精密水准测量第一节 精密水准仪和水准尺的主要特点一、精密水准仪的构造特点 对于精密水准测量的精度而言，除一些外界因素的影响外，观测仪器水准仪在结构上的精确性与可靠性是具有重要意义的。为此，对精密水准仪必须具备的一些条件提出下列要

5、求。1.高质量的望远镜光学系统为了在望远镜中能获得水准标尺上分划线的清晰影像，望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm2.坚固稳定的仪器结构仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并在仪器上套有起隔热作用的防护罩。3.高精度的测微器装置精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数，从而提高在水准标尺上的读数精度。一般精密水准仪的光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.0lmm。4.高灵敏的管水准器一

6、般精密水准仪的管水准器的格值为10/2mm。由于水准器的灵敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。表5-1 我国水准仪系列及基本技术参数技术参数项目水准仪系列型号S05S1S3S10每公里往返平均高差中误差望远镜放大率望远镜有效孔径管状水准器格值测微器有效量测范围测微器最小分格值0.5mm40倍60mm10/2mm5mm0.1mm1mm40倍50mm10/2mm5mm0.1mm3mm30倍42mm20/mm10mm25倍35mm2

7、0/2mm自动安平水准仪补偿性能补偿范围安平精度安平时间不长于80.12s80.22s80.52s1022s图5-7 5.高性能的补偿器装置对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精密度都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水准测量观测成果的精度。我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。S是“水”字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返平均高差的偶然中误差的毫米数。我国水准仪系列及基本技术参数列于表5-1。二、精密水准标尺的构造特点水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有误差，则对精密水准

8、测量的观测成果带来系统性质的误差影响，为此，对精密水准标尺提出如下要求：（1）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。一般精密水准尺的分划是漆在因瓦合金带上，因瓦合金带则以一定的拉力引张在木质尺身的沟槽中，这样因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩变形影响。水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上，如图5-7（a）、（b）所示。 （2）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。水准标尺分划的偶然误差和系统误差的大小主要决定于分划刻度工艺的水平，当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8llm。由于精密水准标尺分划的系统误

9、差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。（3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。图5-8在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如图5-8所示。（4）在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。在尺身上一般还应有扶尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在垂直位置。（5）为了提

10、高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，一般精密水准标尺都为黑色线条分划，如图5-7所示，和浅黄色的尺面相配合，有利于观测时对水准标尺分划精确照准。线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm和5mm两种。分格值为lOmm的精密水准标尺如图5-7（a）所示，它有两排分划，尺面右边一排分划注记从0300cm，称为基本分划，左边一排分划注记从300600cm称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基辅差，通常又称尺常数，水准测量作业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm的精密水准尺如图5-7（b）所示，它也有两排分划，但两排分划彼此错开5m

11、m ,所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是米数，左边注记的是分米数，整个注记从0.15.9m，实际分格值为5mm，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测得的高差值必须除以2才是实际的高差值。分格值为5mm的精密水准标尺，也有有一辅助分划的。与数字编码水准仪配套使用的条形码水准尺如图5-9所示。通过数字编码水准仪的探测器来识别水准尺上的条形码，再经过数字影像处理，给出水准尺上的读数，取代了在水准尺上的目视读数。Wild N3精密水准仪图5-10WildN3精密水准仪的外形如图5-10所示。望远镜物镜的有效孔径

12、为50mm，放大倍率为40倍，管状水准器格值为10/2mm。N3精密水准仪与分格值为l0mm的精密因瓦水准标尺配套使用，标尺的基辅差为301.55cm。在望远镜目镜的左边上下有两个小目镜（在图5-10中没有表示出来），它们是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜，在3个不同的目镜中所见到的影像如图5-11所示。转动倾斜螺旋，使符合气泡观察目镜的水准气泡两端符合，则视线精确水平，此时可转动测微螺旋使望远镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺上的148分划线，也就是使148分划线平分楔角，再在测微器目镜中读出测微器读数653(即6.53mm)，故水平视线在水准标尺上的全部读数为148.653cm。1. N3精

