CN101788285B - 一种可调整观测位置的水准标尺及其测量工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调整观测位置的水准标尺，包括水准标尺(1)本体，还包括辅助套杆，所述辅助套杆包括上盘(10)、下盘(18)及置于两者之间连接两者并对两者进行限位的竖杆(15)，所述上盘开有凹槽(11)，所述上盘下端面设有上触点(13)；所述下盘上端面中心处设有下触点(17)，所述下盘上端面还设有围绕下触点的尺档(16)；本发明还公开一种使用可调整观测位置的水准标尺进行测量的工艺，所述工艺包括检查辅助套杆-将水准标尺套设在辅助套杆上-安放辅助套杆-测量-套杆加常数测定-数据处理等步骤；本发明有效实现了观测点位置高于水准仪视线时，使降低水准标尺高度的方式得以实施，降低了特殊作业场合的总体观测成本。

Description

一种可调整观测位置的水准标尺及其测量工艺

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种在建筑物或构筑物沉降观测时应用的可调整观测位置的水准标尺及其测量工艺。

背景技术

在现有的施工场合，采用水准测量方法进行建筑物或构筑物沉降观测时，一般将水准标尺与水准仪配合使用，即将水准标尺竖直立在不同观测点上，在视线水平的状态下利用水准仪读取水准标尺的刻划数值，在同一测站观测不同观测点上的水准标尺，不同观测点上的水准标尺读数之差即为该两点之间的高差；通过高差传递的方式，将已知点高程传递到未知点上。

然而在特殊施工作业场合，如施工现场地坪较低，或者观测点设置位置较高，水准仪视线达不到观测点位置的高度时，则不能对水准标尺进行读数，难以完成正常的水准测量程序。

解决以上问题的思路主要有两种：一是抬升水准仪的高度，二是降低水准标尺高度；然而在实际操作中，没有降低水准标尺高度的合适实施方式，通常采用抬升水准仪高度的方式，即是如图1所示的在地坪较低的施工现场上设置观测台(4)、观测墩(8)，将水准仪(6)放置在观测台(4)上，观测者(7)站立在观测墩(8)上操作；然而上述方法存在着设置观测台(4)、观测墩(8)成本高、作业时间延长、且观测精度不理想的不足，且实际操作非常困难，极端作业场合不允许设置观测台(4)、观测墩(8)；因此需要探索降低水准标尺高度的合适实施方式。

发明内容

为了克服背景技术中抬升水准仪的高度这一实施方式的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种无需改变设站环境，仅需在水准标尺上设置辅助套杆用于调整水准标尺位置，观测时降低水准标尺的立尺高度，使观测点的位置高低对设站影响降到最低，从而达到设站灵活、对观测环境无特殊要求、且测量精度可靠的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的可调整观测位置的水准标尺，是在水准标尺上设置辅助套杆，通过辅助套杆调整水准标尺的立尺位置实现的，且由于使用了辅助套杆，在测量工艺中需考虑套杆加常数对测量结果的影响。

一种可调整观测位置的水准标尺，包括水准标尺本体，还包括辅助套杆，所述辅助套杆包括上盘、下盘及置于两者之间连接两者并对两者进行限位的竖杆，所述上盘开有凹槽，所述上盘下端面设有上触点；所述下盘上端面中心处设有下触点，所述下盘上端面还设有尺档。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述凹槽设置为矩形，所述矩形对应于水准标尺横截面矩形。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述凹槽两侧设有与上盘铰接的锁钮。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述上触点下部对应位置处设有固联在上盘上的卡扣。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述竖杆设置为螺杆结构。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述竖杆上设有扶手，所述扶手通过环扣铰接在竖杆上。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述上触点设置为圆柱头螺钉结构。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述下触点设置为圆头螺钉结构。

