專利名稱：一種可調(diào)整觀測位置的水準標尺及其測量工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測量技術領域，尤其涉及一種在建筑物或構筑物沉降觀測時應用的可
調(diào)整觀測位置的水準標尺及其測量工藝。
背景技術：
在現(xiàn)有的施工場合，采用水準測量方法進行建筑物或構筑物沉降觀測時，一般將水準標尺與水準儀配合使用，即將水準標尺豎直立在不同觀測點上，在視線水平的狀態(tài)下利用水準儀讀取水準標尺的刻劃數(shù)值，在同一測站觀測不同觀測點上的水準標尺，不同觀測點上的水準標尺讀數(shù)之差即為該兩點之間的高差；通過高差傳遞的方式，將已知點高程傳遞到未知點上。 然而在特殊施工作業(yè)場合，如施工現(xiàn)場地坪較低，或者觀測點設置位置較高，水準儀視線達不到觀測點位置的高度時，則不能對水準標尺進行讀數(shù)，難以完成正常的水準測
量程序。 解決以上問題的思路主要有兩種一是抬升水準儀的高度，二是降低水準標尺高度；然而在實際操作中，沒有降低水準標尺高度的合適實施方式，通常采用抬升水準儀高度的方式，即是如圖1所示的在地坪較低的施工現(xiàn)場上設置觀測臺(4)、觀測墩(8)，將水準儀(6)放置在觀測臺(4)上，觀測者(7)站立在觀測墩(8)上操作；然而上述方法存在著設置觀測臺(4)、觀測墩(8)成本高、作業(yè)時間延長、且觀測精度不理想的不足，且實際操作非常困難，極端作業(yè)場合不允許設置觀測臺(4)、觀測墩(8);因此需要探索降低水準標尺高度的合適實施方式。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術中抬升水準儀的高度這一實施方式的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種無需改變設站環(huán)境，僅需在水準標尺上設置輔助套桿用于調(diào)整水準標尺位置，觀測時降低水準標尺的立尺高度，使觀測點的位置高低對設站影響降到最低，從而達到設站靈活、對觀測環(huán)境無特殊要求、且測量精度可靠的目的。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，是在水準標尺上設置輔助套桿，通過輔助套桿調(diào)整水準標尺的立尺位置實現(xiàn)的，且由于使用了輔助套桿，在測量工藝中需考慮套桿加常數(shù)對測量結果的影響。 —種可調(diào)整觀測位置的水準標尺，包括水準標尺本體，還包括輔助套桿，所述輔助套桿包括上盤、下盤及置于兩者之間連接兩者并對兩者進行限位的豎桿，所述上盤開有凹槽，所述上盤下端面設有上觸點；所述下盤上端面中心處設有下觸點，所述下盤上端面還設有尺檔。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述凹槽設置為矩形，所述矩形對應于水準標尺橫截面矩形。
所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述凹槽兩側設有與上盤鉸接的鎖鈕。
所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述上觸點下部對應位置處設有固聯(lián)在上盤 上的卡扣。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述豎桿設置為螺桿結構。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述豎桿上設有扶手，所述扶手通過環(huán)扣鉸
接在豎桿上。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述上觸點設置為圓柱頭螺釘結構。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述下觸點設置為圓頭螺釘結構。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，所述尺檔圍繞下觸點呈三角形設置，且頂點
尺檔到底邊尺檔連線的垂直距離等于水準標尺的厚度。 —種使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺進行測量的工藝，具體包括以下步驟
a、檢查 使用輔助套桿前，應檢查輔助套桿各部件，豎桿與上盤、下盤應保持垂直關系，其 連接不能有松動；上觸點與上盤、下觸點與下盤連接處應穩(wěn)固；
