《土木工程測量》 教案 第10章 施工測量基本知識

土木工程測量課程教案課程名稱：土木工程測量課程號：課程學(xué)分：2參考學(xué)時：32課程性質(zhì)：專業(yè)必修課適用專業(yè)：土木工程類專業(yè)上課時間：授課教師：負(fù)責(zé)人：審核單位：年月日-1-一、課程基本信息課程名稱土木工程測量課程號課程性質(zhì)專業(yè)必修課開課部門課程負(fù)責(zé)人課程團(tuán)隊授課學(xué)期學(xué)分/學(xué)時2/32授課語言漢語先修課程土木工程測量課程簡介本課程作為城市軌道交通技術(shù)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，是城市軌道交通技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)過程中重要的一環(huán)，為后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)做鋪墊，讓學(xué)生更好在工程的規(guī)劃設(shè)計、施工、竣工和運(yùn)營管理等階段所進(jìn)行的測量工作，以及在工程建設(shè)中發(fā)揮更好的管理作用。課程內(nèi)容主要包括地形圖相關(guān)概念，控制測量的定義、分類、作用與實施，地形圖碎部測量方法，地形圖繪圖、整飾及應(yīng)用，施工測量的含義、特點(diǎn)及實施，全站儀坐標(biāo)測量及坐標(biāo)放樣的原理及操作過程，建筑工程測量相關(guān)知識，建筑縱橫斷面測量，橋梁與地下工程測量相關(guān)內(nèi)容，變形監(jiān)測的相關(guān)概念，沉降監(jiān)測和水平位移監(jiān)測的方法及操作過程等。課程主要目標(biāo)掌握控制測量和地形圖碎部的測量的含義與實施過程，掌握施工測量的含義與實施過程，掌握變形監(jiān)測的含義及沉降監(jiān)測和水平位移監(jiān)測的方法及操作過程。通過該課程的學(xué)習(xí)能夠讓同學(xué)們更好的體會土木工程測量在工程建設(shè)中的作用，具有更強(qiáng)的實踐操作能力、學(xué)習(xí)能力、團(tuán)體協(xié)作能力和獨(dú)立解決事情的能力，擁有大國工匠精神以及更強(qiáng)的責(zé)任感。授課班級課程授課教案第10章，共15章講課主題施工測量基本知識學(xué)時2學(xué)時教學(xué)目標(biāo)通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解地形圖在各類工程應(yīng)用中的重要性，掌握地形圖的識讀方法地形圖應(yīng)用的基本問題，能利用數(shù)字地形圖進(jìn)行地表面積計算、斷面圖繪制和土方量計算。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)本章的主要內(nèi)容包括施工測量的目的、內(nèi)容、特點(diǎn)、原則、精度和準(zhǔn)備工作，施工控制網(wǎng)的布設(shè)，施工放樣基本工作，平面位置放樣常用方法。本章的教學(xué)重點(diǎn)為施工測量精度計算、高程放樣、極坐標(biāo)放樣法，教學(xué)難點(diǎn)為如何針對不同工程問題合理選擇放樣方法。教學(xué)設(shè)計授課提綱及重難點(diǎn)分析教學(xué)方法及課程思政設(shè)計教學(xué)時間10.1施工測量概述土木工程建設(shè)的設(shè)計階段完成后即進(jìn)入施工階段，通過工程施工來實現(xiàn)建設(shè)的最終目的。施工階段所進(jìn)行的測量工作稱為施工測量。與地形圖測繪相比，施工測量同樣需要遵循方案設(shè)計“從整體到局部”、工作程序和步驟“先控制后細(xì)（碎）部、步步有檢核”的原則；但在數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)精度方面，不再遵循“先高級后低級”的原則。