工程测量专业.docx
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工程测量专业
主讲人：
刘文东
时间：
2015.07
授课老师简介
姓名：
刘文东
工作单位：
中国化学工程第一岩土工程有限公司
职称/职务：
总工程师/教授级高级工程师
社会兼职：
1、石油和化工行业勘察设计大师
2、中国石油和化工勘察设计协会工程勘察与岩土分会副会长
3、沧州市土木工程学会副理事长
4、中国化学工程集团公司技术专家
5、河北省工程勘察设计咨询协会专家委员会委员
主要论文：
1、金堆城排废场人工填土高边坡稳定性数值分析
2、膜上覆水真空预压技术在软土地基处理中的应用
3、强夯施工振动对相邻钻孔灌注桩影响试验研究
参编标准：
1、真空预压法加固软土地基施工技术规程HG/T20578-2013
2、化工行业岩土工程勘察成果质量检查与评定标准HG/T20707-2014
3、岩土工程勘察地层描述技术规程DB13（J）/T152—2013
主要专利：
1、基于微机的软土地基分层沉降自动监测系统
2、一种提高地基承载力的水泥砂浆桩
3、不均匀沉降地面多管注浆抬升设备
4、一种干砂预密振动地基加固方法
前言
本教材是根据《全国咨询工程师（投资）继续教育大纲》、原人事部印发的《全国专业技术人员继续教育暂行规定》和中咨协会制定的《咨询工程师（投资）继续教育暂行规定》要求编写的系列教材之一。
适用于咨询工程师工程测量专业工程技术人员继续教育培训。
本教材在编写过程中，编写人员紧扣工程咨询工程师继续教育编写要求，在简单的介绍了工程测量的基本概念和基础理论知识后，重点介绍工程测量专业正在普及使用的新技术、新方法、新规范和国家以及行业主管部门颁发实施的与行业发展建设相关的法律法规、部门规章等内容。
教材共分六章，第一章、第二章介绍了工程测量的基本工作内容和工程测量在工程建设中的应用；第三章、第四章、第五章介绍了目前正在使用或正在普及使用的卫星定位测量、航测遥感和水域测量等测量技术；第六章介绍了与测绘工作相关的法律法规知识和政府主管部门的有关规定。
希望通过本教材的学习，使工程咨询工程师能全面了解工程测量专业的主要工作内容、工作范围、在工程项目建设中的作用及工程项目建设中需要进行的工程测量工作内容和工作方法。
拓展工程咨询工程师的相关专业知识、完善工程建设项目全过程的知识结构，不断提升自身的综合素质和执业能力。
本期工程测量继续教育教材由中国石油化工勘察设计协会组织编写。
教材共分六章，第一章概述（2学时）由中国化学工程第一岩土工程有限公司刘文东编写、第二章工程测量基础（12学时）由中国石油工程建设公司华东环境岩土工程分公司魏国荣编写、第三章卫星定位测量（18学时）由中石化石油工程设计有限公司蔡润彬编写、第四章航测遥感（20学时）由中国石油天然气管道工程有限公司徐俊科编写、第五章生水域测量（8学时）计划明年完成编写，编写人待定、第六章测绘法律法规（12学时）由化学工业岩土工程有限公司杨雷生编写。
由于时间紧，编者水平有限，书中难免存在错误和不妥之处，请使用本书的工程技术人员提出批评指正。
第一章概述
1.1工程测量的基本概念
1.2工程测量的主要工作内容
1.3工程项目不同阶段的工程测量内容
1.4工程测量新技术
1.5测绘法律法规
1.1工程测量的基本概念
1.1.1测量学的定义
1.1.2工程测量学的定义
1.1.3工程测量的工作范围
1.2工程测量的主要工作内容
1.3工程项目不同阶段的工程测量内容
1.4工程测量新技术
1.5测绘法律法规
1.1工程测量的基本概念
1.1.1测量学定义
测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。
根据它的任务与作用，它包括两个部分工作。
一部分是由地面到图形，用测量仪器，
