第二章__施工放样的方法和精度分析

第二章工程施工放样的基本方法和精度分析安徽理工大学测绘学院主讲人：高永梅内容提要§2-1.概述§2-2.坐标法放样§2-3.其他直接放样方法§2-4.归化法放样§2-5.高程放样方法§2-6.刚体的放样定位§2-7.高耸建筑物的铅垂线放样◆工程建设施工测量的三大阶段（1）勘测设计阶段——测图、用图（2）施工阶段——施工放样、检查、验收、竣工测量（3）运营管理阶段——变形监测◆施工放样的定义和主要任务施工放样的目的是将图纸上设计的建筑物、构筑物的平面位置、形状和高程按照设计的要求测设到相应的地面上，并设置各种标志，作为施工的依据。以衔接和指挥各工序的施工，保证工程严格按着设计的要求进行建设。§2-1.概述一、施工放样测定：地形图测绘是测量地面上点与点之间的距离、方向和高差，利用控制点测定地面上地形特征点，缩绘到图上。测图特点是地面上先有一些点，然后测出它们之间关系，测设：也叫施工放样。与此相反，是根据建筑物的设计尺寸，找出建筑物各部分特征点与控制点之间位置的几何关系，算得距离、角度、高程等放样数据，然后利用控制点，在实地上定出建筑物的特征点，据以施工。距离测量、角度测量、高程测量同样是施工测量的基本内容。二、施工测量的特点施工测量与地形图测绘比较，除测量过程相反、工作程序不同以外，还有如下两大特点：1、施工测量的精度要求较测图高,测图的精度取决于测图比例尺大小，而施工测量的精度则与建筑物的大小、结构形式、建筑材料以及放样点的位置有关。2、施工测量与施工密不可分施工测量是设计与施工的桥梁，贯穿于整个施工过程中，是施工的重要组成部分。（1）施工过程中；（2）工程建成后；（3）变形观测。三、施工测量的原则先整体到局部先高级后低级先控制后碎部在放样前，测量人员首先要熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图，找出主要轴线和主要的设计位置，以及各部件之间的几何关系，再结合现场条件、控制点的分布和现有的仪器设备，确定放样的方法。四、放样前的准备工作五、工程建筑物的建筑限差工程建筑物的建筑限差是指建筑物竣工之后实际位置相对于设计位置的极限偏差。通常对其偏差的规定是随建筑材料、施工方法等因素而改变。工程建筑物的建筑限差够有国家和部（行）颁布的施工质量验收规范。土石方工程施工允许偏差1-10cm；一般工程，混凝土柱、梁、墙、板施工允许偏差1-3cm；多层和高层建筑层间标高测量偏差和竖向测量偏差均不应超过±3mm；建筑全高（H）测量偏差和竖向偏差≤3H／10000，且30m＜H≤60m时，其≤±10mm；60m＜H≤90m时，≤±15mm，90m＜H时，其≤±20mm；钢结构允许偏差因施工方法不同而异，允许偏差在1-8cm；特殊工程项目其设计图纸有明显的限差要求。没有施工规范的工程。对于相当多的工程，施工规范中没有具体的测量精度的规定，这时先要在测量、施工、施工制造几方面之间进行误差分配，然后才可知道测量工作应具有怎样的精度。设计允许的总误差可分为允许测量工作的误差、允许施工产生的误差和允许加工制造产生的误差。设计允许总误差为，允许测量误差，允许施工误差为，允许加工误差，各误差之间都是独立的，那么有：那么在精度分配处理中，一般先采用“等影响原则”由等影响原则12322221231233另一种误差分析原则为“忽略不计原则”。§2-2.坐标法放样设计图纸所表示的建筑物轮廓或特征点往往是以角点坐标的形式表达的。测量放样就是要在待建的场地上确定设计坐标相对应的位置，并用标桩表示出来。放样主要采用两种方式：一种是常用的极坐标法，也就是采用经纬仪+测距仪或全站仪来放样；另一种是直接采用GPSRTK法放样。极坐标放样的基本元素为角度和距离。一、角度放样•放样角度实际上是从一个已知方向出发放样出另一个方向，使它与已知方向间的夹角等于预定角值的工作。①在测站点安置仪器，盘左瞄准A点，配置度盘0000′00〞②计算B点处的水平度盘的应读数β③转动照准部使水平度盘度数为β在视线方向定出B′点④同法盘右定出B点，连接B′B取中点得B点⑤检查：测回法实测角Δβ＜±1′测站O后视A待定点B′BPB′（盘左）B（盘右）P（盘左盘右平均）正倒镜分中法——较精确的直接法。