所述的可调整观测位置的水准标尺，所述尺档围绕下触点呈三角形设置，且顶点尺档到底边尺档连线的垂直距离等于水准标尺的厚度。

一种使用可调整观测位置的水准标尺进行测量的工艺，具体包括以下步骤：

a、检查

使用辅助套杆前，应检查辅助套杆各部件，竖杆与上盘、下盘应保持垂直关系，其连接不能有松动；上触点与上盘、下触点与下盘连接处应稳固；

b、套设水准标尺

将水准标尺套设在辅助套杆上，水准标尺下端置于尺挡间，水准标尺上端置于上盘凹槽内；水准标尺底部中心与下触点形成点接触，凹槽两侧与上盘链接的锁钮旋转到位锁定水准标尺；

c、校验

校验辅助套杆与水准标尺结合处松紧度，以水准标尺自然落在下触点上，并且顺利提起水准标尺为宜；

d、将套设水准标尺的辅助套杆通过卡扣安放在沉降观测标志上，使沉降观测标志穿过卡扣的环状空隙与上触点形成点接触；

e、调节水准标尺圆水准器，使气泡居中；

f、按正常水准测量程序操作、读数；

g、在记录中标注使用辅助套杆的点位；

h、套杆加常数测定

选择一高度合适的观测点，直接立水准标尺，基辅分划分别读数，取平均值为该观测点的测回读数，然后用同一把水准标尺套设辅助套杆再基辅分划分别读数，取平均值为该观测点的测回读数；由两次立尺的测回读数值算出上下触点之间的高差，即为套杆加常数；套设辅助套杆后的上触点与观测点在水平方向上高度相同；

i、数据处理

采用辅助套杆测量高程时，所有中间计算过程包括平差计算，均可以先不考虑套杆加常数，待全部观测点高程成果计算出来后，对使用辅助套杆的点，均直接加上相应的套杆加常数即为该点的实际高程。

所述的可调整观测位置的水准标尺的测量工艺，所述b步骤中，所述水准标尺与上盘凹槽的间隙采用耐磨胶垫或皮垫填充。

所述的可调整观测位置的水准标尺的测量工艺，所述h步骤中，当温差变化≥±5℃时，应在不同时间段分别检测套杆加常数。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、当观测点位置高于水准仪视线时，在水准标尺上套设辅助套杆，辅助套杆的上触点接触观测点，将水准标尺实际位置降低到下触点位置，从而满足视线高要求，使降低水准标尺高度方式得以实施。

2、辅助套杆的设置成本远低于观测台、观测墩的成本，且辅助套杆可多次使用；满足特殊作用场合使用要求，同时辅助套杆的操作简单便捷。

3、辅助套杆的使用不另外增加人工成本，从而大大降低了特殊作业场合的总体观测成本。

4、虽然增加了辅助套杆，由于设站不受影响，从而对正常作业程序无任何影响。

附图说明

图1为现有观测方法的示意图；

图2为辅助套杆的结构示意图；

图3为辅助套杆与水准标尺的组装结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为使用辅助套杆的观测方法示意图；

图6为加常数测定状态图a；

图7为加常数测定状态图b；

图中：1-水准标尺；2-沉降观测标志；3-建筑物；4-观测台；5-水准仪视线；6-水准仪；7-观测者；8-观测墩；9-现状地面；10-上盘；11-凹槽；12-螺母；13-上触点；14-卡扣；15-竖杆；16-尺档；17-下触点；18-下盘；19-环扣；20-扶手；21-螺杆；22-圆水准器；23-锁钮；24-销轴；25-铆轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步解释，需说明的是，公开本发明的目的旨在保护本发明的一切变化及改进，只要通过辅助装置改变及调整水准标尺的位置的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

图2中，辅助套杆包括上盘10、竖杆15、下盘18，竖杆15为两头带螺纹的螺杆结构，竖杆15分别穿过上盘10、下盘18对应孔连接两者，位于上盘10、下盘18上下面的螺母12旋紧竖杆15，并可以通过调节螺母12与竖杆15的旋合距离调节上下盘与竖杆15之间的垂直关系、调节上下盘之间间距。所述上盘10开有凹槽11，所述凹槽11尺寸对应于水准标尺横截面尺寸；且所述凹槽11两侧设有锁定水准标尺的锁钮23，锁钮23通过铆轴25与上盘铰接；上盘10下端面设有顶面平滑的圆柱头螺钉结构的上触点13，上触点13旋入上盘10螺纹孔；且上触点13下部设有通过螺杆21固联在上盘10上并限定上触点13活动范围的卡扣14；所述下盘18上端面中心处设有顶面光滑的圆头螺钉结构的下触点17，下触点17旋入下盘18螺纹孔；所述下盘上端面还设有尺档16，所述尺档16围绕下触点18呈三角形设置，且顶点尺档到底边尺档连线的垂直距离等于水准标尺1的厚度。竖杆15、上盘10、下盘18及上触点13、下触点17要求采用膨胀系数较小的相同合金材质加工制作。