通过测量和计算，把地球表面的地形特征缩绘成地形图，即测定（测绘）；另一部分是由图形到地面，把图纸上规划设计好的建筑（构）物的位置在地面上标定出来，即测设（放样）。
测量学按照研究范围和对象的不同，产生了许多分学科：
普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学和制图学。
随着科学技术的发展，特别是计算机的普及应用，在高科技电子设备和测量技术结合后，出现了许多新的测量手段和学科，例如，全球卫星定位技术，三维立体成像技术等等。
1.1.2工程测量学的定义：
工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。
它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。
没有工程测量工作为工程建设提供数据和图纸，并与之配合和进行指挥，任何工程建设项目都无法开展和完成。
工程测量技术在国民经济建设、国防建设以及科学研究等领域，都占有重要的地位，对国家可持续发展发挥着越来越重要的作用。
1.1.3工程测量的工作范围
工程测量的工作范围按服务对象分为：
建筑工程测量、水利工程测量、线路工程测量、桥隧工程测量、地下工程的测量、海洋工程测量、军事工程测量、三维工业测量以及矿山测量和城市测量等。
按工程建设阶段工程测量的工作范围则包括工程建设项目的规划、勘测、设计、施工、竣工和运营管理各个阶段所进行的所有测量工作。
1.2工程测量的主要工作内容
1.2.1工程控制网
1.2.2地形图的测绘
1.2.3工程建构筑物的施工放样
1.2.4竣工测量
1.2.5工程的变形监测
1.2工程测量的主要工作内容
工程测量的工作内容主要有：
工程控制测量；地形资料的获取与表达；建（构）筑物的施工放样；工程竣工测量；工程变形及监测等工作。
1.2.1工程控制网
1.2.1.1工程控制网的分类
建立工程控制网的目的是为工程建设提供一个工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供统一的空间位置基准，具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。
也是为满足工程建设不同阶段对测绘在质量、进度和费用等方面的要求提供保证。
工程控制网一般可分为以下四类：
测图控制网、施工控制网、安装控制网、变形监测网。
具体功能如下。
1）测图控制网：
在施工前的勘测设计阶段建立的，主要是为测绘大比例尺地形图服务的，这种在工程建设的规划设计阶段，为测绘各种比例尺地形图而建立的测量控制网，叫做测图控制网
2）施工控制网：
在工程建设施工阶段建立的，主要为施工放样服务的，这种为工程建（构）筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网，我们称其为施工控制网。
其精度一般要高于测图控制网。
施工控制网一般基于施工坐标系（假定坐标系）布设成独立网。
施工坐标系，是根据工程总平面图所确定的独立坐标系统，其坐标轴平行或垂直于建筑物的主轴线。
主轴线通常由工艺流程方向、运输干线（铁路或其他运输线）或主要建筑物的轴线所决定。
施工坐标系统的坐标原点应设在施工场地以外的西南角，使所有建筑物的设计坐标均为正值。
3）安装控制网：
在工程建设施工后期建立的，主要为大型工业设备的安装、定位、校正服务的，本质上也属于施工控制网。
不同的是控制网设计时，应考虑控制点的密度和位置要能满足设备构件的安装定位要求，点位的选择不受地形、地物、图形强度等的影响，要考虑设备的位置、数量、建（构）筑物的形状、特定方向的精度要求等。
4）变形监测控制网：
在施工及运营期间建立，主要为建构筑物进行变形监测服务的，变形监测控制网要有一些控制点离监测区或监测体适当距离，且相对稳定的地带。
1.2.1.2工程控制网的布设原则
