《土木工程测量》第2章教案1

第2章 水准测量

测定地面点高程的工作，称为高程测量(height measurement)。 高程测量是测量的基本工作之一。 高程测量按所使用的仪器和施测方法的不同，可以分为水准测量(leveling)、三角高 程 测 量 (trigonometric leveling) 、 GPS 高 程 测 量 (GPS leveling) 和 气 压 高 程 测 量 (air pressure leveling)。水准测量是目前精度较高的一种高程测量方法。

§2.1 水准测量原理– 水准测量的原理是利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontal sight),读取竖立 于两个点上的水准尺(leveling staff)上的读数，来测定两点间的高差，再根据已 知点高程计算待定点高程。

同济大学出版社 制作 覃辉

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§2.2 水准测量的仪器与工具 水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫(staff plate)。 (1) 微倾式水准仪 通过调整水准仪使管水准气泡居中获得水平视线的水准仪称为微倾式水准仪 (title level); 通过补偿器获得水平视线读数的水准仪称为自动安平水准仪(compensator level)。 国产微倾式水准仪的型号有：DS05、DS1、DS3、DS10,其中字母D、S分别为“大 地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，字母后的数字表示以mm为单位的、 仪器每公里往返测高差中数的中误差。DS05、DS1、DS3、DS10水准仪每公里往返 测高差中数的中误差分别为±0.5mm、±1mm、±3mm、±10mm。 称DS05、DS1为精密水准仪(precise level),主要用于国家一、二等水准测量和精密工 程测量； 称DS3、DS10为普通水准仪(general level),主要用于国家三、四等水准测量和常规 工程建设测量。工程建设中，使用最多的普通水准仪是DS3水准仪。 水准仪主要由望远镜(telescope)、水准器(bubble)和基座(tribrach)组成。

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1) 望远镜– 望远镜是用来照准远处竖立的水准尺并读取水准尺上的读数，要求望远镜能看 清水准尺上的分划和注记并有读数标志。根据在目镜端观察到的物体成像情况， 望远镜可以分为正像望远镜和倒像望远镜。图2-4是倒像望远镜的结构图，它由 物镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜组成。

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十字丝分划板： 在一直径为约10mm的光学玻璃圆片上刻出三根横丝和一根垂直于横丝的纵 丝； 中间的长横丝称为中丝，用于读取水准尺上分划的读数； 上、下两根较短的横丝称为上丝和下丝，上、下丝总称为视距丝，用来测 定水准仪至水准尺的距离。用视距丝测量出的距离称为视距(stadia)。 十字丝分划板安装在一金属圆环上，

用四颗校正螺丝固定在望远镜筒上。 望远镜物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴(collimation axis of telescope),用CC表示。 望远镜物镜光心的位置是固定的，调整固定十字丝分划板的四颗校正螺丝， 在较小的范围内移动十字丝分划板可以调整望远镜的视准轴。

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物镜与十字丝分划板之间的距离是固定不变的，而望远镜所瞄准的目标有远有近。 目标发出的光线通过物镜后，在望远镜内所成实像的位置随着目标的远近而改变，要旋 转物镜调焦螺旋使目标像与十字丝分划板平面重合才可以读数。 观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与十字丝没有相对移动，如果目标像 与十字丝分划板平面不重合，观测者的眼睛在目镜端上、下微微移动时，目标像与 十字丝之间就会有相对移动，这种现象称为视差(parallax)。 视差会影响读数的正确性，读数之前必须消除它。 消除视差的方法：用手暂时遮住物镜(或将望远镜对准天空),旋转目镜调焦螺旋，使十 字丝十分清晰；移去遮物镜的手(或瞄准标尺),旋转物镜调焦螺旋使目标像十分清晰。

