第3章　施工测量

3.1　施工测量基本知识

各种工程建设，都要经过规划设计、建筑施工、经营管理等几个阶段，每一阶段都要进行有关的测量工作，在施工阶段所进行的测量工作，称为施工测量。

在测量工作中，常用地面点在基准面上的投影位置和该点投影方向到大地水准面的距离三个量来表示。投影位置通常用地理坐标、平面直角坐标来表示。我国大地坐标系需要三个参数，即经度、纬度、大地高，大地坐标系采用1980西安坐标系（1980年国家大地坐标系），大地原点在陕西省泾阳县永乐镇。地面点到大地水准面的垂直距离用绝对高程表示。我国高程系统采用1985年国家高程基准，水准原点在山东省青岛市观象山上的一个山洞里，水准原点高程为72.2604m。地面点到任意水准面的垂直距离称为相对高程。

在外业测量中，大地水准面是测量的基准面，铅垂线是测量的基准线；在内业计算中，参考椭球面是计算的基准面，法线是基准线。

3.1.1　施工测量的主要内容

1.施工场地平整测量

各项工程建设开工时，首先要进行场地平整。平整时可以利用勘测阶段所测绘的地形图来求场地的设计高程并估算土石方量。如果没有可供利用的地形图或计算精度要求较高，也可采用方格水准测量的方法来计算土石方量。

2.建立施工控制网

施工测量也按照“从整体到局部”、“先控制后碎部”的原则进行。为了把规划设计的建（构）筑物的平面位置和高程准确地在实地标定出来，以及便于各项工作的平行施工。施工测量时要在施工场地建立平面控制网和高程控制网，作为建（构）筑物定位及细部测设的依据。水工建筑物一般先施工控制测量建筑物的主轴线，用它来控制建筑物的整个位置和高程；再用它来测量出版物细部，测量细部的精度往往比测量主轴线的精度高。

3.施工放样与安装测量

施工前，要按照设计要求，利用施工控制网把建（构）筑物和各种管线的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；在施工过程中，要及时测设建（构）筑物的轴线和标高位置，并对构件和设备安装进行校准测量。

4.竣工测量

每道工序完成后，都要通过实地测量检查施工质量并进行验收，同时根据检测验收的记录整理竣工资料和编绘竣工图，为鉴定工程质量和日后维修与扩（改）建提供依据。

5.建（构）筑物的变形观测

对于大型厂房、高层建筑、土石坝、重力坝、拱坝等重要建（构）筑物，在施工过程中及竣工后一段时间内，应进行变形观测，测定其在荷载作用下产生的平面位移和沉降量，以保证建筑物的安全使用，同时也为鉴定工程质量、验证设计和施工的合理性提供依据。

3.1.2　施工控制网的布设

施工平面控制网的布设，应根据总平面设计和施工地区的地形条件来确定。平面控制网一般布设成基本网和定线网两级；高程控制网一般布设成基本网和施工网。对于起伏较大的山岭地区（如水利枢纽）及跨越江河的工程（如大桥），一般可以采用三角测量（或边角测量）的方法建网。对于地形平坦通视比较困难的地区，例如扩建或改建的工业场地，则可以采用导线网；而对于建筑物多为矩形且布置比较规则和密集的工业场地，也可将施工控制网布置成规则的矩形格网，即所谓建筑方格网。

由于各种工程对于放样精度的要求不同，施工现场的地形条件以及建筑物的分布和施工布置情况也不一样，所以各种施工控制网的形式、精度以及点位分布都不尽相同。相对于测图控制网来说，一般的施工控制网具有以下特点：控制的范围小，控制点的密度大；使用频繁；点位布设和精度有特定的要求；受施工干扰；投影面的选择不同。

根据以上这些特点，施工控制网的布设应作为整个工程施工设计的一部分。布网时，必须考虑到施工的程序、方法，以及施工场地的布置情况。为了防止控制点的标桩被破坏，所布设的点位应画在施工设计的总平面图上，并教育工地上的所有人员注意保护。

3.1.3　测设点位的基本工作

测设点位的基本工作包括已知水平距离、已知水平角和已知高程的测设。

3.1.3.1　已知水平距离的测设

根据给定的直线起点和水平长度，沿已知方向确定出直线另一端点的测量工作，称为已知水平距离的测设。

1.测设的一般方法

按一般方法进行测设时，可由给定的起点，沿给出的方向直接用钢尺量取所测设的距离，从而确定出直线的另一端点。如测设的长度超过钢尺长度，则应进行往返丈量，丈量误差若在容许范围之内，则取平均值作为最后结果。