13、密水准仪的倾料螺旋装置图5-12所示是N3型精密水准仪倾斜螺旋装置及其作用示意图。它是一种杠杆结构，转动倾斜螺旋时，通过着力点可以带动支臂绕支点转动，使其对望远镜的作用点产生微量升降，从而使望远镜绕转轴作微量倾斜。由于望远镜与水准器是紧密相联的，于是倾斜螺旋的旋转就可以使水准轴和视准轴同时产生微量的变化，借以迅速而精确地将视准轴整平。在倾斜螺旋上一般附有分划盘，可借助于固定指标进行读数，由倾斜螺旋所转动的格数可以确定视线倾角的微小变化量，其转动范围约为7周。借助于这种装置，可以测定视准轴微倾的角度值，在进行跨越障碍物的精密水准测量时具有重要作用。 图5-11 图5-12必须指出，由图5-12可

14、见仪器转轴并不位于望远镜的中心，而是位于靠近物镜的一端。由圆水准器整平仪器时，垂直轴并不能精确在垂直位置，可能偏离垂直位置较大。此时使用倾斜螺旋精确整平视准轴时，将会引起视准轴高度的变化，倾斜螺旋转动量愈大，视准轴高度的变化也就愈大。如果前后视精确整平视准轴时，倾斜螺旋的转动量不等，就会在高差中带来这种误差的影响。因此，在实际作业中规定：只有在符合水准气泡两端影像的分离量小于lcm时（这时仪器的垂直轴基本上在垂直位置），才允许使用倾斜螺旋来进行精确整平视准轴。但有些仪器转轴的装置，位于过望远镜中心的垂直几何轴线上。 2.N3精密水准仪的测微器装置 图5-13是N3精密水准仪的光学测微器的测微工

15、作原理示意图。由图可见，光学测微器由平行玻璃板、测微器分划尺、传动杆和测微螺旋等部件组成。平行玻璃板传动杆与测微分划尺相连。测微分划尺上有100个分格，它与10mm相对应，即每分格为0.lmm，可估读至0.Olmm。每10格有较长分划线并注记数字，每两长分划线间的格值为lmm。当平行玻璃板与水平视线正交时，测微分划尺上初始读数为5mm。转动测微螺旋时，传动杆就带动平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，并同时带动测微分划尺作相应的移动。平行玻璃板相对于物镜作前俯后仰，水平视线就会向上或向下作平行移动。若逆转测微螺旋，使平行玻璃板前俯到测微分划尺移至10mm处，则水平视线向下平移5mm，反之，顺转测微螺

16、旋使平行玻璃板后仰到测微分划尺移至Omm处，则水平视线向上平移5mm。图5-13 在图5-13中，当平行玻璃板与水平视线正交时，水准标尺上读数应为在两相邻分划148与149之间，此时测微分划上读数为5mm，而不是0。转动测微螺旋，平行玻璃板作前俯，使水平视线向下平移与就近的148分划重合，这时测微分划尺上的读数为6.50mm,而水平视线的平移量应为6.505mm，最后读数为=148cm+6.50mm-5mm即 =148.650cm-5mm由上述可知，每次读数中应减去常数（初始读数) 5mm,但因在水准测量中计算高差时能自动抵消这个常数，所以在水准测量作业时，读数、记录、计算过程中都可以不考虑这

17、个常数。但在单向读数时就必须减去这个初始读数。测微器的平行玻璃板安置在物镜前面的望远镜筒内，如图5-14所示。在平行玻璃板的前端，装有一块带楔角的保护玻璃，实质上是一个光楔罩，它一方面可以防止尘土侵人望远镜筒内，另一方面光楔的转动可使视准轴倾角作微小的变化，借以精确地校正视准轴与水准轴的平行性。近期生产的新N3精密水准仪如图5-15所示。望远镜物镜的有效孔径为52mm，并有一个放大倍率为40的准直望远镜，直立成像，能清晰地观测到离物镜0.3m处的水准标尺。图5-14 图5-15光学平行玻璃板测微器可直接读至0.lmm，估读到0.Olmm。校验性微倾螺旋装置可以用来测量微小的垂直角和倾斜度的变化

18、。仪器备选附件有自动准直目镜、激光目镜、目镜照明灯和折角目镜等，利用这些附件可进一步扩大仪器的应用范围，可用于精密高程控制测量、形变测量、沉陷监测、工业应用等。图5-16这种仪器的主要特点是对热影响的感应较小，即当外界温度变化时，水准轴与视准轴之间的交角的变化很小，这是因为望远镜、管状水准器和平行玻璃板的倾斜设备等部件，都装在一个附有绝热层的金属套筒内，这样就保证了水准仪上这些部件的温度迅速达到平衡。仪器物镜的有效孔径为56mm，望远镜放大倍率为44倍，望远镜目镜视场内有左右两组楔形丝，如图5-17所示，右边一组楔形丝的交角较小，在视距较远时使用，左边一组楔形丝的交角较大，在视距较近时使用，管

