《水利工程测量 》PPT课件.ppt

第11章 水利工程测量,11.1 概述11.2 土坝施工测量11.3 混凝土重力坝施工11.4 渠道测量,在农业水利工程中，主要的测设工作是河道、大坝的施工放样。河道、渠道施工测量步骤和方法与道路测量大致相同，在此主要介绍大坝的测设。拦河大坝按功能可将大坝分为以农田灌溉、防洪蓄洪为主的土石大坝和以水力发电为主的混凝土重力坝。修建大坝的测量工作：布置平面和高程基本控制网 确定坝轴线和布设控制坝体细部的定线控制网 清基开挖的放样 坝体细部的放样等,11.1 概述,11.2 土坝施工测量,15.2.1 坝轴线的定位,坝轴线即坝顶中心线，一般先由设计图纸量得轴线两端点的坐标值，反算出它们与附近施工控制网中的已知点的方位角，用角度（方向）交会法，测设其地面位置。对于中、小型土坝的坝轴线，一般由工程设计人员根据地形和地质情况，经过方案比较，直接在现场选定轴线两端点的位置。轴线两端点在现场标定后，应用永久性标志标明。还需沿轴线方向在山坡上设立埋石点（轴线控制桩），以便检查。,为放样方便，应测设若干条垂直（或平行）于坝轴线的坝身控制线。用于土坝施工放样的高程控制，可由若干永久性水准点组成基本网和临时作业水准点两级布设。,基本网布设在施工范围以外，用三等或四等水准施测方法，以闭合或附和水准路线形式测设，这些点必须和国家水准点连测。为了便于施工，还须在坝体工作面附近不同高程的位置测设临时性的水准点，并做到安置一、两次仪器就可放样高程。,11.2.2 清基开挖线放样,为使坝体与岩基很好结合，在坝体施工前，必须对基础进行清理。为此，应放出清基开挖线，即坝体与原地面的交线。清基开挖线的放样精度要求不高，可用图解法求得放样数据在现场放样。为此，先沿坝轴线测量纵断面。即测定轴线上各里程桩的高程，绘出纵断面图，求出各里程桩的中心填土高度，再在每一里程桩进行横断面测量，绘出横断面图，最后根据里程桩的高程、中心填土高度与坝面坡度，在横断面图上套绘大坝的设计断面。,清基时，位于坝轴线上的里程桩将被毁掉，为了以后放样工作的需要，应在清基开挖线以外放出各里程桩的横断面桩。,A,B,A,B,根据横断面图上套绘的大坝设计断面，如左上图为某一横断面处的情况，由坝轴线分别向上、下游量取d1、d2得A、B为清基开挖点，量d3、d4得C、D为心墙开挖点。因清基有一定的深度，开挖时要有一定的边坡，故实际开挖线应根据地面情况和深度向外适当放宽12m，用白灰连接相邻的开挖点，即为清基开挖线。,清基工作结束后，应标出填土范围，即找出坝体和清基后地面的交线坡脚线。首先做两个与上、下游坝脚坡度一致的三角形坡度放样板。然后在上、下游清基开挖点上各钉一木桩（如图中A），用水准仪测量其高程，使桩顶高程等于清基开挖前地面高程。,将坡度放样板的斜边放在桩顶，左右移动，使圆水准气泡居中，则斜边延长线与地面的交点即为土坝坡脚点，相邻坡脚点的连线，即为坡脚线。,11.2.3 坡脚线的放样,上料桩的轴距是根据上料层的高程计算出来的。例如，某土坝的高程为102.5m，顶宽为8m，上游边坡为13.0，上料层的高程为80.0m，则上料桩的轴距：,由于坡面需要压实，所以应根据不同的土质，在填土时将计算的轴距外加12m，即为上料桩位置。随着土坝筑高，应随时修定上料桩。,放样时，在填土处以外预先埋设轴距杆，轴距杆距坝轴线的距离主要考虑便于量距、放样，如图中为80m。此时，从坝轴杆向坝轴线方向量取 80-(71.50+2)=6.50(m)即为上料桩的位置。,11.2.4 坝坡面的放样,11.3 混凝土重力坝施工测量,用混凝土浇筑，主要依靠坝体自重来抵抗上游水压力及其它外荷载并保持稳定的坝，叫做混凝土重力坝。