施工測量根據(jù)建筑物的等級、大小、結(jié)構(gòu)形式、建筑材料和施工方法的不同設(shè)置相應(yīng)的精度要求。在實際施工中，如果精度選擇過高，則會增加測量難度，降低工作效率，延緩工期；如果精度選擇過低，則會影響質(zhì)量和安全，造成重大安全事故隱患。因此，進(jìn)行施工測量時，必須了解設(shè)計內(nèi)容、工程性質(zhì)以及精度要求等相關(guān)信息。10.1.1施工測量的目的和內(nèi)容在土木工程施工過程中進(jìn)行的一系列測量工作稱為施工測量。施工測量的目的是把設(shè)計的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程，按設(shè)計要求以一定的精度測設(shè)在地面上，作為施工的依據(jù)，以銜接和指導(dǎo)各工序間的施工。施工測量的過程與地形測量的過程相反。10.1.2施工測量的特點(diǎn)一般來說，施工測量的精度比地形圖測繪的精度要求高，而且建筑物的重要性、結(jié)構(gòu)及施工方法等不同，對施工測量的精度要求也有所不同。通常，工業(yè)建筑物的測設(shè)精度高于民用建筑物的，鋼結(jié)構(gòu)建筑物的測設(shè)精度高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的，裝配式建筑物的測設(shè)精度應(yīng)高于非裝配式建筑物的，高層建筑物的測設(shè)精度應(yīng)高于低層建筑物的，吊裝施工的測設(shè)精度高于現(xiàn)場澆筑施工的。10.1.3施工測量的原則施工現(xiàn)場有各種建筑物，且分布較廣，往往又不是同時開工興建。為了保證各建筑物的平面和高程位置都符合設(shè)計要求，互相連成統(tǒng)一的整體，與地形圖測繪一樣，施工測量也要遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，即先在施工場地建立統(tǒng)一的平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，然后以此為基礎(chǔ)，測設(shè)出各個建筑物的位置。施工測量的檢核工作也很重要，必須采用各種不同的方法加強(qiáng)外業(yè)和內(nèi)業(yè)的檢核工作。10.1.4施工測量的精度施工測量的精度由控制測量精度和施工放樣精度兩部分組成，取決于建筑限差的大小。10.1.5施工放樣的準(zhǔn)備工作施工放樣是施工測量中最基本、最重要的部分，工作量大，責(zé)任重。因此，在施工放樣之前，要做好充分準(zhǔn)備：①根據(jù)設(shè)計文件，了解工程意義，熟悉設(shè)計圖紙；②實地現(xiàn)場檢視起算控制點(diǎn)是否完好，檢核起算數(shù)據(jù)是否正確；③做出施工放樣計劃，編制施工放樣說明；④依據(jù)設(shè)計總平面準(zhǔn)備放樣數(shù)據(jù)。依據(jù)放樣點(diǎn)的設(shè)計坐標(biāo)與施工控制點(diǎn)坐標(biāo)，利用坐標(biāo)反算原理計算放樣數(shù)據(jù)。在設(shè)計總平面圖上多方尋找檢核條件，實現(xiàn)多條件檢核，通過檢核保證施工放樣成果正確且有理有據(jù)。20min10.2施工控制網(wǎng)的布設(shè)為工程施工所建立的控制網(wǎng)稱為施工控制網(wǎng)，其主要作用是為建筑物的施工放樣提供依據(jù)。另外，施工控制網(wǎng)也可為工程的維護(hù)保養(yǎng)、擴(kuò)建改建提供依據(jù)。因此，施工控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)密切結(jié)合工程施工的需要及建筑場地的地形條件，以選擇適當(dāng)?shù)目刂凭W(wǎng)形式和合理的布網(wǎng)方案。