19、状水准器格值为10/2mm。转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内平移，测微器的分划鼓直接与测微螺旋相连（见图5-17），通过放大镜在测微鼓上进行读数，测微鼓上有100个分格，所以测微鼓最小格值为0.1mm。从望远镜目镜视场中所看到的影像如图5-17所示，视场下部是水准器的符合气泡影像。Ni 004精密水准仪与分格值为5mm的精密因瓦水准尺配套使用。在图5-17中，使用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上197分划，在测微分划鼓上的读数为340，即3.40mm，水准标尺上的全部读数为197.340cm。图5-17 图5-18 国产S1型精密水准仪图5-19 Sl型精密水准仪是北京测绘仪器厂生产的，

20、其外形如图5-18所示。仪器物镜的有效孔径为50mm，望远镜放大倍率为40倍，管状水准器格值为10/2mm。转动测微螺旋可使水平视线在10mm范围内作平移，测微器分划尺有100个分格，故测微器分划尺最小格值为0.1mm。望远镜目镜视场中所看到的影像如图5-19所示，视场左边是水准器的符合气泡影像，测微器读数显微镜在望远镜目镜的右下方。国产S1型精密水准仪与分格值为5mm的精密水准标尺配套使用。在图5-19中，使用测微螺旋使楔形丝夹准198分划，在测微器读数显微镜中的读数为150，即1.5Omm，水准标尺上的全部读数为198.150cm。第二节 水准测量的主要误差来源及影响分析一、水准测量误差分

21、析水准测量误差有仪器误差、观测误差和外界条件的影响。（一）仪器误差： 水准仪在使用前应进行严格的检验，但由于检验不完善或其他方面的影响，使仪器存在残差。例如水准管轴与视准轴不平行的残余误差，可采用等距离观测可以消除。此外水准尺误差如尺长、弯曲、零点误差等，可采用前后视交替放置尺子，凑成偶数等方法加以消除。（二）观测与操作者的误差： 水准管居中误差： 水准管居中误差主要与水准管分划值及人眼的分辨率有关。 实践证明一般人判断气泡居中误差约为0.15，采用符合水准器后，居中精度约提高一倍即：0.15 / 2，引起的读数 照准误差： 照准误差与人眼的分辨能力、望远镜的放大率、视线长度有关。 照准误差为

22、： ，由此引起的读数误差为： ，估读误差： 估读毫米数的误差与十字丝粗细、望远镜放大率、视线长度有关。一般认为在100米内m估 = 1.2 mm。 视差对读数的影响：扶影响： 由于扶尺不直引起读数变大。其误差为：b = b- b = b( 1 cos ),可见与尺上读数和倾角有关，当b= 2.5 m， 2时，b 1.5mm。 水准仪与尺垫下沉和反弹误差： 可采用“后前前后”的观测顺序。（三）外界环境的影响：球差：p = D2 / 2R 气差：r = D2 /（2 7R） 球差和气差的联合影响：f = p r = 0.43 D2 / R，故：hAB =（ a b ）（ f a f b ） 当D

23、a = D b时，则：f a = f b ，即前后视距相等可消除地球曲率和大气折光对水准测量产生的误差影响。1.仪器误差之一是水准仪的望远镜视准轴不平行于水准管轴所产生的误差仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。针对中间法在实际过程中的控制，立尺人是关键，通过应用普通皮尺测距离，之后立尺，简单易行。而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。2.仪器误差之二是水准尺误差主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、刻

24、划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确），对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。3.观测误差之一是符合水准管气泡居中的误差由于符合水准气泡未能做到严格居中，造成望远镜视准轴倾斜，产生读数误差。读数误差的大小与水准管的灵敏度有关，主要是水准管分划值的大小。此外，读数误差与视线长度成正比。水准管居中误差一般认为是0.1，根据公式m居=0.1S/，DS3级水准仪