二、距离放样距离放样是将图上设计的已知距离在实地上标定出来，即按给定的一个起点和方向标定出另一个端点。1、直接法当测设精度要求不高时，从已知点出发，沿给定的方向，用钢尺或者测距仪直接丈量出已知水平距离，定出这段距离的端点。为了检核，应返测一次，若两次丈量的相对误差在1/2000－1/5000内，取平均位置作为该端点的最后位置。AB测距仪反光棱镜例题：已知Ａ点，欲放样Ｂ点。ＡＢ设计距离为28.50m，放样精度要求达到1/2000。放样方法与步骤如下：（1）以Ａ为准在放样的方向上量28.50m，打一木桩，并在桩顶标出方向线AB。（2）甲把钢尺零点对准Ａ点，乙拉直并放平尺子对准28.50m处，在桩上画出与方向线垂直的短线，交AB方向线于点。（3）返测得距离为28.508m。则△D=28.50－28.508=-0.008m。相对误差=，测设精度符合要求。改正数（4）垂直向内平移4mm得mn短线，其与方向线的交点即为欲测设的Ｂ点。0.0081128.535602000mnmn0.004m2DBAB2、精确方法当测设精度要求1/10000以上时，则用精密方法，使用检定过的钢尺，用经纬仪定线，水准仪测定高差，根据已知水平距离D经过尺长改正△ld、温度改正△lt和倾斜改正△lh后，用下列公式计算出实地测设长度L，再根据计算结果，用钢尺进行测设。L＝D-（△ld+△lt+△lh)三、点位放样工程建筑物的形状和大小，常通过其特征点在实地表示出来。点位放样是建筑物放样的基础。放样点位时应有两个以上的控制点，且已知待定点坐标，通过距离和角度来放样待定点。极坐标放样在操作上可采用经纬仪+钢尺（或测距仪）法，也可采用全站仪直接坐标放样法。（一）经纬仪+钢尺（或测距仪）放样法当施工控制网为导线时，常采用极坐标法进行放样。用经纬仪放样：如右图，A、B为地面上已有的控制点，其坐标分别为A(xA，yA)和B（xB，yB）,P为一待放样点，其设计坐标为P（xP，yP）用极坐标法放样的工作步骤如下：1、内业计算放样元素再计算出∠BAP的水平角β22ABABABAPAPAPAPAPAPyarctgxyarctgxDxyAPABABSP'P图6-2极坐标法放样2、外业测设（1）经纬仪架在A点上，对中、整平。（2）以AB为起始边，顺时针转动照准部，测设水平角β，然后固定照准部。(3)在视线方向定出B′点。(4)同法盘右定出B〞点，连接B′B〞取中点得B点。（5）在视准轴（视线）的方向上测设距离SAP即得P点。ABSP'P图6-2极坐标法放样3.分析放样点位的精度工程测量工作中常要作误差分析。而误差椭圆是分析点位误差的好工具。以观测值中误差为基础做出的误差椭圆称为基本误差椭圆。以k倍中误差为基础做得的误差椭圆称为k倍误差椭圆。k概率P1.02.02.53.03.54.00.39350.86470.95610.98890.99780.9997k倍误差椭圆及其相应概率利用误差椭圆可以方便地求出点位在任意方向上的误差大小，它等于误差椭圆在该方向上投影长度的一半；误差椭圆在坐标轴上投影，可得到mx，my。根据解析几何定理“椭圆的任一对共轭半径平方之和是常数”，所以点位精度可写为2222xyMmmab----式中a、b分别为椭圆的长半轴和短半轴。由6-3的误差椭圆可以看出共轭半径：所以点位误差：----式中，为共轭半径间的夹角。12,sinsinab221222sinMab1122abABCD图6-3误差椭圆对于极坐标放样，可得那么点位P的精度为式中，为距离放样的精度，为角度放样的精度。12,,90smSm22PsmMSmsmmABSP图6-4极坐标法定点误差椭圆12（二）全站仪坐标放样法以上极坐标法放样，需要事先根据坐标计算放样元素，而放样元素的计算是要根据仪器架设位置而定的，有时现场仪器的架设位置会有变化，则要重新计算放样元素。而用全站以坐标放样法，就不需要事先计算放样元素，只要提供坐标就行，而且操作十分方便。