10.2.1施工控制網(wǎng)的特點(diǎn)與測圖控制網(wǎng)相比，施工控制網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：控制的范圍小、精度要求高。對于在工程勘測期間所布設(shè)的測圖控制網(wǎng)，其控制范圍總是大于工程建設(shè)的區(qū)域。對于水利樞紐工程、隧道工程和大型工業(yè)建設(shè)場地，其控制面積約在十幾平方千米到幾十平方千米，一般的工業(yè)建設(shè)場地的控制面積大都在1平方千米以下。施工控制網(wǎng)的點(diǎn)位分布有特殊要求。施工控制網(wǎng)是為工程施工服務(wù)的。因此，為了施工測量應(yīng)用方便，一些工程對點(diǎn)位的埋設(shè)有一定的要求。（3）控制點(diǎn)使用頻繁、受施工干擾大。大型工程在施工過程中，不同的工序和不同的高程上往往要頻繁地進(jìn)行放樣，施工控制網(wǎng)點(diǎn)被反復(fù)應(yīng)用，有的可能多達(dá)數(shù)十次。（4）施工控制網(wǎng)投影到特定的平面。為了使由控制點(diǎn)坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)間長度與實地兩點(diǎn)間長度之差盡量減小，施工控制網(wǎng)不投影到大地水準(zhǔn)面上，而投影到指定的高程面上。（5）采用獨(dú)立的建筑坐標(biāo)系。在工業(yè)建筑場地，還要求施工控制網(wǎng)點(diǎn)的連線與施工坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行或垂直，而且其坐標(biāo)值盡量為米的整倍數(shù)，以利于施工放樣的計算工作。10.2.2施工控制網(wǎng)的建立大型工程的施工控制網(wǎng)一般分兩級布設(shè)：首級施工控制網(wǎng)控制整體工程及與之相關(guān)的重要附屬工程，二級加密網(wǎng)對工程局部位置進(jìn)行施工放樣。在通常情況下，首級施工控制網(wǎng)在工程施工前就應(yīng)布設(shè)完畢，而二級加密網(wǎng)一般在施工過程中，根據(jù)施工的進(jìn)度和工程施工的具體要求布設(shè)。在布設(shè)施工控制網(wǎng)時，首先應(yīng)根據(jù)工程的具體情況在圖上進(jìn)行設(shè)計，并進(jìn)行精度估算。當(dāng)估算的精度達(dá)不到要求時，可通過下列三個途徑提高精度：（1）提高觀測值的精度。采用較精密的測量儀器測量角度和距離。（2）建立良好的控制網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。在三角測量中，一般應(yīng)將三角形布設(shè)成近似等邊三角形。另外，測角網(wǎng)有利于控制橫向誤差（方位誤差），測邊網(wǎng)有利于控制縱向誤差，若將兩種網(wǎng)形結(jié)構(gòu)組合成邊角網(wǎng)的形式，則可達(dá)到網(wǎng)形結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。（3）增加控制網(wǎng)中的觀測數(shù)，即增加多余觀測。具體觀測數(shù)的增加方案應(yīng)根據(jù)實際的控制網(wǎng)形狀進(jìn)行分析和確定。10.2.3高程控制網(wǎng)的建立高程控制網(wǎng)是為了高程放樣而建立的專用控制網(wǎng)，其主要作用是統(tǒng)一本工程的高程基準(zhǔn)面并為工程的細(xì)部放樣和變形監(jiān)測服務(wù)。目前，建立高程控制網(wǎng)的常用方法有水準(zhǔn)測量、三角高程測量和GPS水準(zhǔn)測量。高程控制網(wǎng)可以一次全面布設(shè)，也可以分級布設(shè)，首級水準(zhǔn)網(wǎng)必須與施工區(qū)域附近的國家水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，布設(shè)成閉合（或附合）形式。