25、水准管的分划值一般为20，视线长度S为75m，=206265，那么，m居=0.4mm。由此看来，只要观测时符合水准管气泡能够认真仔细进行居中，且对视线长度加以限制，与中间法一致，此误差可以消除。4.观测误差之二是视差的影响当存在视差时，尺像不与十字丝平面重合，观测时眼睛所在的位置不同，读出的数也不同，因此，产生读数误差。所以在每次读数前，控制方法就是要仔细进行物镜对光，消除视差。5.观测误差之三是水准尺的倾斜误差水准尺如果是向视线的左右倾斜，观测时通过望远镜十字丝很容易察觉而纠正。但是，如果水准尺的倾斜方向与视线方向一致，则不易察觉。尺子倾斜总是使尺上读数增大。它对读数的影响与尺的倾斜角和尺上

26、读数的大小（即视线距地面的高度）有关。尺的倾斜角越大，对读数的影响就越大；尺上读数越大，对读数的影响就越大。所产生的读数误差为a=a（1-cos）。当=3o，a=1.5m时，a=2mm，由此可以看出，此项影响是不可忽视的，通常我们立镜高度是1.7m, 则a=2.33mm，。因此，在水准测量中，立尺是一项十分重要的工作，一定要认真立尺，使尺处于铅垂位置。尺上有圆水准的应使气泡居中。必要时可用摇尺法，即读数时尺底置于点上，尺的上部在视线方向前后慢慢摇动，读取最小的读数。当地面坡度较大时，尤其应注意将尺子扶直，并应限制尺的最大读数。最重要的是在转点位置。6.外界条件和下沉的影响用水平面代替水准面对高

27、程的影响，可以用公式h=D2/（2R）表示，地球半径R=6371Km，当D=75m时，h=0.44cm；当D=100m时，h=0.08cm；当D=500m时，h=2cm；当D=1Km时，h=8cm；当D=2Km时，h=31cm；显然，以水平面代替水准面时高程所产生的误差要远大于测量高程的误差。所以，对于高程而言，即使距离很短，也不能将水准面当作水平面，一定要考虑地球曲率对高程的影响。实测中采用中间法可消除。大气折光使视线成为一条曲率约为地球半径7倍的曲线，使读数减小，可以用公式h=D2/（2x7R）表示，视线离地面越近，折射越大，因此，视线距离地面的角度不应小于0.3m，并且其影响也可用中间法

28、消除或减弱。此外，应选择有利的时间，一日之中，上午10时至下午4时这段时间大气比较稳定，便于消除大气折光的影响，但在中午前后观测时，尺像会有跳动，影响读数，应避开这段时间，阴天、有微风的天气可全天观测。仪器下沉是指在一测站上读的后视读数和前视读数之间仪器发生下沉，使得前视读数减小，算得的高差增大。为减弱其影响，当采用双面尺法或变更仪器高法时，第一次是读后视读数再读前视读数，而第二次则先读前视读数再读后视读数。即“后、前、前、后”的观测程序。这样的两次高差的平均值即可消除或减弱仪器下沉的影响。水准尺下沉的误差是指仪器在迁过程中，转点发生下沉，使迁站后的后视读数增大，算得的高差也增大。如果采取往返

29、测，往测高差增大，返测高差减小，所以取往返高差的平均值，可以减弱水准尺下沉的影响。最有效的方法是应用尺垫，在转点的地方必须放置尺垫，并将其踩实，以防止水准尺在观测过程中下沉。根据误差来源分析表1.1，应用偶然中误差M=（/4nR）（1/2）计算合格，附合路线闭合差公式计算同样合格。那么，这个比较隐蔽的错误主要来源是立尺方向出现倾斜和转点位置下沉或移动，中间法距离控制不好。解决的方法是首先改变水准测量的模式，基平与中平分开。其次在每一个测站检核，在同一测站上以不同的仪器高度（或称视线高度）观测两次，两次所测高差之差不超过规定的容许值2.0mm，取其算术平均值作为本测站的观测结果。严格执行上述控制

30、误差的方法。就能够有效的把误差控制在精度要求内。减小和消除误差的方法都是以增加时间或采取更多的步骤为代价。在测量中操作熟练，才能提高观测的速度，采取规范的办法，严格执行正确步骤，司仪与立尺互相配合，才能得到正确结果。通过实践证明，将控制方法应用到实际工作中后，没有出现过错误，达到了“多干事、动作快、效率好、省时间”的目的。第三节 水准测量的原理和方法一、水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。如图2-1所示， A、B两点间高差hAB为 （2-1）设水准测量是由A向B进行的，则A点为后

