第十四章 渠 道 测 量邓.docx

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第十四章渠道测量邓

第十四章渠道测量

第一节渠道选线测量

在水利工程建设中，无论是以蓄、引、提方式进行灌溉，或利用水力进行发电，或排除洪涝积水，往往都要修建渠道。

渠道测量则是渠道兴建中不可缺少的一项工作，渠道测量的内容一般包括：

踏勘选线、中线测量、纵横断面测量、土石方计算和断面放样等。

一、选线测量

对于灌溉渠道，选线的任务是选定一条由水源贯穿灌区的合理渠线，在地面上标定渠道中心线的位置。

渠道线路选择的好坏将直接影响到工程效益和修建费用，以及占用耕地、拆除或迁移地面建筑物等许多重要问题。

因此，在选线时，必须认真进行调查研究，深入了解灌渠面积，农田需水量、地形、地质、土壤、水文、以及修建附属建筑物时的材料来源、施工条件和群众要求等情况。

灌区面积较大、渠线较长的渠道选线，一般是在调查研究的基础上根据渠系规划布置，先在灌区地形图上初步选定渠道的线路，即根据灌区的主要灌溉任务确定渠道大致走向和必须经过的位置，然后进行实地勘查，察看地形图上初选线路是否合理，最后加以肯定或修改。

灌区面积较小、渠线不长的渠道，可以根据调查研究的资料和渠系规划布置方案直接到实地去查勘选线，而不必进行图上选线。

总的来说，选定渠线时必须考虑到灌溉面积较大，而且占用耕地少，开挖或填筑的土石方量少，所需修建的附属建筑物少；同时也要考虑到渠道沿线有较好的地质条件，尽量避免通过沙滩等不良地段，以免发生严重的渗漏和塌方现象。

图14－1渠道选线

在平原地区选择渠线时，渠线应尽可能选成直线。

如遇接线转弯时，应在转折处打下木桩，在山区或丘陵地区选择渠线时，渠道一般是环山而走（图14－1）。

为了控制渠道高程，必须探定渠线位置。

若渠线选得过低，则施工时要填高渠底才能过水，而填方容易被冲垮，增加维护渠道的困难，所以盘山渠一般要求挖方避免填方。

但是，若选得过高则开挖的土方量过大，造成不必要的浪费。

为此，可根据渠首引水高程、渠道比降和渠道上某点至渠首的距离，即可算出该点应有的高程，然后用水准仪或全站仪在地上探测其位置。

如图14－1所示，为了探测B点的实地位置，从中线丈量（见第二节）得知B点至渠首A的距离为300米，A点的高程为86.00米（即渠首引水高程83.5米加渠深2.5米）。

渠道比降为1/2000，可算出B点的渠顶高程为85.85米，如果采用水准仪探高，可将水准仪安置在BM0和B点之间。

后视BM0（BM0的高程为86.102米）读数为0.482米，则B点的前视读数应为：

86.102＋0.482－85.85＝0.734米

施测时，如果前视读数为1.544米，则表示立足点偏低，这时用目估把木桩打在比立尺点高1.544－0.734＝0.81米处，这就探定了B点位置。

按同法可探定C、D、E、……等各点的位置。

如果采用全站仪探高，可以将全站仪安置于水准点上，应用全站仪进行三角高程测量即可，具体测量方法参见第五章。

二、水准点的测设

从上述可知，为了探测渠线各点的位置，需要根据附近已知水准点进行引测。

所以，为了满足渠线各点的探高测量和以后进行纵断面测量的需要，在渠道选线的同时，应沿渠线附近每隔1～2公里测设一个水准点，一般要求按四等水准来观测（大型渠道有的采用三等水准测量）。