图5中，测量时将辅助套杆套设在水准标尺1上构成整套装置；图3、图4中，卡扣14用于将整套装置限定在沉降观测标志2上，以保证整套装置与沉降观测标志2的相对位置适当，避免整套装置滑落，并且限定上触点13在沉降观测标志2上的活动范围，使上触点13与沉降观测标志2的接触点位于上触点13的中心位置。卡扣14有多种型号，可以适合不同类型的沉降观测标志；卡扣14采用铝合金材料制作，也可以采用高强度工程塑料制作。水准标尺1安装后，锁钮23绕铆轴25旋转到与水准标尺面贴合用于锁定水准标尺1，插上销轴24阻挡水准标尺窜出凹槽11。

使用可调整观测位置的水准标尺进行测量的工艺，具体包括以下步骤：

a、检查

使用辅助套杆前，应检查辅助套杆各部件，确保竖杆15与上盘10、下盘18保持垂直关系，螺母旋合处不能有松动；上触点13与上盘10、下触点17与下盘18连接处应稳固；

b、套设水准标尺

将水准标尺1套设在辅助套杆上，套设水准标尺1时应注意保护水准标尺尺面不被刮伤，先将水准标尺1底部放入尺挡16之间，再将水准标尺1平推进入上盘凹槽11内，让水准标尺自然就位；不允许将水准标尺1先放入上盘凹槽11内，再竖向长距离抽拉水准标尺强制其就位；所述水准标尺1与上盘凹槽11的间隙采用耐磨胶垫或皮垫填充；尺挡16用于固定水准标尺1底部，使水准标尺1与竖杆15平行，保证水准标尺1底部中心位置位于下触点17上，使水准标尺1底部中心与下触点17形成点接触；

竖杆15长度可根据需要选用550mm、1000mm两种基本尺寸，上述两种基本尺寸均可适用于1m、1.5m、2m、3m水准标尺；550mm的竖杆适用于调整水准标尺高度的上限不超过500mm，1000mm的竖杆适用于调整水准标尺高度的上限不超过950mm；根据实际需要，只需更换竖杆型号即可，上盘10、下盘18可以通用；

特殊情况下，水准标尺高度的调整上限超过950mm时，例如需将水准标尺的高度降低1400mm时，可另行加工超长竖杆15；超长竖杆15加工尺寸选择范围为：对2.0m水准标尺，可以在1000mm～1500mm之间选择竖杆尺寸；对3.0m水准标尺，可以在1000mm～2500mm之间选择竖杆尺寸；选择1000mm以上长度的超长竖杆15时，应考虑竖杆线性膨胀对长度的影响，增加套杆加常数检测的频率；

c、校验

校验辅助套杆与水准标尺结合处松紧度，以水准标尺自然落在下触点17上，并且顺利提起水准标尺为宜；

d、将套设水准标尺的辅助套杆通过卡扣14安放在沉降观测标志2上，沉降观测标志2穿过卡扣14的环状空隙与上触点13形成点接触；

e、调节水准标尺圆水准器22，使气泡居中，使整套装置保持垂直安放状态；

f、按正常水准测量程序操作、读数；需注意的是，水准标尺1底部应与下触点17结合紧密，使用时不能手提水准标尺1，应一手握紧扶手20，一手水平方向轻微用力推扶水准标尺1，使水准标尺连同辅助套杆保持竖直摆放状态；

g、在记录中标注使用辅助套杆的点位，并记录使用时间及现场环境温度数值；

h、加常数测定

上触点13、下触点18之间高差在观测过程中可视为固定值，即套杆加常数；套杆加常数可在实地随时检测确定，并用来修正观测点高差和高程；辅助套杆自身受温度影响的变形值根据选用材质的不同有微小变化，但对1000mm以下长度的竖杆其影响可以忽略；