31、视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。因此，高差等于后视读数减去前视读数。二、计算未知点高程（一）高差法测得A、B两点间高差hAB后，如果已知A点的高程HA，则B点的高程HB为： （2-2）这种直接利用高差计算未知点B高程的方法，称为高差法。（二）视线高法如图2-1所示，B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算，即 （2-3）这种利用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程的方法，称为视线高法。在施工测量中，有时安置一次仪器，需测定多个地面点的高程，采用视线高法就比较方便。三、水准测量方法 图 318 水准测量方法示意图 当地面上A、B 两点间的距离较远

32、，超过水准仪到水准尺规定的视线长度(一般规定为80、100m)时，必须将A、B 间的水准路线分成若干段(图318)，连续设置仪器，依次测得各段高差。然后再根据A点高程，求得B点高程。第四节 精密水准测量的实施从实验场地的某一水淮点出发，选定一条闭合水准路线；或从一个水准点出发至另一水淮点，选定一条附合水准路线。路线长度为20003000m。 (2) 安置水准仪的测站至前、后视立尺点的距离，应该量距使其相等，其观测次序如下： 往测奇数站的观测程序：后前前后； 往测偶数站的观测程序：前后后前； 返测奇数站的观测程序：前后后前； 返测偶数站的观测程序：后前前后； （3）手薄记录和计算见表“二等水准测

33、量记录”中按表头的次序次序(1)(8)、(9)一(10)为计算结果： 后视距离(9)100（(1)-(20) 前视距离(10)100（(4)-(5)） 视距之差(6)(9)(10) 视距累计差（12）上站（12）十本站（11） 基辅分划差（13）（4）K （7），(k30155或60655视标尺而定) （14）（3）K （8） 基本分划高差（15）（3）（4），辅助分划高差（16）（8）（7） 高差之差（17）（14）（13）（15）（16） 平均高差（18）（15）（16）/2 每站读数结束记录（1）（8），随即进行各项计算（9）一（10），并按上表进行各项检查后，满足如下限差后，才能搬站。

34、 (4) 依次设站，用相同的方法进行观测，直至线路终点，计算线路的高差闭合差，按二等水准测量的规定，线路高差闭合差的容许值4温度 云量 风向速度天气土质太阳测站编号后尺 下丝 前尺 下丝 方向尺 标尺读数 基减辅 备注 上丝 上丝 基本分划 辅助分划 （1）（5后（3）（8）（14）K=3.01550（2）（6）前（4）（7）（13）（9）（10）后前（15）（16）（17）（11）（12）h（18）精密水准测量必须用带测微器的精密水准仪和膨胀系数小的因瓦水准标尺，以提高读数精度、削弱温度变化对测量结果的影响。仪器至标尺的距离约在3560米，且距前后标尺的距离基本相等，同时采用完善的观测程序，

35、以削减水准仪残余的微小倾斜带来的影响和大气折光影响。 水准测量结果须按所采用的高程系统加入必要的改正，以求出精确的高程。 水准观测的主要技术要求表3.2.6等级水准仪的型号视线长度(m)前后视较差(m)前后视累积差(m)视线离地面最低高度(m)基本分划、辅助分划或黑面、红面读数较差(mm)基本分划、辅助分划或黑面、红面所测高差较差(mm)二等DS150130.50.50.7三等DS1100360.31.01.5DS2752.03.0四等DS21005100.23.05.0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、四等水准采用变动仪器高度观测单面水准尺时，所测两次高差较差

36、，应与黑面、红面所测高差之差的要求相同。等级每公里高差中数中误差（mm）水准仪的型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差（mm）偶然中误差（M）全中误差MW与已知点联测附合或环线二等12DS1因瓦往返各一次往返各一次4 三等36DS1因瓦往返各一次往一次12 DS3双面往返各一次四等510DS3双面往返各一次往一次20 五等816DS3单面往返各一次往一次30 注：L为往返测段、附合或环线的水准路张长度（km）。表3.2.1等级每千米高差全中误差(mm)路线长度(km)水准仪的型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环线平地(mm)山地(mm)二等2DS1因瓦往返各一