第二节中线测量

当渠道中线的转折点在地面上标定后，即可用测距仪、全站仪、皮尺或测绳丈量渠线的长度，标定渠道的中心桩，这个工作称为中线测量。

丈量时一般每隔100米（或50、20米等整数）在渠道中心线上打一个标明里程的木桩，叫做“里程桩”。

丈量渠线的工作应从渠首开始，起始桩的里程为0＋000（意思是0公里又000米）。

若每100米打一个桩，则第二个桩的里程为0＋100M，……依此类推。

当渠道越过山沟、山岗等地形突然变化的地方，除按每隔一定的距离打一个里程桩之外，为了反映实际地形情况，还必须在地形变化的地方增打一些桩，叫做“加桩”。

图14－2是遇到沟的情况，在沟的一边加桩的桩号为2＋265，沟对边加桩号为2＋327，表示沟宽62米，沟中加桩2＋310表示沟底。

2＋200，2＋300，2＋400均为每隔100米所打的里程桩。

渠线上拟修建的各种建筑物的位置，例如渡槽、隧洞和涵洞的位置，其起点和终点部位要另打加桩。

在渠道上所打的里程桩和加桩，通称为中心桩。

在丈量中线和打里程桩的同时，应由专人绘画沿线地形、地物草图。

在图上标出各里程桩的位置和记录沿线地质、地貌、地物和土、石分界线等情况。

图14－2中心桩布置图

在中线测量时，对于直线渠道应用花杆定出直线。

对于渠道上的拐弯处，若渠道的流量不大，可以适当多打一些加桩，随弯就弯，使水能平顺地流动。

若是流量较大的渠道，则应在渠道拐弯处测设一段圆曲线，使水沿着曲线方向流动，以免冲刷渠道，这时渠线上的里程桩和加桩均应设置在曲线上，并按曲线长度计算里程。

对于环山而走的渠道，当渠线的大致走向确定以后，中线测量往往是和探测渠线的位置同时进行，以便根据中线组丈量的距离算出各探测点的高程。

第三节纵断面测量

当打好里程桩和加桩以后，便要测出各桩的地面高程，了解纵向地面高低起伏的情况，并绘制渠道的纵断面图，纵断面测量包括如下外业和内业工作。

一、纵断面测量外业

纵断面测量外业是以在渠线附近所测设的水准点为依据，按等外水准测量的要求，从一个水准点引测高程，测出这一段渠线所有中心桩的地面高程，然后闭合到相邻的水准点，其闭合差不得大于