2.测设的精密方法

当测设精度要求较高时，应按精密方法进行测设。此时应对所测设的距离进行尺长改正、温度改正和倾斜改正。

当测设的距离超过一整尺长时，也可采用下列测设方法。

如图3.1所示，先从已知点A，按设计长度D，用一般方法定出B′点，再多次精确丈量AB′，并进行尺长改正，温度改正和倾斜改正，求得的AB′长度D′。若D′与D不相符，则按下式计算改正数：

并沿AB直线方向，对B′点进行改正，即可确定出B点的正确位置。如ΔD为正，应向外改正；ΔD为负，则向内改正。

3.1.3.2　已知水平角的测设

已知水平角的测设，是根据某一已知方向和已知水平角的数值，把该角的另一方向在地面上标定出来。由于对精度的要求不同，水平角测设的方法有以下两种。

1.一般方法

如图3.2所示，已知地面上OA方向，从OA向右测设水平角β，定出OB方向，步骤如下：（1）在O点安置经纬仪，以盘左位置瞄准A点，并使度盘读数为0°00′00″。

（2）松开水平制动螺旋，旋转照准部，使度盘读数为β角值，在此方向上定出B′点。

（3）倒镜成盘右位置，以同样方法测设β角，定出点，取B′、B″的中点B，则∠AOB就是要测设的角度。

2.精确方法

当测设精度要求较高时，可按如下步骤进行（见图3.3）。

（1）先按一般方法测设出B′点。

（2）用测回法对∠AOB观测若干个测回（测回数根据要求的精度而定），求出其平均值β′，并计算出Δβ＝β－β′。

（3）计算改正距离。

式中：ρ″＝206265″。

（4）自B′点沿OB′的垂直方向量出距离BB′，定出B点，则∠AOB就是要测设的角度。

量取改正距离时，如Δβ为正，则沿OB′的垂直方向向外量取；如Δβ为负，则沿垂直方向向内量取。

3.1.3.3　已知高程的测设

已知高程的测设，是根据已知高程的水准点将设计高程在实地标定出来。下面用实例说明测设方法。

如图3.4所示，A为水准点，其高程HA＝41.180m，今欲将设计高程41.500m测设到木桩B上。其测设步骤如下：

（1）在水准点A与木桩B之间安置水准仪，在A点所立水准尺上测得后视读数，设为1.050m，则视线高程为

41.180＋1.050＝42.230m

（2）计算B点水准尺尺底恰好位于设计高程时的前视读数b。

b＝42.230－14.500＝0.730m

（3）上、下移动竖立在木桩B侧面的水准尺，使尺上读数为0.730m。此时紧靠尺底在桩上画一水平线，其高程即为41.500m。

当测设的高程与水准点之间的高差较大时，例如在深基坑内或在较高的楼层面上测设高程时，可以用悬挂的钢尺来代替水准尺。如图3.5所示，为了要在楼层面上测设出设计高程HB，可在楼层上架设吊杆，杆顶吊一根零点向下的钢尺，尺子下端挂一重约10kg的重锤。在地面和楼层面上各安置一台水准仪，设地面水准仪在已知水准点A点尺上读数为a1，在钢尺上读数为b1；楼层上安置的水准仪在钢尺上读数为a2，则B点尺上应有读数为

b2＝HA＋a1－b1＋a2－HB

由b2即可标出设计高程HB。

按同样方法可在深基坑内测设出已知高程。

在建筑物设计、施工中，为了使设计高程与图纸上的竖向尺寸相配合，一般以建筑物底层（地面层）室内地坪高为标高±0.000m，称为±0.000标高。高程等于底层室内地坪高的水准点，称为±0.000水准点。在底层室内地坪以上，设计标高为正；在底层室内地坪以下，设计标高为负，如基础、地下室等的设计标高均为负值。

3.1.4　点的平面位置的测设

建（构）筑物的测设，实质上是将建（构）筑物的一些特征点（如轴线交点）的平面位置和高程标定于施工现场。测设点的平面位置的基本方法有直角坐标法、极坐标法、角度交会法和距离交会法。测设时究竟选用哪一种方法，应根据施工现场控制点的分布情况、建筑物的大小、测设精度及施工现场情况来选择。

3.1.4.1　直角坐标法

若施工场地的平面控制网为建筑基线或建筑方格网时，使用此方法较为方便。

如图3.6所示，1、2、3、4为建筑方格网点，P、Q为建筑物主轴线端点，其坐标分别为（xP、yP）、（xQ，yQ），PQ与方格网线平行，今欲以直角坐标法测设P、Q点的平面位置。