37、次往返各一次4三等650DS1因瓦往返各一次往一次124DS3双面往返各一次四等1016DS3双面往返各一次往一次206五等15DS3单面往返各一次往一次30注：结点之间或结点与高级点之间，其路线的长度，不应大于表中规定的0.7倍；L为往返测段，附合或环线的水准路线长度（km）；n为测站数。水准测量所使用的仪器及水准尺，应符合下列规定：（一）、水准仪视准轴与水准管轴的夹角，DS1型不应超过15；DS3型不应超过20；（二）、水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm，对于双面水准尺，不应超过0.5mm；（三）、二等水准测量采用补偿式自动安平水准仪时，其补偿误差不应

38、超过0.2。1）水准测量过程中应尽量用目估或步测保持前、后视距基本相等，用以消除或减弱水准管轴不平行致使视准轴所产生的误差，同时选择适当的观测时间，限制视线长度和高度来减少折光的影响。2）仪器脚架要踩牢，观测速度要快，以减少仪器下沉的影响。转点处要用尺垫，取往、返观测结果的平均值来抵消转点下沉的影响。3）估读要准确，读数时要仔细对光，消除视差，必须使水准管气泡居中，读完以后，再检查气泡是否居中。4）检查水准尺，消除尺底泥土。扶尺者要身体站正，双手扶尺，保证扶尺竖直。为了消除两尺零点不一致对观测成果的影响，应在起、终点上用同一标尺。5）记录要原始，当场填写清楚，在记错或算错时，应在错字上划一斜线

39、，将正确数字写在错字上方。6）读数时，记录员要复读，以便核对，并应按记录格式填写，字迹要整齐、清楚、端正，所有计算成果必须经校核后才能使用。7）观测时如果阳光较强要撑伞，给仪器遮太阳。第二章 精密水准测量在变形监测中的应用研究第一节 变形监测的目的和意义工程变形监测的首要目的是要掌握工程变形体的实际性状，为判断其是否安全提供必要的信息。变形监测涉及工程测量、工程地质、水文、结构力学、地球物理、计算机科学等诸多学科的知识，它是一项跨学科的研究，并正向边缘学科的方向发展。变形监测工作的意义主要表现在两个方面：首先是掌握水利工程建筑物的稳定性，为安全运行诊断提供必要的信息，以便及时发现问题并采取措施

40、；其次是科学上的意义，包括根本的理解变形的机理，提高工程设计的理论，进行反馈设计以及建立有效的变形预报模型。第二节 变形监测点的布设原则 工作基点（以下简称基点）是沉降观测的基准点，应根据工程的沉降施测方案和布网原则的要求建立，而沉降施测方案应根据工程的布局特点、现场的环境条件制订。依据工作经验，一般高层建筑物周围要布设三个基点，且与建筑物相距50m至100m间的范围为宜。基点可利用已有的、稳定性好的埋石点和墙脚水准点，也可以在该区域内基础稳定、修建时间长的建筑物上设置墙脚水准点。若区域内不具备上述条件，则可按相应要求，选在隐蔽性好且通视良好、确保安全的地方埋设基点。所布设的基点，在未确定其稳

41、定性前，严禁使用。因此，每次都要测定基点间的高差，以判定它们之间是否相对稳定，并且基点要定期与远离建筑物的高等级水准点联测，以检核其本身的稳定性。沉降观测点应依据建筑物的形状、结构、地质条件、桩形等因素综合考虑，布设在最能敏感反映建筑物沉降变化的地点。一般布设在建筑物四角、差异沉降量大的位置、地质条件有明显不同的区段以及沉降裂缝的两侧。埋设时注意观测点与建筑物的联结要牢靠，使得观测点的变化能真正反映建筑物的变化情况。并根据建筑物的平面设计图纸绘制沉降观测点布点图，以确定沉降观测点的位置。在工作点与沉降观测点之间要建立固定的观测路线，并在架设仪器站点与转点处做好标记桩，保证各次观测均沿统一路线。

42、工程建筑物从施工开始到竣工，以及建成运营后很长一段时间，沉降变形是不可避免的。如果变形在一定的限度之内属正常现象，但一旦超过某一限度，就会危及建筑物的安全。因此，在建筑物的施工和运营期间，都必须对建筑物进行安全监测，以便及时掌握变形情况，发现问题，采取措施，保证建筑物从施工开始到运营期间均安全有效。 沉降观测依据以下原则布设：（1）参照设计图纸；（2）建筑物的四角极大转角处；（3）高低层建筑物、纵横墙的交接处两侧；（4）建筑物沉降缝两侧、基础埋深相差悬殊处。根据以上原则并结合本工程的特点，共在恒达嘉园上布置14个沉降观测点，具体点位详见沉降观测点平面布置图。 水准基准点和工作基点的布设和测定