毫米（n为测站数）。

；

如图14－3所示，从BM1引测高程，依次测出0＋000，0＋100……直至1＋000各桩的高程，然后闭合到BM2上，以校核这段纵断面测量是否符合要求。

图14－3纵断面测量

进行纵断面测量时，由于里程桩或加桩相距不远，设置一个测站往往可以测出几个桩的高程。

所以在测量和记录时，采用“视线高法”比较方便，记录格式如表14－1所示。

表中“前视读数”这一栏内分为“中间点”和“转点”两小栏。

转点起着传递高程的作用，它的读数误差直接影响到以后各点，因此对转点的读数要仔细，要求读至毫米。

只有前视读数而没有后视读数的点，叫“中间点”。

中间点的读数误差不影响以后各点，读至厘米即可。

其计算方法如下：

视线高程＝后视点高程＋后视读数；

测点高程＝视线高程－前视读数。

例如：

在图14－3中，已知BM1的高程为86.102米（表14－1），仪器设在测站1，后视BM1，得后视读数为0.881米，此时

视线高程＝86.102＋0.881＝86.983米

前视起始桩（0＋000），得读数为1.142，这是转点的前视读数，因而求得：

起始桩的高程＝86.983-1.142=85.841米

仪器搬至第二测站后，后视转点0＋000（TP1），得读数0.563，则视线高程为：

85.841+0.563=86.404米；由这一站可测得0＋100和0＋200的前视读数为1.03和1.02，它们是作为中间点来观测的。

用第二站的视线高程减去这两个点的前视读数，即可分别求出这两个桩号的高程。

这样随测、随记、随算，到适当距离闭合到另一个水准点BM2，以检校这段渠线的纵断面测量成果是否符合要求。

表14－1纵断面水准测量测量手薄

日期年月日天气观测者记录者

测点

后视读数

（米）

视线高程

（米）

前视读数（米）

测点高程

（米）

备注

中间点

转点

BM1

0.881

86.983

86.102

已知

0+000（TP1）

0.563

86.404

1.142

85.841

0+100

1.03

85.37

0+200

1.02

85.38

0+237（TP2）

1.136

86.838

0.702

85.702

0+300

1.53

85.31

0+378

1.61

85.23

0+400（TP3）

1.303

85.969

2.172

84.666

0+440（TP4）

0.412

85.604

0.777

85.192

0+500

0.45

85.15

0+600

0.10

85.50

0+700

0.40

85.20

TP5

0.101

83.964

1.741

83.863

0+730

0.03

83.93

0+760（TP6）

3.356

84.358

2.962

81.002

0+780（TP7）

1.691

85.593

0.456

83.902

0+800

0.09

85.50

0+900

0.39

85.20

1+000

0.49

85.10

BM2

0.362

85.231

已知高程为85.215

Σ

9.443

10.314

校核

9.44385.231

-10.314-86.102

-0.871-0.871

为了检测各测点高程是否发生了计算上的错误，在进行了这一段渠线的纵断面测量后，应用下式来进行计算校核：

后视读数之和－转点前视读数之和＝BM2的高程－BM1的高程（14－1）

在所举的例子中（见表14－1）：

后视读数之和－转点前视读数之和＝9.443－10.314＝－0.871米，

BM2的高程－BM1的高程＝85.231—86.102＝－0.871米。

校核结果满足（14－1）式的要求，说明计算无误。

测得BM2的高程为85.231米，但是BM2的已知高程为82.215米，因而求得此段渠线纵断面测量闭合差为：

85.231—85.215＝＋0.016米＝＋16毫米。

此处，总共设了八个站，故测量的允许误差为：

从以上计算可知，闭合差小于允许误差，说明这段渠线的观测成果是满足要求的。

纵断面测量的目的，是测出各点的地面高程，所以，应把水准尺放在桩边的地上。

但作为转点的观测点，应在桩子附近踏入尺垫，把水准尺放在尺垫上，以免由于转点位置的改变而引起差错。

在放尺垫时，最好将其选在踏入后能与木桩地面大致齐平的地方，以便尽可能减小因增加尺垫而高出地面的差错。

另外，转点和中间点的选择可以根据具体情况灵活掌握。

当渠线上各里程桩及加桩的高程测出后，为了检查所选路线是否合适，并估算工程量，应根据纵断面外业测量的成果进行内业整理，绘制渠线纵断面图。

二、纵断面图的绘制

纵断面图一般绘在印有厘米和毫米的方格纸上。

为了在图上能明显地表示出地面起伏的变化，一般高程比例尺（纵向比例尺）要比距离比例尺（横向比例尺）大10～50倍，如图14－4中，高程比例尺为1：

100，水平距离比例尺为1：

5000。

在纵断面图的下方标明桩号、地面高程、渠底高程……等等。

现说明如下：

“桩号”这一行，是从左向右按距离比例尺填入各里程桩和加桩的桩号。

“地面高程”这一行，是将各里程桩及加桩的地面高程凑整到厘米后，填入的地面高程；再根据各桩点的地面高程绘出地面线。

各桩点的地面高程一般都很大，在绘制纵断面图时，为了节省纸张和便于阅读，高程一般都不从零开始，而从某一合适的数值开始，算例中的高程是从80.00米开始的。

“渠道比降”是由设计确定的，图中的斜线表示渠底坡降的方向，算例中渠底的坡度采用1/2000。

各桩点的渠底高程，是根据渠线起始点（0＋000）的渠底设计高程、渠道比降和各桩点离起始点的距离计算出来的。

算例中起始点（0＋000）的渠底设计高程为83.50米，则桩号0＋100的渠底设计高程为：

算出各桩点的渠底高程后，写在“渠底高程”这一行相应的位置上。

根据各桩点的地面高程和渠底高程，即可计算各点的挖方深度和填方高度，分别填写在图中“挖方”和“填方”的相应位置上。

图14-4东方红水库西干渠纵断面图

第四节横断面测量

纵断面测量只反映了渠道中心线高低起伏的实地情况，而渠道都是有一定宽度的，为了较详细地反映渠线两旁一定距离内地面高低起伏情况和计算土方量，还须要进行横断面测量。

一、横断面测量外业

横断面测量外业是在各里程桩和加桩处测量垂直于渠线方向的地面高低情况。

测量的宽度随渠道的大小而定，一般来说，渠道大，所要测量横断面的宽度也要大些。

如遇填方和挖方较大的地段，横断面测量应适当加宽。

横断面测量时，先用十字形的方向架（图14－5）或其他简便方法定出垂直于渠道中线的方向，然后从中心桩开始沿此方向测出左右两侧坡度变化点间的水平距离和高差。

左、右侧是以渠道水流方向为准，面向下游，左手边为左侧，右手边为右侧。

如图14－6所示，先测横断面的左侧，第一人将一根断面尺（或皮尺）的一端放在中心桩上，使尺子放平，第二人将另一根断面尺立于坡度变化点处，根据两尺的交点，读出水平距离和高差。