工程控制网的建立应该遵循以下布网原则：
1）分级布网、逐级控制；2）要有足够的精度和可靠性；3）要有足够的点位密度；4）执行统一的规范。
1.2.1.3施工控制网的布设
施工控制网的布设要根据施工场地的地形、地貌、面积大小、工程性质及施工组织计划而建立。
一般按格网状布设，控制点埋设要稳定和利于长期保存，相邻两点之间要通视，间距一般为200-300米。
1.2.1.4工程控制网的数据处理
目前的测量控制网计算以及精度统计工作，依然遵循的是最小二乘法原理的平差理论。
一般均由数据处理软件完成，但在实际工作中应当注意的是，所使用的测量计算程序是否已经过审查批准，计算原始数据和结果是否经过检查校对。
对于计算结果要进行必要的检查，不能过于盲目依靠计算机所给出的结果。
1.2.2地形图的测绘
1.2.2.1地形图测绘的目的和作用
地形图指的是地表起伏形态和地理位置、形状在水平面上的投影图。
具体来讲，将地面上的地物和地貌按水平投影的方法（沿铅垂线方向投影到水平面上），并按一定的比例尺缩绘到图纸上，这种图称为地形图。
在进行工程项目规划、设计、施工时，需要了解场地内的地形地貌地物等各种测量数据，这就需要各种大比例尺的地形图资料，所以地形图测绘是所有建设工程中不可缺少的环节，地形图的作用如下：
1）获得点的坐标；
2）获得两点间的距离；
3）计算两点间的方位角；
4）计算两点间的坡度；
5）确定汇水面积；
6）计算多边形面积；
7）画断面图；
8）设计等坡线；
9）土方量计算（场地平整）。
1.2.2.2地形图的测绘方法
测绘地形图的方法主要有野外实地测图和航测法（包括近景摄影）成图，工程建设领域所需地形图大部分是大比例尺的地形图，因此地形测量基本还是采用野外实地测图的方式。
实地地形图测绘是以测量控制点为依据，按一定的步骤和方法将地物和地貌测定到图纸上，并用规定的比例尺和符号绘制成图。
地形图测绘步骤是根据已有控制网的位置和密度合理布设图根点，并以此开展实地测绘（采集数据）、处理数据、编辑图形以及输出图形等工作。
目前人们一般采用全站仪数字化测图、GPS-RTK测图法、航空摄影测量和三维立体激光扫描成图等方法进行地形图现场测绘。
利用全站仪进行地形图测绘的外业采集数据可以有两种不同的工作方式，一种是在野外利用全站仪获取数据，将获得的数据存入全站仪的内存中，或者是将数据转存到掌上电脑中，之后再将转存的数据导入计算机中进行后期处理；另一种是直接将电子存储设备与全站仪在野外进行连接，全站仪测量所获得的数据实时传输到与其相连的存储设备中，实地添加地理属性，进而直接成图。
利用GPS-RTK测绘地形图：
GPS-RTK测图法是一种先进的测量手段，不需要控制点和地物点、地形点互相不需通视；在任何天气下都可运行；同时提供三维坐标；观测时间短；可以大幅度降低测图所需的控制点数目，改变了以往的“先控制、后测图”的测量方式，提高了工程测量作业效率，为测量工作带来了巨大变革。
1.2.2.3地形图的比例尺选择
任何一项工程都必须按照自然条件和预期目的进行选址和规划设计。
所谓规划设计就是在图纸上面规划出即将建设的建构筑物的位置、解决主要车间、辅助车间、动力设施、运输设施、仓库、工程管网以及行政办公设施等在厂区内的平面布置与竖向布置。
这就要我们提前通过现场实地勘测提供出设计阶段需要比例尺的地形图，供规划设计人员进行规划设计。
1）工业企业的规划设计阶段的测量工作。
要进行规划设计必须有设计底图，而该阶段测量工作的任务是向设计者提供所需的地形图。
一般来说：
1：
5000比例尺地形图可用于规划设计
1：
2000比例尺地形图可用于初步设计
1：
1000比例尺地形图可用于施工设计
1：
500比例尺地形图可用于地形复杂、建（构）筑物密集、精度要求较高的工业企业的施工设计