XY后视点测站点当前棱镜位置待放样点PdDdHR1、按MENU——进入主菜单测量模式。2、按LAYOUT——进入放样程序，再按SKP——略过选择文件。3、按OOC.PT（F1），再按NEZ，输入测站O点的坐标（x0,y0,H0）；并在INS.HT一栏，输入仪器高。4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，输入后视点A的坐标（xA,yA）；若不知A点坐标而已知坐标方位角OAα，则可再按AZ，在HR项输入OAα的值。瞄准A点，按YES。(,,)AAAAxyHBC(,,)OOOOxyH5、按LAYOUT（F3）：输入待放样点B的坐标（xB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLE（F1）。使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=，即找到了OB方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于OB方向上。00°00′00′′6、按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动，若dHD为正，则向O点方向移动；反之若dHD为负，则向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为B点的平面位置。其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。7、按NEXT——放样下一个点C。(,,)AAAAxyHBC(,,)OOOOxyH（三）GPSRTK放样法GPSRTK是一种全天候、全方位的新型测量系统，是目前实时、准确地确定待测点位置的最佳方式。它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。RTK定位技术，是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时传送给动态用户，动态用户将收到的数据链连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得动态用户的实时三维位置。动态用户再将实时位置与设计值相比较，进而指导放样。GPSRTK的作业方法和作业流程1.收集测区的控制点资料2.求定测区转换参数3.工程项目参数设置4.野外作业5.野外实施1.收集测区的控制点资料任何测量工程进入测区，首先一定要收集测区的控制点坐标资料，包括控制点的坐标，等级、中央子午线、坐标系等2.求定测区转换参数城市测量是在地方独立坐标系上进行的，这就存在WGS-84坐标和地方独立坐标系的坐标转换问题。由于RTK作业要求实时给出当地坐标，这使得坐标转换工作非常重要。根据总体规划和工程需要，求定测区转参数可分为2种情况。1.可以对一个大的测区(一个乡镇、县区的一部分等)事先测定转换参数，在测区内各工程实施RTK作业时，直接输入参数和基准站WGS-84坐标。首先在测区以GPS静态方式布设均匀分布的高等级GPS控制点，获得各点的WGS-84坐标和地方坐标系下的坐标，利用同一点的2种坐标求出转换参数。在工程应用中，每个点都可安置基准站。2.也可在一个工程中临时求得转换参数，但不能在另一个工程中应用。首先在对空视野开阔的地方设立基准站并采集单点定位WGS-84坐标，然后流动站联测2个以上的地方坐标系下的控制点，求解坐标转换参数。在计算转换参数时，要注意两点：1.已知点最好选在测区四周及中心，均匀分布，这样能有效地控制测区。2.为了提高精度，课利用最小二乘法选3个以上的点求解转换参数。为了检验转换参数的精度和正确性，还可以选用几个点不参加计算，而带入公式起检验作用，经过检验满足要求的的转换参数认为是可靠的3.工程项目参数设置根据GPS实时动态差分软件的要求，应输入下列参数：1.当地坐标系的椭球参数，长轴和偏心率2.中央子午线3.测区西南角和东北教的大致