b、套設水準標尺 將水準標尺套設在輔助套桿上，水準標尺下端置于尺擋間，水準標尺上端置于上 盤凹槽內(nèi)；水準標尺底部中心與下觸點形成點接觸，凹槽兩側與上盤鏈接的鎖鈕旋轉到位 鎖定水準標尺；
c、校驗 校驗輔助套桿與水準標尺結合處松緊度，以水準標尺自然落在下觸點上，并且順 利提起水準標尺為宜； d、將套設水準標尺的輔助套桿通過卡扣安放在沉降觀測標志上，使沉降觀測標志
穿過卡扣的環(huán)狀空隙與上觸點形成點接觸； e、調(diào)節(jié)水準標尺圓水準器，使氣泡居中； f、按正常水準測量程序操作、讀數(shù)； g、在記錄中標注使用輔助套桿的點位； h、套桿加常數(shù)測定 選擇一高度合適的觀測點，直接立水準標尺，基輔分劃分別讀數(shù)，取平均值為該觀 測點的測回讀數(shù)，然后用同一把水準標尺套設輔助套桿再基輔分劃分別讀數(shù)，取平均值為 該觀測點的測回讀數(shù)；由兩次立尺的測回讀數(shù)值算出上下觸點之間的高差，即為套桿加常 數(shù)；套設輔助套桿后的上觸點與觀測點在水平方向上高度相同；
i、數(shù)據(jù)處理 采用輔助套桿測量高程時，所有中間計算過程包括平差計算，均可以先不考慮套 桿加常數(shù)，待全部觀測點高程成果計算出來后，對使用輔助套桿的點，均直接加上相應的套 桿加常數(shù)即為該點的實際高程。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺的測量工藝，所述b步驟中，所述水準標尺與 上盤凹槽的間隙采用耐磨膠墊或皮墊填充。 所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺的測量工藝，所述h步驟中，當溫差變化
> 士5t:時，應在不同時間段分別檢測套桿加常數(shù)。由于采用如上所述的技術方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性 1、當觀測點位置高于水準儀視線時，在水準標尺上套設輔助套桿，輔助套桿的上 觸點接觸觀測點，將水準標尺實際位置降低到下觸點位置，從而滿足視線高要求，使降低水 準標尺高度方式得以實施。 2、輔助套桿的設置成本遠低于觀測臺、觀測墩的成本，且輔助套桿可多次使用；滿 足特殊作用場合使用要求，同時輔助套桿的操作簡單便捷。 3、輔助套桿的使用不另外增加人工成本，從而大大降低了特殊作業(yè)場合的總體觀 測成本。 4、雖然增加了輔助套桿，由于設站不受影響，從而對正常作業(yè)程序無任何影響。


圖1為現(xiàn)有觀測方法的示意圖； 圖2為輔助套桿的結構示意圖； 圖3為輔助套桿與水準標尺的組裝結構示意圖； 圖4為圖3的俯視圖； 圖5為使用輔助套桿的觀測方法示意圖；
圖6為加常數(shù)測定狀態(tài)圖a ;
圖7為加常數(shù)測定狀態(tài)圖b ; 圖中l(wèi)-水準標尺；2-沉降觀測標志；3-建筑物；4_觀測臺；5-水準儀視線；6_水 準儀；7-觀測者；8-觀測墩；9-現(xiàn)狀地面；10-上盤；ll-凹槽；12-螺母；13-上觸點；14-卡 扣；15-豎桿；16-尺檔；17-下觸點；18-下盤；19-環(huán)扣；20-扶手；21-螺桿；22-圓水準器；
23-鎖鈕；24-銷軸；25-鉚軸。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明進一步解釋，需說明的是，公開本發(fā)明的目的旨在保護本
發(fā)明的一切變化及改進，只要通過輔助裝置改變及調(diào)整水準標尺的位置的技術方案，均在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 圖2中，輔助套桿包括上盤10、豎桿15、下盤18，豎桿15為兩頭帶螺紋的螺桿結 構，豎桿15分別穿過上盤10、下盤18對應孔連接兩者，位于上盤10、下盤18上下面的螺母 12旋緊豎桿15，并可以通過調(diào)節(jié)螺母12與豎桿15的旋合距離調(diào)節(jié)上下盤與豎桿15之間 的垂直關系、調(diào)節(jié)上下盤之間間距。所述上盤10開有凹槽ll，所述凹槽11尺寸對應于水準 標尺橫截面尺寸；且所述凹槽11兩側設有鎖定水準標尺的鎖鈕23，鎖鈕23通過鉚軸25與 上盤鉸接；上盤10下端面設有頂面平滑的圓柱頭螺釘結構的上觸點13，上觸點13旋入上 盤10螺紋孔；且上觸點13下部設有通過螺桿21固聯(lián)在上盤10上并限定上觸點13活動范 圍的卡扣14 ;所述下盤18上端面中心處設有頂面光滑的圓頭螺釘結構的下觸點17，下觸點 17旋入下盤18螺紋孔；所述下盤上端面還設有尺檔16，所述尺檔16圍繞下觸點18呈三角 形設置，且頂點尺檔到底邊尺檔連線的垂直距離等于水準標尺1的厚度。豎桿15、上盤10、 下盤18及上觸點13、下觸點17要求采用膨脹系數(shù)較小的相同合金材質(zhì)加工制作。