例如图中左侧第一段水平距离为3.0米，高差为－0.6米。

用同样方法可依次测定横断面上左右侧其他各坡度变化点间的距离和高差。

在地势平坦地区，有时也可采用水准仪测高差，用皮尺丈量两点间的水平距离。

横断面测量记录格式如表14－2。

图14－5方向架

图14－6横断面测量

表中所记数据为相邻两点间的水平距离和高差，其中水平距离记在横线之下，高差记在横线之上。

如0＋000桩号左侧第一段记录

表示所测得的坡度变化点距0＋000里程桩3.0米，低于该里程桩0.6米；第二坡度变化点的记录

，表示它与第一点距离3.0米，低于第一点0.4米，此点以后是平地，不用再测，注明“平”字。

右侧断面第二点以后的坡度与上一段的坡度一致，所以在记录上注明“同坡”。

在中心桩一栏中，横线之上记录里程桩或加桩的桩号，横线之下记录该桩号的高程。

表14－2横断面测量手薄

左侧横断面

中心桩

右侧横断面

平

同坡

……

……

……

……

……

……

……

二、横断面图的绘制

测完横断面后，根据所测数据，即可将各横断面绘制在方格纸上。

为了计算方便，横断面图的距离比例尺与高程比例尺相同。

一般采用1:

100或1:

200。

如图14－7，比例尺为1:

100，横向表示距离，纵向表示高差，当要绘制0+000里程桩的横断面时，先在方格纸适当位置标定0＋000点，为了绘制右侧第一点，从记录中（表14－2）查得其数据为

，此时从0＋000点向右侧按比例量取2.9米得一点，再由该点向上（高差为负时向下量取）按比例量取0.7米，即得右侧第一点。

同法可绘出其他各点，连结各点所得的地面线（图14－7中的实线）即是0＋000点的横断面图。

图14－7横断面图的绘制及土方量的计算

第五节土方计算

当渠道的纵、横断面图绘好后，便要计算渠道开挖或填筑的土石方量，以便编制经费预算、进行方案比较和安排劳动力。

渠道土方计算常采用平均断面法，即先算出相邻两中心桩应挖（或填）的横断面面积并取其平均值，再乘以两断面的距离，求得这两中心桩之间的土方量。

以公式表示为：

（14－2）

式中：

V——两中心桩间土方量（米3）；

Al、A2——两中心桩上应挖（或填）的横断面面积（米2）；

D——两中心桩间的距离（米）。

由上式求出的土方量，虽是近似值，但它简单易算，精度也能满足生产实际的需要，所以生产上大多数采用此法来计算渠道的土方量。

从（14－2）式可知，为了计算土方，必须计算各断面应挖或应填的面积。

而计算面积之前，首先要在每个中心桩的横断面图上套绘渠道设计断面。

套绘时，先在透明纸上按设计要求绘制标准横断面，然后再根据中心桩挖深或填高的数据转绘到横断面图上。

如欲在0＋000的横断面图上套绘设计断面，则先从纵断面图（图14－4）查出里程桩0＋000应挖深2.34米，再在0＋000的横断面图上由里程桩向下按比例尺量取2.34米得渠底中心点，然后将透明纸上标准断面图的渠底中心点对准横断面图上的相应点，并将渠底线平行于方格的横线，用针刺或压痕的方法将设计断面转绘到横断面图上。

如图14－7虚线所示。

这样，从图上就能清楚地表示出应挖或应填的范围，从而可计算填、挖面积。

在土方计算过程中，如是相临两断面一为挖方一为填方，则中间必有一点即不挖又不填的所谓“零点”，也就是纵断面图上地面线与渠底设计线的交点，这时应从零点断开，分为两部分来进行计算。