我国的三峡工程混凝土重力坝，坝顶高程185米，最大坝高181米(坝基开挖最低高程为4米)；坝顶宽度(亦称坝顶厚度)15米，底部宽度(亦称底部厚度)一般为124米；从右岸非溢流坝段起点至左岸非溢流坝段终点，大坝轴线全长2310米。混凝土重力坝的放样精度比土坝要求高。一般在浇筑混凝土坝时，整个坝体是沿轴线方向划分成许多坝段的，而每一坝段在横向上又分成若干个坝块。浇筑时按高程分层进行，每一层的厚度一般为1.53m。混凝土坝施工放样的工作包括：坝轴线的测设、坝体控制测量、清基开挖放样和坝体立模等。,11.3.1 坝体控制测量,混凝土坝采用分层施工，每层中还分跨分仓（或分段分块）进行浇筑，因此每层每块都必须进行放样，建立施工控制网，作为坝体放样的定线依据是十分必要的。混凝土重力坝施工平面控制网一般按两级布设，首级基本控制多布置成三角网，且按三等以上三角测量的要求施测。,建立坝体施工控制网作为坝体放样的定线网，一般有矩形和三角网两种，其精度要求点位中误差不超过10mm。坝体细部常用方向线交会法和前方交会法放样。如图为直线型混凝土重力坝分层分块的示意图,测设矩形网时，先将经纬仪置在A点，照准B点，根据坝顶设计高程，在坝轴线上找出坝顶与地面的交点Q、Q。自Q点起，根据分段长度在坝轴线上定出2、3、4、等各点。,图为以坝轴线为基准布设的施工矩形网。AB是坝轴线，矩形网是由平行和垂直于坝轴线的控制线组成，矩形网格的尺寸按施工分段分块的大小来决定。,经纬仪安置A点瞄B点旋转90，在与坝轴线垂直方向上，以分块宽度定出、等放样控制点。然后将经纬仪移到B点，以同样的方法定出、等放样控制点。再通过2、3等点测设出与坝轴线相垂直的方向线，并延长到上、下游围堰上或开挖线以外，设置1、2、3、和1、2、3、等放样控制点。,在矩形网测设过程中，方向线测设必须采用盘左、盘右两个盘位测设，取其平均值作为最后结果。距离丈量也应往返丈量，以免发生差错。混凝土重力坝的高程控制也分两级布设，基本网是整个水利枢纽的高程控制。作业水准点或施工水准点，随施工进程布设，尽可能布设成闭合或附合水准路线。,清基开挖线是大坝基础进行清除基岩表层松散物的范围，它的位置根据坝两侧坡脚线、开挖深度和坡度决定。清基工作是在围堰修好、坝体控制测量结束后进行。分别在1、2、3、等放样控制点上安置经纬仪，瞄准对应的控制点l”、2”、3”、等点，在方向线上定出该断面的基坑开挖点。将这些点连接起来就是基坑开挖线。,开挖点的位置在设计图上用图解的方法求得，实际测定时采用逐渐接近法，测设步骤如下：,11.3.2 清基开挖线放样,右图是某一坝基点的设计断面图，由图上可求得坝轴线到坡脚点A的距离S0。在地面由坝轴线量出S0得地面点A，测得A点的高程后，就可求得AA的高差h1。如果基坑开挖设计坡度为1m，则Slmh1，自 A点沿横断面方向线量出S1得B点，实测B点高程，得h2HB-HA，同样可以计算出S2mh2，。,若S2与S1相接近，则该点即为基坑开挖点；若Sl与S2相差较大，则按上述方法继续进行。直到量出的距离与计算值相接近为止。,开挖点定出后，还应在开挖范围外的该断面上设立两个以上的保护桩，以备校核。用同样的方法可以定出各断面上的开挖点，将这些开挖点连接起来即为清基开挖线。在清基开挖过程中，还应控制开挖深度，在每次爆破后及时在基坑内选择较低的岩面测定高程（精确到cm即可），并用红漆标明，以便施工人员和地质人员掌握开挖情况。,15.3.3 坝体立模放样 立模前首先找出上、下游坝坡面与岩基的接触点，即分跨线上下游坡脚点，然后按设计坝坡面立模。