圖5中，測量時將輔助套桿套設在水準標尺1上構成整套裝置；圖3、圖4中，卡扣
614用于將整套裝置限定在沉降觀測標志2上，以保證整套裝置與沉降觀測標志2的相對位 置適當，避免整套裝置滑落，并且限定上觸點13在沉降觀測標志2上的活動范圍，使上觸 點13與沉降觀測標志2的接觸點位于上觸點13的中心位置?？?4有多種型號，可以適 合不同類型的沉降觀測標志；卡扣14采用鋁合金材料制作，也可以采用高強度工程塑料制 作。水準標尺1安裝后，鎖鈕23繞鉚軸25旋轉到與水準標尺面貼合用于鎖定水準標尺1， 插上銷軸24阻擋水準標尺竄出凹槽11。 使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺進行測量的工藝，具體包括以下步驟
a、檢查 使用輔助套桿前，應檢查輔助套桿各部件，確保豎桿15與上盤10、下盤18保持垂 直關系，螺母旋合處不能有松動；上觸點13與上盤10、下觸點17與下盤18連接處應穩(wěn)固；
b、套設水準標尺 將水準標尺1套設在輔助套桿上，套設水準標尺1時應注意保護水準標尺尺面不 被刮傷，先將水準標尺1底部放入尺擋16之間，再將水準標尺1平推進入上盤凹槽11內(nèi)， 讓水準標尺自然就位；不允許將水準標尺1先放入上盤凹槽11內(nèi)，再豎向長距離抽拉水準 標尺強制其就位；所述水準標尺1與上盤凹槽11的間隙采用耐磨膠墊或皮墊填充；尺擋16 用于固定水準標尺1底部，使水準標尺1與豎桿15平行，保證水準標尺1底部中心位置位 于下觸點17上，使水準標尺1底部中心與下觸點17形成點接觸； 豎桿15長度可根據(jù)需要選用550mm、1000mm兩種基本尺寸，上述兩種基本尺寸均 可適用于lm、1. 5m、2m、3m水準標尺；550mm的豎桿適用于調(diào)整水準標尺高度的上限不超過 500mm， 1000mm的豎桿適用于調(diào)整水準標尺高度的上限不超過950mm ;根據(jù)實際需要，只需 更換豎桿型號即可，上盤10、下盤18可以通用； 特殊情況下，水準標尺高度的調(diào)整上限超過950mm時，例如需將水準標尺的高度 降低1400mm時，可另行加工超長豎桿15 ;超長豎桿15加工尺寸選擇范圍為對2. Om水準 標尺，可以在1000mm 1500mm之間選擇豎桿尺寸；對3. Om水準標尺，可以在1000mm 2500mm之間選擇豎桿尺寸；選擇1000mm以上長度的超長豎桿15時，應考慮豎桿線性膨脹 對長度的影響，增加套桿加常數(shù)檢測的頻率；
c、校驗 校驗輔助套桿與水準標尺結合處松緊度，以水準標尺自然落在下觸點17上，并且 順利提起水準標尺為宜； d、將套設水準標尺的輔助套桿通過卡扣14安放在沉降觀測標志2上，沉降觀測標 志2穿過卡扣14的環(huán)狀空隙與上觸點13形成點接觸； e、調(diào)節(jié)水準標尺圓水準器22，使氣泡居中，使整套裝置保持垂直安放狀態(tài)；
f、按正常水準測量程序操作、讀數(shù)；需注意的是，水準標尺l底部應與下觸點17結 合緊密，使用時不能手提水準標尺l，應一手握緊扶手20，一手水平方向輕微用力推扶水準 標尺l，使水準標尺連同輔助套桿保持豎直擺放狀態(tài)； g、在記錄中標注使用輔助套桿的點位，并記錄使用時間及現(xiàn)場環(huán)境溫度數(shù)值；
h、加常數(shù)測定 上觸點13、下觸點18之間高差在觀測過程中可視為固定值，即套桿加常數(shù)；套桿 加常數(shù)可在實地隨時檢測確定，并用來修正觀測點高差和高程；輔助套桿自身受溫度影響的變形值根據(jù)選用材質(zhì)的不同有微小變化，但對1000mm以下長度的豎桿其影響可以忽略；
套桿加常數(shù)檢測圖7中，選擇一高度合適的觀測點，直接立水準標尺l，基輔分劃 分別讀數(shù)4次，取平均值為該觀測點的測回讀數(shù)；圖6中，用同一把水準標尺1套設輔助套
桿再基輔分劃分別讀數(shù)4次，取平均值為該觀測點的測回讀數(shù)；由兩次立尺的測回讀數(shù)值