一般对于大型工业企业，初步设计阶段采用的图纸比例尺可以小一些，施工设计阶段要求比例尺大一些；对于一些中、小型企业，也可以按照施工设计阶段的的要求，测绘一种比例尺的地形图即可，至于采用多大比例尺也可与有关工程的规划设计人员协商拟定。
由于随着测图比例尺的增大测量工作量成倍增大，测量工作费用也越高（如1：
500的费用是是1：
1000的2倍），所以各设计阶段选用地形图比例尺的标准应是以满足规划设计各阶段的工程精度要求为原则，应综合考虑费用和满足各种设计阶段用图的需要合理选择地形图的比例尺。
2）线路的规划设计阶段的测量工作。
各种线型工程的勘测工作内容基本是一样的，但随着工程的不同有些差异。
现以公路为例详细地说明线路勘测的内容和任务。
我国公路规划设计的程序，一般要经过方案研究、初测、初步设计、定测，施工设计等过程。
初测阶段为初设提供平面、高程控制、地形图、特殊地段的控制桩及纵、横断面资料。
初步设计比选方案一般在1：
10000地形图上做多个比选方案，纸上布线后，对各方案进行1：
2000地形图测量，在1：
2000地形图上进行纸上定线。
施工图设计根据批准的初步设计文件，在1：
2000图上进行方案比选，确定路线方案，进行施工图详测。
3）桥梁规划设计阶段的测量工作。
桥梁规划设计应用的地形图比例尺与公路规划设计需要的比例尺相同，主要测量工作有：
桥位平面和高程控制测量、桥址定线测量、断面测量、桥位地形测量、流向测量、船筏走行线测量、钻孔定位。
1.2.2.4测图范围的确定
地形图测绘范围应由设计单位和勘测单位共同拟定。
一般来说，初步设计阶段勘测面积要布置得大一些，施工设计阶段可以缩小一些。
一般勘测面积应是厂区建筑占地面积的1.3～1.5倍，若加上外部水源、弃渣场等，可能为厂区占地面积的2～3倍
1.2.3工程建（构）筑物的施工放样
1.2.3.1施工放样方法
工程测量中的建（构）筑物放样或者测放，就是通过距离、角度和高程三个元素的测设将图纸上设计的建（构）筑物的平面位置和高程按设计要求，以一定的方法和精度在工程实地标定出来，作为施工的依据。
是施工建设阶段最主要的测量工作，它贯穿于整个施工过程中。
放样工作包括平面位置放样和高程放样。
平面位置放样常用的方法是直角坐标法、极坐标法以及交会法等。
目前多采用的是直接坐标法，其放样元素是点位的坐标。
将待放样点的坐标输入全站仪或RTK，可直接测放出该点的实际位置并作出标记。
高程放样采用的方法是根据高程控制网点用水准测量方法进行。
总之采用合适的方法逐一将设计图纸转化为地上实物，即施工放样。
1.2.3.2施工放样基本要求：
1）采用全站仪放样时要求测站与放样点通视，其测量精度也随着距离增加而降低。
2）GPS放样不要求两侧点间相互通视，能远距离传递三维坐标，不会产生误差累积。
3）毫米级等高精度放样以及GPS信号不好时，应采用全站仪放样。
4）信号好且精度要求不太高时（如5cm精度），可采用GPS-RTK放样。
在实际工作中，重点要注意的是，首先熟悉建（构）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点的设计位置，各部件之间的几何关系，进行图纸的数据校核工作，如果发现有数据不符的情况，要及时和有关部门沟通汇报，确保图纸数据的准确。
然后，结合现场条件、控制点的分布，现有的仪器设备等资源，设计放样方案并按照先后顺序进行放样工作，放样完成，要进行多方位、多角度的检核，确保放样的正确。
1.2.4竣工测量
工程项目建设完成后，为检查和掌握现有建（构）筑物的平面与高程位置关系，设计要素的现状以及场地地形地物的情况而进行的测量工作，称为竣工测量。
。
竣工测量是规划管理竣工验收的一项重要程序，竣工测量形成的成果报告竣工总图，是规划竣工验收审核的重要依据，竣工测量既有工程测量的普遍性要求，也有规划管理的特殊性要求，不仅涉及到影响测绘管理部门掌握现状地理信息的正确性，而且涉及到影响规划管理部门规划审批的落实和监督管理，因此竣工测量是关系到城市建设管理和规划实施落实的一项重要测绘工作。