43、基准点是沉降观测的基本控制，拟在场地外适当位置设置34个水准基准点，并准确测定其高程。为保证准确无误，将分时间段、往返观测，往返观测之差满足：M 小于0.3mm。工作基点用作直接测定观测点的起始点或终点，选择适当位置布置工作基点，与基准点一起布设成水准环线，按要求进行联测。 沉降观测点的布设和观测 沉降观测点在建筑物施工过程中由我方埋设好由市质检站统一监制的沉降观测标志点，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，埋设于0.0（如0.0与室外地平不一致，则按室外地平）以上约0.2m的位置。本次共布设14个沉降观测点（详见恒达嘉园沉降观测平面布置图）

44、。沉降观测点与工作基点、基准点构成沉降监测网，按二等水准测量的要求进行精确测量。第三节 监测内容和原则一、监测内容随着工业与民用建筑业的发展，各种复杂而大型的工程建筑物日益增多，工程建筑物的兴建，改变了地面原有的状态，并且对于建筑物的地基施加了一定的压力，这就必然会引起地基及周围地层的变形。为了保证建（构）筑物的正常使用寿命和建（构）筑物的安全性，并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数，建（构）筑物沉降观测的必要性和重要性愈加明显。现行规范也规定，高层建筑物、高耸构筑物、重要古建筑物及连续生产设施基础、动力设备基础、滑坡监测等均要进行沉降观测。特别在高层建筑物施工过程中，应用沉降

45、观测加强过程监控，指导合理的施工工序，预防在施工过程中出现不均匀沉降，及时反馈信息，为勘察设计施工部门提供详尽的一手资料，避免因沉降原因造成建筑物主体结构的破坏或产生影响结构使用功能的裂缝，造成巨大的经济损失。 测定建筑物及其地基在建筑物本身的荷载或受外力作用下，一定时间段内所产生的变形量及其数据的分析和处理工作。内容包括沉降、倾斜、位移、挠曲、风振等变形观测项目。其目的是监视建筑物在施工过程中和竣工后，投入使用中的安全情况；验证地质勘察资料和设计数据的可靠程度；研究变形的原因和规律，以改进设计理论和施工方法。（一） 建筑物地基和基础变形观测内容主要有： 基坑回弹测量在基坑开挖前、中、后期，测

46、出事先埋设在基底面上的观测点，由于基坑开挖引起的高程变化。开挖前和开挖后两次的高程差为基坑的总回弹量。地基分层沉降测量测出埋设在不同土层上的观测点因荷载增加而引起的高程变化，以求得各土层的沉降量和受压层的最大深度。建筑物的沉降测量测出建筑物或基础上的观测点，因时间推移或因地基发生变化所引起的高程差异，比较不同周期的观测值即得沉降量。以上内容都属于以垂直位移为主的变形观测，其方法是首先按建筑场地地形、地质条件和对变形观测的精度要求，合理布设变形控制网点(见工程控制测量)。在建筑物附近比较稳固的位置埋设工作基点，直接用以测定建筑物上的观测点的位移，尽可能在变形影响以外的稳固位置埋设基准点（检查点）

47、，用以检核工作基点本身的稳固性(见地面沉降和水平位移观测)。工作基点与基准点一般都组成网形，用精密水准测量的方法来施测和检验。高程变化值的测定通常采用精密水准方法，也可用液体静力水准仪、气泡倾斜仪、电子水准器等进行测量。（二） 建筑物上部变形观测内容主要有：倾斜观测测定建筑物顶部由于地基有差异沉降或受外力作用而产生的垂直偏差。通常在顶部和墙基设置观测点，定期观测其相对位移值，也可直接观测顶部中心点相对于底部中心点的位移值，然后推算建筑物的倾斜度。位移观测测定建筑物因受侧向荷载的影响而产生的水平位移量，观测点的建立视工程情况和位移的方向而定。 裂缝观测测出建筑物因基础有局部不均匀沉降而使墙体出现