,右图是大坝横断面图，欲放出坡脚点A，可先从设计图上查得坝坡顶B的高程HB，坡顶距坝轴线的距离为D，设计的上游坡度为1n，为了在基础面上标出A点，可依据坡面上某一点C的设计高程为HC，计算距离S1：,求得距离S1后，可由坝轴线沿该断面量一段距离S1得C1点，用水准仪实测C1点的高程H C1，若H C1与设计高程HC相等，则C1点即为坡脚点A。否则应根据实测的C1点的高程，再求距离得：,坝体中间部分分块立模时，可根据与坝轴线平行和垂直的分块线控制点，将分块线投影到已浇好的坝体上。,若要测设分块n的c点，可在点和6点同时安置经纬仪，分别照准和6点，两台仪器视线的交点即为c点位置。同法可以测出分块的其余三点位置。模板立在分块线上，因此，分块线也称立模线，立模板后分块线被覆盖，所以在分块线确定后，还要在分块线内侧0.2m处弹出平行线，用来检查和校正模扳的位置(图中虚线)，称为放样线。,模板立的是否垂直，可用一小钢尺在模板的顶都垂直量出0.2m，并悬挂一垂球，待垂球自由静止后，检查其尖端是否指向立模线，如果不通过，应校正模板，直到通过立模线为止。模板立好后，还要在模板上标出浇筑高度。其步骤一般在立模前先由最近的作业水准点(或邻近已浇好坝块上所设的临时水准点)在仓内测设两个临时水准点，待模板立好后，由临时水准点按设计高度在模板上标出若干点，并以规定的符号标明，以控制浇筑高度。,11.4 渠道测量概述,分两阶段设计（初测和定测）和一阶段设计（定测）。一阶段设计主要是路线方案比较明确、修建任务比较急、技术等级较低的渠道采用。1.初测：为渠道的初步设计提供带状地形图和有关资料的踏勘测量，称为初测；任务：(1)在指定的范围内布设导线；(2)测量各方案的带状地形图和纵断面图；(3)收集沿线水文，地质等相关资料。作用：为纸上定线、编制比较方案、初步设计提供依据。,2.定测：方案选定后，进入技术设计阶段，为技术设计阶段所进行的中线测量、纵横断面测量等详细测量，称为定测。任务：进行中线测量 纵断面和横断面测量 局部地区的大比例尺地形图的测绘等 作用：为路线纵坡设计，工程土石方量计算等道路的技术设计提供详细的测量资料。,11.4.1 渠道中线测量,渠道是由许多直线和曲线组成的，中线测量就是通过直线和曲线的测设，将路线中心线包括起点、转折点和终点的平面位置具体地标定在现场上，并测定路线的实际里程。,路线的转折点称为交点,以JD表示。当两相邻转折点之间距离较长或通视条件较差时，则要在其连线或延长线上增设一点（或数点），以传递方向，此增设点称为转点，以ZD表示。,1.交点与转点的测设,道路经规划设计后，其起点、转折点及终点(统称为线路主点)的设计位置均已标注在总平面图上。中线在路转折处要测设曲线，以使线路顺适，行车安全。中线测量的任务就是按给定的设计位置，将这些主点测设于实地，并用木桩进行标定。,1.交点的测设,如下图所示，在一些有固定建筑物的地区，可根据设计交点与建筑物的位置在地形图上事先量出交点到建筑物的距离，在现场用距离交会法或直角坐标法测设出交点的实际位置。,(1)根据与已有地物的关系测设交点,(2)根据导线点的坐标和交点的设计坐标测设交点按导线点的已知坐标和交点的设计坐标，事先算出有关测设数据，按极坐标法，角度交会法或距离交会法测设交点，如下图，首先计算出A8到JD16之间的距离D，以及夹角，然后用极坐标法测设交点D16。,（3）穿线放线法测设交点 当线路主点不能直接测设出、且定测中线离初测导线不远时，常采用此方法。()放点放点常用的方法有极坐标法和支距法。,()穿线,()交点,2.转点的测设,(1)在两交点间设转点,JD5，JD6为相邻而互不通视的交点，ZD为初定转点。