竣工测量成果的整理归档一般应包括如下内容：
1）技术设计书；
2）收集到的竣工测量资料；
3）竣工测量观测、计算资料；
4）竣工总图、专业分图、断面图；
5）细部点成果表；
6）仪器检定和检校资料；
7）检查报告；
8）技术总结。
1.2.5工程的变形监测
工程竣工后进入运营管理阶段。
建（构）筑物及其设备在运营过程中，随时间的推移会发生变形，这种变形在一定限度之内，应认为是正常现象，但如果超过了规定的限度，就会影响建（构）筑物的正常使用，严重时还会危及建（构）筑物的安全。
因此在工程建（构）筑物的施工和运营期间，必须进行监视观测。
其目的是通过变形观测取得第一手的资料，可以监视工程建（构）筑物的状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，应及时分析原因，采取措施，防止事故发生并保证建（构）筑物安全；通过在施工和运营期间对工程建（构）筑物原体进行观测，分析研究其资料，可以验证设计理论；所采用的各项参数与施工措施是否合理，为以后改进设计、改进施工方法和制定设计规范提供依据；特别是当工程采用了新结构新施工方法或新工艺时，通过定期对建（构）筑物、构筑物进行位稳、沉陷、倾斜以及摆动进行观测，可以验证其安全性和可靠性并及对其作出科学的客观评价。
1.2.5.1变形监测的内容和方法
由于各种因素的影响，建（构）筑物及其设备在运营过程中，都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。
变形监测就是利用专门的仪器和设备对建（构）筑物及其设备（简称变形体）进行测量，以确定其空间位置随时间的变化特征。
变形体包括：
工程建（构）筑物及其设备，以及其他与工程建设有关的自然或人工对象，例如大坝、船闸、桥梁、隧道、高层建筑、古建筑、高边坡、采矿区等。
变形监测包括内部监测和外部监测两部分。
内部变形监测内容主要有工程建（构）筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等；外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。
变形监测的主要任务是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。
至于变形观测的具体方法，则要根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定。
1）沉降监测：
是观测建（构）筑物的基础和建（构）筑物本身在垂直方向上的位移，也称垂直位移测量，其检测方法通常采用精密水准测量方法，有时也使用液体静力水准测量法。
2）水平位移监测：
是用来测定变形体在水平方向上的移动，对于水平位移观测，因本身受力条件的不同，位移的方向不同，观测方法也不尽相同。
当要观测某一特定方向（譬如垂直于基坑维护体方向）的位移时，经常采用视准线法、小角度法等观测方法。
但当变形体附近难以找到合适的工作基点或需同时观测变形体两个方向位移时，则一般采用前方交会法。
水平位移观测实践中利用较多的是前方交会法。
主要有两种：
测边前方交会法和测角前方交会法；另外还有极坐标法。
3）倾斜监测：
高大建（构）筑物上部结构和基础的整体刚度较大，地基倾斜（差异沉降）反映上部主体的倾斜。
倾斜监测的目的是验证地基沉降的差异和监视建（构）筑物的安全。
测定方法有两类，一类是直接测定建（构）筑物的倾斜，该方法多用于基础面积小的超高建（构）筑物，如超高楼、烟囱、化工合成塔等；另一类是通过测量建（构）筑物基础的高程变化及两测点间的距离计算确定建（构）筑物的倾斜。
4）裂缝监测：
高大建（构）筑物局部产生不均匀沉降时，其墙体往往产生裂缝，墙体裂缝的监测一般采用钢尺、游标卡尺或裂缝宽度测试仪等设备进行裂缝变化监测，根据裂缝和沉降监测资料，分析变形特征和原因，采取措施保证建（构）筑物安全。