套杆加常数检测：图7中，选择一高度合适的观测点，直接立水准标尺1，基辅分划分别读数4次，取平均值为该观测点的测回读数；图6中，用同一把水准标尺1套设辅助套杆再基辅分划分别读数4次，取平均值为该观测点的测回读数；由两次立尺的测回读数值算出上下触点之间的高差，即为套杆加常数；实际作业时，套杆加常数通常应测量2～3次，分别在当天观测前期、观测后期各检测一次，中午温度变化较大时，加测一次，根据温度变化情况取套杆加常数的平均值或者分时间段取值；

由于要求辅助套杆长度变形值应小于1/2测站中误差，测站中误差表示为Δ；对于精密水准测量，例如采用瑞士威特N3型号的水准仪，通常情况下测站中误差为0.15mm，则套杆长度变形值应限定在Δ≤0.15mm×1/2＝0.075mm；普通钢材的线膨胀系数＝0.000012，假设温度变化为5℃，对于1m长的辅助套杆，长度变形为：Δ＝0.000012×5×1000＝0.06mm；因此，除了选材上要降低膨胀系数外，对于温度变化应予以考虑，即当温差超过5℃，应在不同时间段分别检测套杆加常数，根据温度变化情况取套杆加常数的平均值或者分时间段取值；当套杆加常数变化过大，如超过2倍测站中误差时，应检查辅助套杆各部件连接是否牢固，水准标尺与辅助套杆套合是否紧密，并予以修正；

对于长度超过1m的辅助套杆，以长度为2.5m的辅助套杆为例，当温度变化为5℃，长度变形为Δ＝0.000012×5×2500＝0.15mm；该变形值等于瑞士威特N3型号的水准仪常规情况下的测站中误差，此时应考虑增加套杆加常数检测次数，使检测时的温度与观测时的温度基本一致，以温度变化不超过3℃为宜，从而降低或消除套杆加常数变化对测量结果的影响；

i、数据处理

测量原理：使用水准仪进行测量时，同一测站单次设站的视线高度为一定值，该定值称为该测站本次设站的水准仪视线高；在保持该测站本次设站状态不变的情况下，水准仪视线扫描一周形成一水平面，以该水平面为参照，水准标尺立尺位置不同时，其读数不同，水平面高度减去水准标尺读数值即为所立尺位置的高程；

水准标尺套合辅助套杆进行观测时，辅助套杆的上触点放置在观测点上，此时上触点高度与观测点高度相同；水准标尺套合辅助套杆进行观测时，观测到的读数为下触点位置的水准标尺读数，此时得到的高程为下触点位置的高程，下触点的高程加上辅助套杆加常数相当于上触点的高程；

在水准测量计算中，实际所用的是各未知点与已知点高差，沿水准路线，通过高差传递的方式，将高程从已知点传递到未知点；相邻观测点之间的高差是在该测站水准仪视线高不变的情况下，通过水准标尺两次读数差值计算得到的；

在该测站水准仪视线高不变的情况下，直接将水准标尺立在观测点上读数a，该读数加上套杆加常数⊿D等于使用辅助套杆时水准标尺在下触点位置时的读数b，即b＝⊿D+a

其中：⊿D为套杆加常数，

a为直接在所用观测点上竖立水准标尺时所读取的水准标尺读数，

b为水准标尺套设辅助套杆后上触点置于所用观测点时所读取的水准标尺读数，即下触点位置的水准标尺读数；

数据处理方法：

套杆加常数测定时采用计算公式为：⊿D＝b-a

根据所述测量原理，采用辅助套杆测量高程时，观测点高程与上触点高程相同、与下触点高程相差一个常数，该常数为套杆加常数；因此，数据处理可以简化，所有中间计算过程包括平差计算，均可以先不考虑套杆加常数，待全部观测点高程成果计算出来后，对使用辅助套杆的点，均直接加上相应的套杆加常数即为该点的实际高程；