为检查ZD是否在两交点的连线上，先将经纬仪安置于目估的转点ZD上，以正、倒镜分中延长直线的方法在JD6点附近标,式中：a、b距离可直接丈量或用视距测出,出JD6，丈量出JD6-JD6=f，如f超过允许偏离范围，则须将测站ZD横向移动至ZD点，移动量e：,(2)延长线上设转点,当在互不通视的两交点JD7、JD8的延长线上设立转点ZD时，可先将经纬仪安置于目估的转点ZD上，分别用正、倒镜照准DJ7，并以相同竖盘位置俯视JD8，得两点后取其中点得JD8。若JD8与DJ8点重合，或偏差值f在容许,范围之内，即可将ZD点作为转点。否则应丈量出JD8-JD8=f，将测站ZD横向移动至ZD点，移动量e可按下式计算：,2.路线转角的测量,在路线的转折处，为了设置曲线通常需要测定转角。所谓转角，就是指路线由一个方向偏转至另一方向时，偏转后的方向与原来方向间的夹角，以表示。如下图，偏转后的方向位于原来方向右侧时，称为右偏角，如9；偏转后的方向位于原来方向左侧时，称为左偏角，如10。,当180时，为右偏角，路线向右：,当180时，为左偏角，路钱向左转：,转角通常采用J6型经纬仪，用测回法观测一个测回。两个半测回角值的不符值随渠道的等级不同而定，如果符合要求，则取其平均值作为一测回的观测角值。对于高速渠道、一级渠道，两半测回间应变动度盘位置，半测回限差为20，取位至1。二级及二级以下渠道半测回限差为60，取位至30（即10舍去，20、30、40取位30，50进位为1）。,转角的观测方法,3.中线里程桩的设置,1.里程及里程桩 表示道路中线上某点到道路起点所经过的水平距离叫里程。为了确定中线上各点的相对位置，一般要沿中线方向设置里程桩，这样既可标定路线中线的位置，利用桩号表达某里程桩距路线起点的水平距离；又可作为施测路线纵、横断面的依据。里程桩：即钉设在路线中线上注有里程的桩位标志，亦称中桩。中桩上应写有桩号。如某中桩距路线起点的水平距离为3567.65m，则桩号记为K3+567.65。,2.里程桩的形式,里程桩分为整桩和加桩两种形式。整桩是由路线起点开始，桩号为整数的里程桩，规定每隔2Om或50m(曲线上根据不同的曲线半径R，每隔20m、10m或5m)设置一桩。百米桩和公里桩均属于整桩，如图所示。,加桩一般为碎桩号，形式有：（1）地形加桩（2）地物加桩（3）曲线加桩（4）关系加桩（5）工程地质加桩,3.里程桩的埋设 里程桩一般用木质桩。木质桩分扁桩和方桩。方桩一般长40cm，断面为66cm。起控制作用的交点桩、转点桩及一些重要的地物加桩(如桥，隧位置桩)，以及曲线主点桩，均应采用方桩。一般方桩钉至桩顶露出地面约2cm，桩顶钉以中心钉表示点位。,扁桩一般长30cm40cm，断面为2.56cm。用来标示其余的里程。标志桩(扁桩)应打入地下深1525cm，露出地面以上部分515cm，以便书写桩号。用于中桩的，书写桩号一面应面向路线起点方向。,11.4.3 圆曲线主点测设,渠道中线由直线、平曲线所组成。当路线由一个方向转到另一个方向时，必须用曲线来连接。曲线的形式较多，其中圆曲线(又称单曲线)是最常用的一种平曲线。,1 主点测设元素的计算,曲线主点是：起点（直圆点ZY）、中点（曲中点QZ）、终点（圆直点YZ），如图所示。,曲线元素是：,2 圆曲线主点里程的计算,交点的里程由中线丈量求得，由此可以根据交点的里程桩号及圆曲线测设元素推求出圆曲线各主点的里程桩号。其计算公式为：直圆点（ZY）里程=JD里程-T 曲中点（QZ）里程=ZY里程+L/2 圆直点（YZ）里程=QZ里程+L/2 为了避免计算错误，可用下列公式检验：YZ里程=JD里程+T-D,【例1】已知JD6的桩号为K5+178.64，偏角为=3927（右偏），设计圆曲线半径为R=120m，求各测设元素及主点编号。