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2) 水准器水准器用于置平仪器。水准器有管水准器(bubble tube)和圆水准器(circular bubble)两种。 ① 管水准器 管水准器由玻璃圆管制成，其内壁磨成一定半径R的圆弧，如图2-7所示。将管内注满酒 精或乙醚，加热封闭冷却后，管内形成的空隙部分充满了液体的蒸汽，称为水准气 泡。因为蒸汽的比重小于液体，所以，水准气泡总是位于内圆弧的最高点。

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② 圆水准器 圆水准器由玻璃圆柱管制成，其顶面内壁是磨成一定半径R的球面，中央刻 有小圆圈，其圆心O是圆水准器的零点； 过零点O的球面法线为圆水准器轴(circular bubble axis); 当圆水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置； 当气泡不居中，气泡偏移零点2mm时，轴线所倾斜的角度值，称为圆水准器的 分划值。一般为8′~10′。 圆水准器用于粗略整平仪器。 制造水准仪时，使圆水准器轴平行于仪器竖轴。旋转基座上的三个脚螺旋使圆 水准气泡居中时，圆水准器轴处于竖直位置，从而使仪器竖轴也处于竖直 位置。

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③ 基座 基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连 接到三脚架上。基座主要由轴座、脚螺旋、底板 和三角压板构成。 (2) 水准尺和尺垫 水准尺一般用优质木材或玻璃钢制成 ，长度从 2m~5m不等。 水准尺分为直尺、塔尺和折尺，其中直尺又分单 面分划和双面分划两种。 塔尺和折尺常用于图根

水准测量，尺面上的最小 分划为1cm或0.5cm,在每1米和每1分米处均有注 记。 双面水准尺多用于三、四等水准测量，以两把尺为一 对使用。 尺的两面均有分划，一面为黑白相间称黑面尺；另一 面为红白相间称红面尺，两面的最小分划均为1cm, 只在分米处有注记。 两把尺的黑面均由零开始分划和注记。 红面的分划和注记，一把尺由4.687m开始分划和注记， 另一把尺由4.787m开始分划和注记，两把尺红面 注记的零点差为0.1m。 尺垫是在转点处放置水准尺用的，它是用生铁铸成的 三角形板座，尺垫中央有一凸起的半球体以便于 放置水准尺，下有三个尖足便于将其踩入土中， 以固稳防动。同济大学出版社 制作 覃辉

(3) 微倾式水准仪的使用

按观测者的身高调节好三脚架的高度，为便于整平仪器，还要求使三脚架的架头面大致 水平，并将三脚架的三个脚尖踩入土中，使脚架稳定。然后从仪器箱内取出水准仪， 放在三脚架的架头面，并立即用中心螺旋旋入仪器基座的螺孔内，以防止仪器从三脚 架头上摔下来。 水准测量的操作步骤：粗平→瞄准水准尺→精平→读数。 1) 粗平粗平即粗略整平仪器。旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，仪器的竖轴大致铅垂，使望远镜 的视准轴大致水平。 旋转脚螺旋方向与圆水准气泡移动方向的规律是：用左手旋转脚螺旋，则左手大拇指移 动方向即为水准气泡移动方向；用右手旋转脚螺旋，则右手食指移动方向即为水准气 泡移动方向，初学者一般先练习用一只手操作，熟练后再练习用双手操作。

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2) 瞄准水准尺 先目镜对光：将望远镜对准明亮的背景，旋转目镜调焦螺旋，使十字丝清晰； 松开制动螺旋，转动望远镜，用望远镜上的准星和照门瞄准水准尺，拧紧制动螺旋； 从望远镜中观察目标，旋转物镜调焦螺旋，使目标清晰，再旋转微动螺旋，使竖丝对准 水准尺。 3) 精平 从望远镜的一侧观察管水准气泡偏离零点的方向，旋转微倾螺旋，使气泡大致居中，这 时再从目镜左边的附合气泡观察窗中察看两个气泡影像是否吻合，如不吻合，再漫漫 旋转 …… 此处隐藏：2181字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……