48、的裂缝。一般在裂缝两侧设置观测标志，定期观测其位置变化，以取得裂缝的大小和走向等资料。挠度观测测定建筑物受力后产生的挠曲程度。一般测定设置在建筑物垂直面内不同高度观测点相对于底点的水平位移值。摆动和转动观测测定高层建筑物和高耸构筑物在风振、地震、日照等外力作用下的摆动量和扭曲程度。上述内容多属于以水平位移为主的变形观测，其方法除在稳定地区建立变形控制网，检验工作基点或基准点的稳固性外，通常使用测角前方交会法、经纬仪投影法、观测水平角法、激光准直法和垂线观测法等，来定期测定观测点的位置变化。对于特定方向的水平位移，还可用视准线法和引张线法进行观测。近年来，开始应用的近景摄影测量方法，对于测定地基

49、基础与建筑物沉降、建筑物倾斜、测求裂缝参数、模型变形状态参数，以及建筑机械构件变形的检验等方面都有一定的效果。近景摄影测量通常使用摄影经纬仪、普通摄影机或高速摄影机，按正直、等偏、交向等摄影方式，可在一定时间段或瞬间连续记录建筑物和试验模型的大量点位变形信息。并使用立体坐标量测仪、电子计算机、精密立体测图仪或解析测图仪，按解析法或模拟解析法，测定观测点随时间所产生的二维或三维相对变形量。所摄得的像片，作为档案资料还可在其他任何时候进行检核量测。 变形观测的数据处理与分析首先，将观测成果进行初步整理，再以时间或荷载为横坐标，以累计变形量为纵坐标，绘制各种变形过程线，以便初步了解变形的幅度、趋势和

50、建筑物的安全情况。其次，要对观测资料进行归纳和分析。通常采用回归分析的方法，先选择合适的拟合方法，再按最小二乘法与统计检验的原理求得回归方程，从而找出变形的规律性。由此方程即可根据各个自变量来推求所需因变量(即变形值)，以推算、预报今后的变形情况，研究应采取的措施。对于基准点、工作基点和观测点稳固性的检验，在有固定的起算点时，用统计检验的方法，根据定期重复观测的结果，用最小二乘法计算各点的离差矢量,进行F（两个正态母体的方差是否相等）检验，以判断水准点高程的变化是由于水准点的升降还是由于观测的误差所引起。在没有固定的起算点时，采用秩亏自由网平差方法计算各点的位移值，根据定期重复观测成果，判断其

51、稳定性。随着高大建筑的增多和古建筑的维修，变形观测工作愈来愈受到人们的重视。变形控制网的布设，已在研究应用优化设计的理论和方法；观测方法除了沿用一些行之有效的传统观测仪器和方法外，将逐步应用全能激光测量仪、自动垂直仪、电子测斜仪、位移摄影探索器等光电、电子仪器和摄影测量技术，使测量过程日趋自动化；观测数据的处理，已广泛应用数理统计的方法来检验点位的稳定性，由单一变量统计分析发展到多变量动态的定性定量统计分析，对建筑物的安全将提供更可靠的。二、监测原则1、 仪器设备、人员素质的要求 根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1

52、10 120，为此要求沉降观测应使用精密水准仪(S1或S05级)，水准尺也应使用受环境及温差变化影肉小的高精度铟 合金水准尺。在不具备铟合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一段标尺。 人员素质的要求，必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，熟悉测量理论能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序，对实施过程中出现的问题能够会分析原因并正确的运用误差理论进行平差计算，做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。2、 观测时间的要求 建构筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，而是整个观测得不到完整的观测意义。其他各阶

53、段的复测，根据工程进展情况必须定时进行，不得漏测或补测。只有这样，才能得到准确的沉降情况或规律。相邻的两次时间间隔称为一个观测周期，一般高层建筑物的沉降观测按一定的时间段为一观测周期(如：次/30天)或按建筑物的加荷情况每升高一层(或数层)为一观测周期，无论采取何种方式都必须按施测方案中规定的观测周期准时进行。3、 观测点的要求 为了能够反映出建构筑物的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。一般要求建筑物上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以1530米为宜，均匀地分布在建筑物的周围。通常情况下，建筑物设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。 再就是，埋设的沉

54、降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到装修装饰阶段因墙或柱饰面施工而破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。4、 沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则 所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；所用仪器、设备要稳定；观测人员要稳定；观测时的环境条件基本一致；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。5、 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，必须经计量单位予以鉴定。连续使用36个月重新对所用仪器、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。6、 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。再未有特除要求情况下，一般性的高层建构筑物施工过程中，采用二等水准测量的观测方法就能满足沉降观测的要求。