,3 圆曲线主点的测设,1.测设曲线的起点（ZY）与终点（YZ）将经纬仪安置于交点JD桩上，分别以路线方向定向，自JD点起分别向后、向前沿切线方向量出切线长T，即得曲线的起点和终点。,2.测设曲线的中点（QZ）后视曲线的终点，测设角度 得分角线方向，沿此方向从交点JD桩开始，量取外矢距E,即得曲线的中点QZ。,11.4.4 圆曲线细部测设,在一般情况下，当地形条件较好、曲线长度不超过40米时，只要测设出曲线的三个主点即能满足工程施工的要求。但当地形变化复杂、曲线较长或半径较小时，就要在曲线上每隔一定的距离测设一个加桩，以便把曲线的形状和位置详细地表示出来，这个过程称为曲线的细部测设。渠道中线测量中加桩一般采用整桩号法，即将曲线上靠近曲线起点（ZY）的第一个桩的桩号凑成整数桩号，然后按整桩距l0向曲线的终点（YZ）连续设桩。由于地形条件、精度要求和使用仪器的不同，细部点的测设主要有以下几种方法。,1 切线支距法（直角坐标法）,切线支距法是以曲线的起点（ZY）或终点（YZ）为坐标原点，通过曲线上该点的切线为X轴，以过原点的半径方向为Y轴，建立直角坐标系，从而测定各加桩点的方法。如下图所示。,测设时，将圆曲线以曲中点（QZ）为界分成两部分进行。,（1）根据曲线加桩的详细计算资料，用钢尺从ZY点（或YZ点）向JD方向量取x1、x2等横距，得垂足N1、N2等点，用测钎作标记。,（2）在各垂足点N1、N2等处，依次用方向架（或经纬仪）定出ZY点（或YZ点）切线的垂线，分别沿垂线方向量取y1、y2等纵距，即得曲线上各加桩点Pi。,（3）检验方法：用上述方法测定各桩后，丈量各桩之间的弦长进行校核。如不符或超过容许范围，应查明原因，予以纠正。此法适合于地势比较平坦开阔的地区。使用的仪器工具简单，而且它所测定的各点位是相互独立的，测量误差不会积累，是一种较精密的方法。测设时要注意垂线y不宜过长，垂线愈长，测设垂线的误差就愈大。,测设步骤：,12.4.2 偏角法（极坐标法）,偏角法是一种类似于极坐标的放样方法。它是利用曲线起点（或终点）的切线与某一段弦之间的弦切角i（称为偏角）以及弦长Ci来确定Pi点的位置的一种方法。,【例3】已知JD的桩号为K5+135.22，偏角为=402110（右偏），设计圆曲线半径为R=100m，取整桩距为20m。根据公式计算可知主点测设元素为：T=36.75m，L=70.43m，E=6.54m，D=3.07m。,偏角法测设步骤,（1）将经纬仪安置于曲线起点ZY(或终点YZ)上，以度盘00000照准路线的交点JD。,（2）转动照准部，正拨（按顺时针方法）测设1角（02618），由测站点沿视线方向量弦长C1（1.53米）钉桩，则得曲线上第一点Pl（K5+100）的位置。,（3）然后测设P2（K5+120）点之累计偏角2（61004），将钢尺端零点对准Pl点，以钢尺读数为C（19.97米）处交于视线方向，即距离与方向相交，则定出曲线上第二点P2点。依此类推，定出其它中间各点，并钉以木桩。,（4）最后，测设至曲线终点，视线应恰好通过曲线终点YZ。Pn-1点至曲线终点的弦长应为C2（8.90米），测设得出的曲线终点点位与原定终点点位之差，其纵向闭合差不应超过L1000(L为曲线长)，横向误差不应超过10cm，否则应进行检查，改正或重测。,3 极坐标法,当用光电测距仪或全站仪测设圆曲线时，由于其测设距离受地形条件限制较小，精度高、速度快，可以采用极坐标法直接、独立地测设各点，因此，正在逐渐地被广泛使用。,