首級高程控制網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在施工區(qū)外，作為整個施工期間高程測量的依據(jù)。由首級高程控制網(wǎng)點(diǎn)引測的臨時性作業(yè)控制點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近建筑物，以便做到安置一次或二次儀器就能進(jìn)行高程放樣。10.2.4施工控制網(wǎng)的維護(hù)由于大型工程的施工期長，作業(yè)隊伍多，精度要求高，為保證施工測量的順利進(jìn)行，必須對施工控制網(wǎng)進(jìn)行必要的維護(hù)。在大型工程施工過程中，各種大型機(jī)械非常之多，且有大量的重型運(yùn)輸車輛，這些機(jī)械或車輛在運(yùn)行過程中可能會對控制點(diǎn)造成破壞。因此，在建立施工控制網(wǎng)時，首先對控制點(diǎn)施加保護(hù)措施，即在所有控制點(diǎn)的周圍建立鋼管圍欄，并在控制點(diǎn)附近建立警示標(biāo)志，提醒施工人員注意或禁止重型車輛通過。10.2.5工程實例如圖10-4所示，某大型橋梁工程的施工控制網(wǎng)共有24個控制點(diǎn)，其中4個為橋軸線點(diǎn)（軸1、軸2、軸20、軸21）。每個控制點(diǎn)都建有混凝土觀測墩，墩高1.2m，基礎(chǔ)厚度為0.6m，每個觀測墩的基礎(chǔ)下埋入4根8m深的鋼管，以增強(qiáng)觀測墩的穩(wěn)定性。觀測墩頂部均設(shè)置強(qiáng)制對中底盤及保護(hù)罩，觀測墩的基礎(chǔ)上埋設(shè)有水準(zhǔn)標(biāo)志。20min10.3施工放樣基本工作施工放樣的基本工作包括距離放樣、角度放樣和高程放樣。其中，距離放樣和角度放樣組合起來確定放樣點(diǎn)的平面位置，高程放樣確定放樣點(diǎn)的高程，這是施工放樣的傳統(tǒng)思路。10.3.1水平距離的測設(shè)(放樣)水平距離是指地面上兩點(diǎn)之間的水平長度。測設(shè)水平距離是指從地面上某一已知起點(diǎn)開始，沿某一已知方向，根據(jù)設(shè)計長度，用鋼尺或激光測距儀等工具將另一端點(diǎn)測設(shè)到地面上。測設(shè)水平距離的常用方法有兩種，即往返測設(shè)分中法和歸化測設(shè)法。1.往返測設(shè)分中法用往返測設(shè)分中法測設(shè)水平距離時，先在已知起點(diǎn)上沿標(biāo)定方向用鋼尺等工具直接量取設(shè)計長度，并在地面上臨時標(biāo)出其端點(diǎn)，這一過程稱為往測；然后，從終點(diǎn)向起點(diǎn)再量取長度，稱為返測。往測長度與返測長度之差稱為往返測較差。若往返測較差在設(shè)計精度范圍以內(nèi)，則可取其平均值作為最或然值，同時將終點(diǎn)沿標(biāo)定方向移動往返測較差的一半，并用標(biāo)志固定下來，測設(shè)工作即完成。2.歸化測設(shè)法歸化測設(shè)法是精密測設(shè)水平距離的方法之一。測設(shè)時，先確定欲測設(shè)距離的方向，并在該方向的起點(diǎn)上用鋼尺量取設(shè)計長度，大致確定終點(diǎn)BI的位置，并將其作為臨時點(diǎn)標(biāo)定在地面上。3.測距儀放樣采用激光測距儀或電子全站儀測設(shè)水平距離時，應(yīng)備有帶對中桿的反光棱鏡，以便于其在測設(shè)方向上前后移動。另外，放樣時，可先在AB方向線上安置反光棱鏡。設(shè)用測距儀測出的水平距離為S’，若S’與欲測設(shè)的距離S相差ΔS’則可前后移動反光棱鏡，直到測出的水平距離為S為止。若測距儀上裝有自動跟蹤裝置，則可對反光棱鏡進(jìn)行跟蹤，直到得到欲測設(shè)的距離為止。10.3.2水平角的測設(shè)(放樣)測設(shè)水平角通常是指在某一控制點(diǎn)上，根據(jù)某一已知方向及水平角的設(shè)計值，用儀器找出另一個方向，并在地面上標(biāo)定出來。