5）挠度监测：
是测定建（构）筑物构建受力后的弯曲程度，对于平置构建，在两端及中间设置沉降点进行沉降监测，根据测得某时间段内这三点的沉降量，计算挠度；对于直立构建，设置上中下3个位移监测点，进行位移监测，利用3点的位移量计算挠度。
1.2.5.2观测频率与观测所进行的时间
1）施工过程中的观测频率
在施工过程中的观测，应随施工进度及时进行，通常观测频率应大些。
一般建筑可在基础完工后或地下室砌完后开始观测；
大型和高层建筑可在基础垫层或基础底部完成后开始观测。
观测次数与间隔时间应视地基状况与荷载增加的进度来确定。
对于民用建筑也可每加高1～5层观测一次，工业建筑亦可按不同的施工阶段（如回填基坑、安装柱子和屋架、砌筑墙体、设备安装等）分别进行观测。
如建（构）筑物均匀增高，可根据荷载增加的进度进行。
从观测点埋设稳定后进行第一次观测，当荷载增加到25%时观测一次，以后至少应在荷载每增加25%时各观测一次。
施工过程中如暂时停工，要求在停工和重新开工时各观测一次。
停工期间，可每隔2～3个月观测一次。
2）建（构）筑物使用期间的观测频率
建（构）筑物竣工投产、进入使用期以后，变形监测的频率应视地基土类型和沉降速度大小而定。
除有特殊要求外，可在第一年观测3-4次，第二年观测2-3次，以后每年观测1次，直到稳定为止。
3）观测期限一般不少于如下规定：
砂土地基2年，膨胀土地基3年，粘土地基5年，软土地基10年。
在观测过程中，如有异常情况，应及时预警或报警，并应及时增加观测次数。
当建（构）筑物突然发生大量沉降、不均匀沉降或严重裂缝时，应立即进行逐日或2-3天一次的连续观测。
4）沉降稳定期的确定：
沉降是否进入稳定阶段，应由沉降量与时间关系曲线判定。
当最后100天的沉降速度小于0.01～0.04mm/d时，可认为已进入稳定阶段，具体取值宜根据各地区地基土的压缩性确定。
对重点工程和以科研为目的工程若最后三个周期观测中，每周期沉降量不大于倍测量中误差可认为已进入稳定阶段。
1.3工程项目不同阶段的工程测量内容
1.3.1规划设计阶段的工程测量内容
1.3.2施工阶段的工程测量内容
1.3.3运营管理阶段的工程测量内容
1.3工程项目不同阶段的工程测量内容
工程测量按工程建设的规划设计、施工建设和运营管理三个阶段分为工程勘测、施工测量和安全监测。
三个阶段测绘工作内容和工作重点各有不同。
1.3.1规划设计阶段的工程勘测内容
本阶段需要的工程测量工作主要有：
与设计阶段相适应的比例尺的地形图；配合工程地质、水文地质勘探和水文测验工作；对于某些大型特种工程或地质条件不良地区的工程建设，施工过程中还要对场地、地层的稳定性进行观测或监测。
1.3.2施工建设阶段的施工测量内容
施工建设阶段的测量的主要任务是：
建立施工控制网；为建（构）筑物定线放样；为场地平整或土方开挖进行地形测绘；为工程验收和今后的运营管理测绘工程竣工图；变形观测以及设备的安装测量；为保证工程质量在正式施工开始时，监理工程师还要对施工单位的测量工作进行复测和抽查。
1.3.3运营管理阶段的变形监测
工程竣工后进入运营管理阶段必须对建（构）筑物进行变形监测。
我国目前开展的变形监测内容主要有：
基坑回弹测量；地基土分层沉降观测；建筑场地沉降观测；建（构）筑物的沉降观测；建（构）筑物水平位移观测；建（构）筑物倾斜观测；建（构）筑物裂缝观测；日照变形观测和风振测量。
从变形监测的类型来看，我们可以将上述8项工作中的前4项，称为沉降观测；后4项变形监测工作统称为位移观测。
如果从采用的变形监测手段和方法的角度而言，我们可以把所有的变形观测方法归纳为两大类，即垂直位移观测和水平位移观测。
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