算出上下觸點之間的高差，即為套桿加常數(shù)；實際作業(yè)時，套桿加常數(shù)通常應測量2 3次， 分別在當天觀測前期、觀測后期各檢測一次，中午溫度變化較大時，加測一次，根據(jù)溫度變 化情況取套桿加常數(shù)的平均值或者分時間段取值； 由于要求輔助套桿長度變形值應小于1/2測站中誤差，測站中誤差表示為 A ;對于精密水準測量，例如采用瑞士威特N3型號的水準儀，通常情況下測站中誤差 為0. 15mm，則套桿長度變形值應限定在A《0. 15mmXl/2 = 0. 075mm ;普通鋼材的線 膨脹系數(shù)=0. 000012，假設溫度變化為5°C，對于lm長的輔助套桿，長度變形為A = 0. 000012X5X1000 = 0. 06mm ;因此，除了選材上要降低膨脹系數(shù)外，對于溫度變化應予以 考慮，即當溫差超過5t:，應在不同時間段分別檢測套桿加常數(shù)，根據(jù)溫度變化情況取套桿
加常數(shù)的平均值或者分時間段取值；當套桿加常數(shù)變化過大，如超過2倍測站中誤差時，應 檢查輔助套桿各部件連接是否牢固，水準標尺與輔助套桿套合是否緊密，并予以修正；
對于長度超過lm的輔助套桿，以長度為2. 5m的輔助套桿為例，當溫度變化為5°C ， 長度變形為A = 0.000012X5X2500 = 0. 15mm ;該變形值等于瑞士威特N3型號的水準儀 常規(guī)情況下的測站中誤差，此時應考慮增加套桿加常數(shù)檢測次數(shù)，使檢測時的溫度與觀測 時的溫度基本一致，以溫度變化不超過3t:為宜，從而降低或消除套桿加常數(shù)變化對測量結 果的影響；
i、數(shù)據(jù)處理 測量原理使用水準儀進行測量時，同一測站單次設站的視線高度為一定值，該 定值稱為該測站本次設站的水準儀視線高；在保持該測站本次設站狀態(tài)不變的情況下，水 準儀視線掃描一周形成一水平面，以該水平面為參照，水準標尺立尺位置不同時，其讀數(shù)不 同，水平面高度減去水準標尺讀數(shù)值即為所立尺位置的高程； 水準標尺套合輔助套桿進行觀測時，輔助套桿的上觸點放置在觀測點上，此時上 觸點高度與觀測點高度相同；水準標尺套合輔助套桿進行觀測時，觀測到的讀數(shù)為下觸點 位置的水準標尺讀數(shù)，此時得到的高程為下觸點位置的高程，下觸點的高程加上輔助套桿 加常數(shù)相當于上觸點的高程； 在水準測量計算中，實際所用的是各未知點與已知點高差，沿水準路線，通過高差 傳遞的方式，將高程從已知點傳遞到未知點；相鄰觀測點之間的高差是在該測站水準儀視 線高不變的情況下，通過水準標尺兩次讀數(shù)差值計算得到的； 在該測站水準儀視線高不變的情況下，直接將水準標尺立在觀測點上讀數(shù)a，該 讀數(shù)加上套桿加常數(shù)」D等于使用輔助套桿時水準標尺在下觸點位置時的讀數(shù)b，即b = 」D+a 其中」D為套桿加常數(shù)， a為直接在所用觀測點上豎立水準標尺時所讀取的水準標尺讀數(shù)， b為水準標尺套設輔助套桿后上觸點置于所用觀測點時所讀取的水準標尺讀數(shù)，
即下觸點位置的水準標尺讀數(shù)；
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數(shù)據(jù)處理方法 套桿加常數(shù)測定時采用計算公式為」D = b-a 根據(jù)所述測量原理，采用輔助套桿測量高程時，觀測點高程與上觸點高程相同、與
下觸點高程相差一個常數(shù)，該常數(shù)為套桿加常數(shù)；因此，數(shù)據(jù)處理可以簡化，所有中間計算
過程包括平差計算，均可以先不考慮套桿加常數(shù)，待全部觀測點高程成果計算出來后，對使
用輔助套桿的點，均直接加上相應的套桿加常數(shù)即為該點的實際高程； 觀測點高程改正觀測點高程改正公式為H = HM +」D 上述公式中 H為觀測點實際高程值， H^為使用輔助套桿測量時實測的該觀測點下觸點位置的高程值，即該觀測點未加
套桿加常數(shù)改正的高程值， 」D為套桿加常數(shù)， 進行觀測點高程改正時，只需在使用輔助套桿測量得到的高程值H^上加套桿加 常數(shù)」D即可直接得到觀測點實際高程值H。
權利要求
一種可調(diào)整觀測位置的水準標尺，包括水準標尺(1)本體，其特征在于還包括輔助套桿，所述輔助套桿包括上盤(10)、下盤(18)及置于兩者之間連接兩者并對兩者進行限位的豎桿(15)，所述上盤(10)開有凹槽(11)，所述上盤(10)下端面設有上觸點(13)；所述下盤(18)上端面中心處設有下觸點(17)，所述下盤上端面還設有尺檔(16)。
2. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述凹槽(11)設置為矩形，所述矩形對應于水準標尺(1)橫截面矩形，且所述凹槽(11)兩側設有與上盤鉸接的鎖鈕(23)。
3. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述上觸點(13)下部對應位置處設有固聯(lián)在上盤上的卡扣(14)。
4. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述豎桿(15)設置為螺桿結構，且所述豎桿(15)上設有扶手(20)，所述扶手(20)通過環(huán)扣(19)鉸接在豎桿(15)上。
5. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述上觸點(13)設置為圓柱頭螺釘結構。
6. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述下觸點(17)設置為圓頭螺釘結構。
7. 根據(jù)權利要求l所述的可調(diào)整觀測位置的水準標尺，其特征在于所述尺檔(16)圍繞下觸點(17)呈三角形設置，且頂點尺檔到底邊尺檔連線的垂直距離等于水準標尺(1)的厚度。
8. —種使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺進行測量的工藝，其特征在于具體包括以下步驟a、 檢查使用輔助套桿前，應檢查輔助套桿各部件，各部件連接不能有松動、連接處應穩(wěn)固；b、 套設水準標尺將水準標尺(1)套設在輔助套桿上，鎖鈕(23)旋轉到位鎖定水準標尺；c、 校驗校驗輔助套桿與水準標尺結合處松緊度，以水準標尺(1)自然落在下觸點(17)上，并且順利提起水準標尺為宜；d、 將套設水準標尺的輔助套桿通過卡扣(14)安放在沉降觀測標志(2)上，使沉降觀測標志(2)穿過卡扣的環(huán)狀空隙與上觸點(13)形成點接觸；e、 調(diào)節(jié)水準標尺圓水準器(22)，使氣泡居中；f、 按正常水準測量程序操作、讀數(shù)；g、 在記錄中標注使用輔助套桿的點位；h、 套桿加常數(shù)測定選擇一高度合適的觀測點，直接立水準標尺，基輔分劃分別讀數(shù)，取平均值為該觀測點的測回讀數(shù)，然后用同一把水準標尺套設輔助套桿再基輔分劃分別讀數(shù)，取平均值為該觀測點的測回讀數(shù)；由兩次立尺的測回讀數(shù)值算出上下觸點之間的高差，即為套桿加常數(shù)；套設輔助套桿后的上觸點與觀測點在水平方向上高度相同；i、 數(shù)據(jù)處理采用輔助套桿測量高程時，所有中間計算過程包括平差計算，均可以先不考慮套桿加常數(shù)，待全部觀測點高程成果計算出來后，對使用輔助套桿的點，均直接加上相應的套桿加常數(shù)即為該點的實際高程。
9. 根據(jù)權利要求8所述的使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺的測量工藝，其特征在于所述b步驟中，所述水準標尺與上盤凹槽的間隙采用耐磨膠墊或皮墊填充。
10. 根據(jù)權利要求8所述的使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺的測量工藝，其特征在于所述h步驟中，當溫差變化^ 士5t:時，應在不同時間段分別檢測套桿加常數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可調(diào)整觀測位置的水準標尺，包括水準標尺(1)本體，還包括輔助套桿，所述輔助套桿包括上盤(10)、下盤(18)及置于兩者之間連接兩者并對兩者進行限位的豎桿(15)，所述上盤開有凹槽(11)，所述上盤下端面設有上觸點(13)；所述下盤上端面中心處設有下觸點(17)，所述下盤上端面還設有圍繞下觸點的尺檔(16)；本發(fā)明還公開一種使用可調(diào)整觀測位置的水準標尺進行測量的工藝，所述工藝包括檢查輔助套桿-將水準標尺套設在輔助套桿上-安放輔助套桿-測量-套桿加常數(shù)測定-數(shù)據(jù)處理等步驟；本發(fā)明有效實現(xiàn)了觀測點位置高于水準儀視線時，使降低水準標尺高度的方式得以實施，降低了特殊作業(yè)場合的總體觀測成本。
文檔編號G01C5/00GK101788285SQ20101010668
公開日2010年7月28日 申請日期2010年2月1日 優(yōu)先權日2010年2月1日
發(fā)明者田海勇 申請人:洛陽規(guī)劃建筑設計有限公司