高精度工程测量技术

高精度工程测量技术

ξ7－1 工程测量标志

工程测量标志与大地测量标志相同的地方是水准标志应具有明显的顶部，平面要具有明显的中心。

但是工程测量标志应有很高的复位精度，因为工测点位的高程或坐标误差的绝对值小。此外工程测量的标志的稳定性要好些。有些工程测量标志要埋设在建筑物上。这些特殊要求使工程测量标志的设计、加工和埋设成为工程测量的重要内容之一。良好的工程测量标志应该具有加工简单、埋设方便、使用方便、精度高、标志稳固且能长久的保存等优点，有时还要求外形美观。下面将对高程标志和平面标志分别进行讨论。

ξ7－1－1 高程标志

工程水准点标志的顶部必须用不锈钢或铜等耐腐蚀的金属车制而成，有光滑的半球形顶部，为了节约不锈钢和铜，可以用普通钢材加工水准标志的本体，把不锈钢或铜的标志头焊接（或镶嵌）在上面。

一、水准基点

水准基点应埋设在稳定的地方。

（一）基岩标；

有基岩露头的地方，先清除风化层后把水准标志用水泥砂浆埋设在新鲜的基岩上（图7－1－1）。这时要注意，别把孤石当成了基岩，否则孤石有所移动，水准头的标高也会跟着变动。

（二）山硐标；

有条件的话可把特别重要的水准基点通过平硐埋设在山体内（图7－1－2）。标志埋在硐内地面上。平硐口要设两道门，在两道门之间埋一个副标，引测高程时首先打开内门关上外门，测量主标和副标之间地高差。然后关上内门，打开外门，把高程从副标传到外面地水准路线上去，这样做的目的是为了减少因硐内外温差引起的折光差的影响。

（三）深管标

在松散覆盖层较厚，基岩或硬土层埋得较深得地区，可采用深管水准点（图7－1－3）。深管水准点由水准标志头、芯管、尾部、套管及保护窖井等组成。

先在地面上把芯管与套管组装成整体。为防止芯管弯曲或倾斜，在芯管与显然，套管之间装上一些横隔。在下端两管之间塞以麻丝机油组成的防水塞。在上端两管之间装硬橡胶圈。一般芯管外径Φ＝50mm，套管Φ＝110～135mm。

在埋设地点先钻孔至预定的硬土层（比管长0。5～0。8m），清好钻孔后放下混凝土，再把两管组装好放入。让套管提高一些，只把芯管下端埋于混凝土中。

窖井的作用除保护标志不受外力损害外，还防止地表水侵入。

如果地表下一定深度内没有硬土层，深管标底端只能放在软土层中，这时芯管与土层不用混凝土联结而采用图7－1－4那样的结构：芯管下端破成几个分枝，另外加工一个带斜面的楔块，当两管下至钻孔底部后，锤击芯管，使其下端分枝沿楔块的斜面张开而插入土层中。

（四）爆扩桩

图7－1－5所示的爆扩桩也可作为良好的水准点。

钻孔后下好保护套管（不到底），然后吊下黑色炸药并引爆，将钻孔底部扩大。在放入混凝土、吊下芯管，让芯管固定在体积较大的混凝土疙瘩中。

深管水准点的设计思想在于通过芯管把水准头与一定深度下较为稳定的土层联结起来，并用套管隔离上部土层对芯管的影响。在很多情况下这样做是有效的。这种水准点相对于地表建筑物来说是比较稳固的。

（五）双金属标；

深管水准点的芯管一般是用钢材制成，随着土层温度变化，芯管长度也会变化，虽然深土层的温度变化很小，但近地表土层的年温差可能有较大的值，由此会引起深管水准点顶部标高周期性的升降。如果工作要求不高，可以忽略温度变化对深管水准点高程的影响，但有时必须顾及这种影响。对于温度变化的影响有两种处理方法：一种是在埋设时在芯管上安装一些热电欧测温头，用导线引到管外。这样可以随时用电表测量芯管的不同部位的温度。从而计算相应的高程改正值。另一种处理方法是埋设双金属水准点（图7－1－6）。