测设时，首先计算P点与1点的纵、横坐标差

Δx1P＝xP－x1

Δy1P＝yP－y1

在1点安置经纬仪，瞄准2点，从1点开始沿此方向测设距离Δy1P，定出a点；然后将经纬仪搬至a点，仍瞄准2点，逆时针方向测设出90°角，沿此方向测设距离Δx1P，即得到P点位置。按同样方法测设出Q点。最后应丈量PQ的距离以作为检核。

3.1.4.2　极坐标法

如测量控制点离放样点较近，且便于量距时，可采用极坐标法测设点的平面位置。

如图3.7所示，设F、G为施工现场的平面控制点，其坐标为

xF＝346.812m、yF＝225.500m；XG＝358.430m，yG＝305.610m。P、Q为建筑物主轴线端点，其设计坐标为xP＝370.000m、yP＝235.361m；xQ＝376.000m、yQ＝285.000m。

用极坐标法测设P、Q点平面位置的步骤如下：

（1）首先根据控制点F、G的坐标和P、Q的设计坐标，计算测设所需的数据β1、β2及D1、D2。

1）计算FG、FP、GQ的坐标方位角：

2）计算β1、β2的角值：

β1＝αFG－αFP＝81°44′53″－23°02′18″＝58°42′35″

β2＝αGQ－αGF＝310°26′51″－261°44′53″＝48°41′58″

3）计算距离D1、D2：

（2）测设时，将经纬仪安置于F点，瞄准G点，按顺时针方向测设β角，得到FP方向；再沿此方向测设水平距离，即得到P点的平面位置。用同样方法测设出Q点。然后丈量PQ之间的距离，并与设计长度相比较，其差值应在容许范围内。

如果使用全站仪按极坐标法测设点的平面位置，则更为方便。如图3.8所示，设欲测设P点的平面位置，其施测步骤如下：

1）将全站仪安置在F点，瞄准G点，水平度盘安置在0°00′00″。

2）将控制点F、G的坐标和P点的设计坐标输入全站仪，即可自动计算出测设数据水平角及水平距离D。

3）测设已知角度β（仪器能自动显示角值），并在视线方向上指挥持棱镜者，将棱镜安置在P点附近的P′点。如果持镜者的棱镜可以显示FP′的水平距离D′，就可根据D′，与D之间的差值ΔD，由持镜者用小钢尺在视线方向上对P点点位进行改正。若棱镜无水平距离显示，则可由观测者按算得的ΔD值指挥持镜者移动至P点位置。

3.1.4.3　角度交会法

当测设的点位离已知控制点较远或不便于量距时，可采用角度交会法。当使用角度交会法测设点位时，为了进行检核，应尽可能根据三个方向进行交会。

如图3.9所示，E、F、G、H为已知坐标的平面控制点，P、Q为给定设计坐标的待测设点。

测设前根据已知控制点和待测设点的坐标，分别计算出角值β1、β2、β3、β4、β5、β5，并检验交会γ1、γ2是否满足不小于30°或不大于120°的要求。测设时，可先在E、F安置经纬仪，测设β1、β2，获得EP、FP两条方向线；在两观测员共同指挥下，在方向线交点处打下大木桩；然后再将两条方向线投到桩顶上。接着在G点安置经纬仪，测设β3角，将方向线GP投到桩顶上，三方向线的交点即为P点的点位。若三条方向线不交于一点，而形成一误差三角形，当误差三角形的各边边长均不超过10mm时，取其内切圆的圆心作为P点的位置。按同样方法测设出Q点。最后用钢尺丈量PQ的水平距离与设计长度比较，其误差在容许范围之内，则稍微改正P点或Q点位置，使符合设计要求。

如果仅用两个方向进行交会，则应重复交会，以资检核。

3.1.4.4　距离交会法

距离交会法是通过测设已知距离定出点的平面位置的一种方法。此法适用于场地平整、便于量距，且控制点到待测设点的距离不超过一整尺的地方。

如图3.10所示，P、Q为待测设点，E、F、G为已知坐标的平面控制点。测设前，根据P点的设计坐标和E、F点的已知坐标，计算出测设距离D1、D2。测设时分别用两把钢尺的零点对准E、F点，同时拉紧、拉平钢尺，以D1和D2为半径，在地面上画弧，两弧交点即为待测P的点位。同法可测设出Q点的位置。测设完毕，应检测PQ的距离是否与其设计值相符，以资检核。