观测点高程改正：观测点高程改正公式为H＝H_测+⊿D

上述公式中：

H为观测点实际高程值，

H_测为使用辅助套杆测量时实测的该观测点下触点位置的高程值，即该观测点未加套杆加常数改正的高程值，

⊿D为套杆加常数，

进行观测点高程改正时，只需在使用辅助套杆测量得到的高程值H_测上加套杆加常数⊿D即可直接得到观测点实际高程值H。

Claims (8)

1.一种可调整观测位置的水准标尺，包括水准标尺(1)本体，其特征在于：

还包括辅助套杆，所述辅助套杆包括上盘(10)、下盘(18)及置于两者之间连接两者并对两者进行限位的竖杆(15)，所述上盘(10)开有凹槽(11)，所述凹槽(11)设置为矩形，所述矩形对应于水准标尺(1)本体横截面矩形，且所述凹槽(11)两侧设有与上盘铰接的锁钮(23)；所述上盘(10)下端面设有上触点(13)，所述上触点(13)下部对应位置处设有固联在上盘上的卡扣(14)；所述下盘(18)上端面中心处设有下触点(17)，所述下盘上端面还设有尺档(16)。

2.根据权利要求1所述的可调整观测位置的水准标尺，其特征在于：所述竖杆(15)设置为螺杆结构，且所述竖杆(15)上设有扶手(20)，所述扶手(20)通过环扣(19)铰接在竖杆(15)上。

3.根据权利要求1所述的可调整观测位置的水准标尺，其特征在于：所述上触点(13)设置为圆柱头螺钉结构。

4.根据权利要求1所述的可调整观测位置的水准标尺，其特征在于：所述下触点(17)设置为圆头螺钉结构。

5.根据权利要求1所述的可调整观测位置的水准标尺，其特征在于：所述尺档(16)围绕下触点(17)呈三角形设置，且顶点尺档到底边尺档连线的垂直距离等于水准标尺(1)本体的厚度。

6.一种使用如权利要求1所述的可调整观测位置的水准标尺进行测量的工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

a、检查

使用辅助套杆前，应检查辅助套杆各部件，各部件连接不能有松动、连接处应稳固；

b、套设水准标尺本体

将水准标尺(1)本体套设在辅助套杆上，锁钮(23)旋转到位锁定水准标尺本体；

c、校验

校验辅助套杆与水准标尺本体结合处松紧度，水准标尺(1)本体应自然落在下触点(17)上，并且能够顺利提起水准标尺本体；

d、将套设水准标尺本体的辅助套杆通过卡扣(14)安放在沉降观测标志(2)上，使沉降观测标志(2)穿过卡扣的环状空隙与上触点(13)形成点接触；

e、调节水准标尺本体圆水准器(22)，使气泡居中；

f、按正常水准测量程序操作、读数；

g、在记录中标注使用辅助套杆的点位；

h、套杆加常数测定

选择一高度合适的观测点，直接立水准标尺本体，基辅分划分别读数，取平均值为该观测点的直接立水准标尺本体测回读数，然后用同一把水准标尺本体套设辅助套杆再基辅分划分别读数，取平均值为该观测点的套设辅助套杆后测回读数；由两次测回读数值算出上下触点之间的高差，即为套杆加常数；套设辅助套杆后的上触点与观测点在水平方向上高度相同；

i、数据处理

采用辅助套杆测量高程时，所有中间计算过程，均先不考虑套杆加常数，待全部观测点高程成果计算出来后，对使用辅助套杆的点，均直接加上相应的套杆加常数即为该点的实际高程。

7.根据权利要求6所述的使用可调整观测位置的水准标尺的测量工艺，其特征在于：所述b步骤中，所述水准标尺本体与上盘凹槽的间隙采用耐磨胶垫或皮垫填充。

8.根据权利要求6所述的使用可调整观测位置的水准标尺的测量工艺，其特征在于：所述h步骤中，当温差变化超过5℃时，应在不同时间段分别检测套杆加常数。

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