双金属水准点的套管中有两根芯管，其膨胀系数不同。例如一根主要芯管为钢制的，其温度线膨胀系数为a c ＝0。000012；另一根辅助芯管为铝制的，设其

温度膨胀系数为a a ＝0。000024。随着温度的变化两管会有不同的变化（即升长

或缩短）。利用两管伸缩的差值可以推知钢制芯管相对于其初始状态的伸缩量，其原理如下：

设两芯管长为l0，温度在套管内的分布随温度H 而变，用函数形式表示之为：()t f H = (7－1－1)

设初始函数状态分布函数为：

()11t f H = （7－1－2）

则这时钢管和铝管的长分别为：

()()01010

01010l c c l a a l l a f H dH l l a f H dH =+=+⎰⎰ （7－1－2、3）

设到另一时刻，孔内温度分布函数改变为：

()22t f H =

则这时两管实长分别为：

()0

2020l c c l l a f H dH =+⎰ （7－1－4） ()0

2020l a a l l a f H dH =+⎰ （7－1－5） 把（7－1－4）式与（7－1－2）式相减，（7－1－5）式与（7－1－3）式相减，可得：

(()())0210l c c l a f H f H dH ∆=-⎰ （7－1－6）

(()())0

210l a a l a f H f H dH ∆=-⎰ （7－1－7）

把两式相除，可得： c c a a

l a l a ∆=∆ （7－1－8） 我们只可能测得从初始状态到某一工作状态期间两根管子伸缩量之差，即： a c l l δ=∆-∆ （7－1－9） 我们要利用这来求钢管得伸缩量。

由（7－1－9）和（7－1－8）式得： c c c a

l a l a δ∆=+∆ 由此可得： c c a c a l a a δ∆=- （7－1－10） 为了测量δ值，可以在两个芯管得上端各制有突出部从c 及a （图7－1－6之a ），利用卡尺可以精确地测量它们之间地距离δ。当然也可以装分划尺及指标线，但其精度不及用卡尺测量地精确。

图7－1－6b 是另一种结构地双金属标。它用两根金属丝（如烟瓦钢丝及不锈钢丝）代替两根芯管，金属丝用重锤通过横臂引张，在金属丝上分别安装突出部，以便用百分表测量其伸缩量之差，在主要金属丝上装有小水准尺（其刻划与常用铟钢水准尺的相同，用毫米分划尺也可），以代替放在水准头上的水准尺，供引测高程时读数。双金属标应用外罩保护。

（六）桩标

一些为观测建筑物沉降用的工作水准点，常常只要求它相对于建筑物来说是稳定的。当建筑物下面是桩基础时，可以在离建筑物两倍于桩深的距离之外设置同样深的桩，在桩顶上埋设水准点。用这种水准点可以有效地观测由于建筑物重量引起的沉降量。

（七）其他

有人曾利用古树根，在它上面打入一铁钉作为水准点，事实证明其高程非常稳定。

也可以利用年代较久的、坚固的建筑物，在其基础上或墙上设置水准标志，构成墙上水准点，这种水准点也比较稳定。

二、埋设在建筑物上的高程点

有两大类高程点要埋设在建筑物上。

在稳定的建筑物上埋设水准标志，可以作为水准基点的补充。这是第一类。 一些新建筑物，在自重及外界应力作用下产生沉降或倾斜。为了监测这些沉降和倾斜随着时间发展的情况，需要在建筑物上埋设一些水准标志，再定期用水准测量方法测量它们的高程。这是第二类。

埋设在建筑物上的水准标志结构可以多种多样，其实质都在于使水准标志与建筑物牢固地联结，并且要便于进行水准测量。图7－1－7列举了一些建筑物上水准标志的结构。