零点的位置可从纵断面图上量出，如图14－4中量得两个零点的桩号分别为0＋738和0＋775。

由于零点仅表示渠道中心线在该点的挖深、填高为零，而在该横断面上的挖方、填方面积并不一定为零。

所以仍应测出零点横断面，作为计算土方的断面之一，这样算出的土方量更符合实际。

另外，随着电子地图应用的推广，土石方的计算可以由专门的程序自动解算，这样大大降低了劳动强度。

第六节边坡桩的放样

为了标明开挖范围，以便于施工，需要把设计横断面的边坡线与原地面线的交点（图14－8中的e、f点），用木桩在实地标定出来，这项工作，称为边坡桩的放样。

由图可知，边坡桩e、f与中心桩M的水平距离分别为L1和L2，它们可直接在横断面图中量取。

放样时，根据L1和L2分别在实地上自中心桩M开始，沿横断面的方向向左量取距离L1，即得边坡桩e的实地位置，向右量取距离L2得边坡桩f的实地位置，打下木桩，作为开挖边界线的标志。

图14－8边坡桩的放样

第七节数字地形图在渠道测量中的应用

在数字地形图成图软件的支持下，利用数字地形图可以设置线路中线、设计线路曲线、绘制断面图和计算土石方工程量等。

南方软件CASS7.0有线路工程应用的内容，现以该软件为主介绍其应用。

一、生成线路里程文件

如前所述，为了渠道施工和计算土方工程量，沿中线设置里程桩，因此首先要生成里程文件，具体操作步骤如下：

（1）根据设计要求在地形图上用复合线绘出线路中线和线路边线。

（2）单击CASS7.0主菜单中的“工程应用”项，单击“生成里程文件”，选择I“由纵断面线生成”，并单击“新建”，在“命令栏”中将出现“选择纵断面”，此时选择已经在图上绘出的纵断面线（线路中线）；选择完成后出现图14—9窗口，根据图示输入所需参数后按“确定”，软件将自动生成横断面线。

如图14-10所示。

图14-9“由纵断面生成里程文件”对话框

图14-10由纵断面生成横断面

（3）单击CASS7.0主菜单中的“工程应用”项，单击“生成里程文件”，选择一种里程文件生成的方式（如“由等高线生成”），命令栏提示“请选取断面线”，选择完成后，弹出需要输入存储里程文件位置的对话框，选择文件夹，输入文件名就形成了里程文件。

（4）绘制断面图的方法有多种，现在介绍通过等高线绘制断面图。

单击CASS7.0主菜单中的“工程应用”项，单击“绘断面图”，选择“根据等高线”，在选择断面线后，弹出图14-11对话框，输入相关信息，即可自动生成断面图。

图14-11“绘制纵断面图”对话框

二、线路土方量的计算

CASS7.0软件中路线土方量的计算方法有多种，在此介绍应用断面线计算土方量。

（1）单击CASS7.0主菜单中的“工程应用”“生成里程文件”“道路设计参数文件”，会显示图14-12“道路设计参数设置”窗口，如果事先编制好的渠道设计参数文件，在图中可以打开文件，否则在框中输入设计参数，最后保存。

图14-12“道路设计参数设置”窗口

（2）单击“断面法土方计算”“道路断面”，弹出图14-13“断面设计参数”窗口，按照对话框的要求输入相关内容，最后单击“确定”按钮后会弹出“绘制纵断面图”对话框（如图14-11），输入相关内容，按“确定”后，即可绘制渠道的纵断面和横断面图（如图14-14）。

图14-13“断面设计参数”窗口

图14-14路线纵横断面图

（3）单击“断面法土方计算”“图面土方计算”，弹出如下命令：

“选择要计算土方的断面图”：

在图上用框线选定所有参与计算的横断面，随后命令栏中出现“指定土石方计算表的位置”：

此时在适当位置用鼠标单击图面定点，系统自动在图上绘出土石方计算表，如图14-15所示，得出总挖方和填方。

图14-15土石方计算表

复习思考题

1.渠道选线及中线测量包括哪些内容？

2.有一盘山渠，已知渠首引水高程为58.500m，渠深1.500m，渠道坡降为1/3000，试求离渠首3.6km处B点的渠顶高程，若该点附近有一水准点BM1的高程58.055m，将水准仪置于BM1和B点之间，在BM1水准尺读数为1.732m．试求B点的前视读数。

3.什么叫里程桩、加桩、中心桩？

4.如何进行纵断面测量？

精度要求怎样？

5.如何进行横断面测量？

6.简述边坡桩放样的方法。

7．如何应用地形图进行土方量的计算？