一般可利用三個點(diǎn)的平面坐標(biāo)反算兩個坐標(biāo)方位角，并根據(jù)坐標(biāo)方位角計算欲測設(shè)的水平角。設(shè)A為已知點(diǎn)，AP為已知方向，β為欲測設(shè)的水平角。測設(shè)的目的是確定AB方向，并將B點(diǎn)標(biāo)定在地面上。測設(shè)水平角通常采用盤左盤右分中法和歸化測設(shè)法。10.3.3高程的測設(shè)(放樣)根據(jù)已知點(diǎn)的高程,把設(shè)計高程位置在實地標(biāo)定出來的過程稱作高程放樣。土木工程施工測量過程中的高程放樣通常采用水準(zhǔn)測量高程放樣法,也可采用全站儀高程放樣法和GNSS-RTK高程放樣法。10.3.4已知坡度線的測設(shè)(放樣)坡度線測設(shè)是根據(jù)附近水準(zhǔn)點(diǎn)的高程、設(shè)計坡度和坡度線端點(diǎn)的設(shè)計高程，用高程測設(shè)方法將坡度線上各點(diǎn)設(shè)計高程標(biāo)定在地面上的測量工作。它常用于場地平整工作及管道、道路等線路工程中。坡度線的測設(shè)可根據(jù)地面坡度大小選用下面兩種方法中的一種。1.水平視線法2.傾斜視線法20min10.4平面位置放樣常用方法點(diǎn)的平面位置放樣（測設(shè)）有多種方法。例如，角度交會法（包括角度前方交會法和角度后方交會法）、距離交會法、極坐標(biāo)法、直角坐標(biāo)法、全站儀坐標(biāo)法、自由設(shè)站法、GNSS-RTK坐標(biāo)法等。目前，由于全站儀和GPS的普遍應(yīng)用，放樣的方法也發(fā)生了較大的變化，在工程施工中，一般以全站儀坐標(biāo)法放樣和GNSS-RTK坐標(biāo)法為主。測設(shè)時可根據(jù)施工控制網(wǎng)的形式、控制點(diǎn)的分布、地形情況及現(xiàn)場條件等合理選用適當(dāng)?shù)臏y設(shè)方法。10.4.1角度前方交會法10.4.2角度后方交會法10.4.3距離交會法10.4.4掀坐標(biāo)法10.4.5直角坐標(biāo)法10.4.6全站儀坐標(biāo)法全站儀坐標(biāo)法充分利用了全站儀測角、測距和計算一體化的特點(diǎn)，只需知道待放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，不需事先計算放樣要素就可在現(xiàn)場放樣，而且操作十分方便。目前，全站儀的使用已十分普及，因此全站儀坐標(biāo)法已成為目前施工放樣的主要方法。將全站儀架設(shè)在已知點(diǎn)A上，只要輸入測站點(diǎn)A、后視點(diǎn)B以及待放樣點(diǎn)P的坐標(biāo)，照準(zhǔn)后視點(diǎn)定向，按下反算方位角鍵，儀器就自動將測站與后視的方位角設(shè)置在該方向上。然后按下放樣鍵，儀器自動在屏幕上用左、右箭頭提示，應(yīng)該將儀器往左或往右旋轉(zhuǎn)，這樣就可使儀器到達(dá)設(shè)計的方向線上。再通過測設(shè)距離，儀器自動提示棱鏡前后移動，直到放樣出設(shè)計的距離，這樣就能方便地完成點(diǎn)位的放樣。10.4.7自由設(shè)站法自由設(shè)站法是在合適的位置架設(shè)儀器，通過與已知點(diǎn)的聯(lián)測得到設(shè)站點(diǎn)的坐標(biāo)的方法。當(dāng)?shù)玫皆O(shè)站點(diǎn)坐標(biāo)以后，就可將此作為已知點(diǎn)，以此來放樣建筑物的細(xì)部點(diǎn)。目前，由于測距的精度高且方便快捷，在自由設(shè)站法中大多采用測距的方式來測定設(shè)站點(diǎn)（即利用邊長交會的方式來測定）。當(dāng)精度要求較高時，也可采用邊、角同測的方法來定點(diǎn)。為了保證測量成果的可靠性，自由設(shè)站法應(yīng)有一定的多余觀測，通常采用聯(lián)測多點(diǎn)的方式進(jìn)行。自由設(shè)站法有如下特