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工程测量课程设计讲解

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《工程测量学》课程设计讲稿

一、课程设计的目的
工程测量学课程设计是该课程理论部分学习后的一个必要的带有学术性的实践环节，是对课程理论综合与补充。通过课程设计，培养同学们运用本课程基本理论知识，分析解决现场工程技术问题的能力，加深对课程理论的理解和应用，提高工程测量现场服务的技能。对同学们的创新能力的提高、加深课程理论的理解和应用均具有十分重要的意义。
二、课程设计的要求
在课程设计前，每位同学应认真复习教材有关内容，按照指导教师要求，在掌握基本理论的基础上并在指导教师的指导下，每位同学应独立保质、保量、按时完成本课程设计的全部内容。
三、课程设计的依据
依据《工程测量规范》、《建筑物变形测量规范》、《全球定位系统（GPS）测量规范-2009》。
四、课程设计的任务
（一）桥梁施工控制网的建立及桥梁墩台放样方案设计
1．工程概况
该桥梁工程位于焦作市南约9km处的大沙河上，大桥全长500米，主跨120米（实际300米）、深10余米，工程现已经完工。桥梁跨越结构为4孔（实际为10孔）简支梁，支座间距0.2米。本工程具体位置如下页图1-1所示。
2．已有测绘成果
在工程范围内（沙河桥北、世纪路与迎宾路交叉口、河南理工大学）有三个GPS控制点，标志保存完好，可以作为控制基准。三个GPS控制点及有关导线点的坐标如下：
点号
X(m)
Y(m)
H(m)
G1
2887.530
2123.796
95.353
G2
5185.010
1764.456
95.119
G3
5703.813
1937.387
94.560
0601
5500.928
1931.921
95.059
0602
5636.017
1912.952
94.986
0603
5631.954
2012.086
94.579
0604
5518.078
2030.466
94.697

为把课程设计有效结合起来，现给出十条桥轴线，测绘1、3班各组按顺序选取奇数编号的桥轴线设计，测绘2、4班选取偶数编号的桥轴线设计。桥轴线起止点坐标从AutoCAD图上量取。
3．施工控制网的建立
（1）桥梁施工控制网的建立特点
（2）控制网的网形结构
（3）精度估算与技术指标（从桥墩放样的容许误差来估算施工控制网精度）
（4）平面控制方案的实施（包括人员组织、仪器选择等）
（5）高程控制方案的实施（包括人员组织、仪器选择等）
4．桥墩、桥台放样方案
包括精度确定、测量方案选择、测量方案实施等。
5．提交资料
（1）施工控制网平面图、高程线路图
N
大
沙
河

G1
G2
G3
迎
宾
路
（2）桥墩、桥台设计平面图

图1-1 桥梁施工控制网建立及桥梁墩台放样原址示意图

（二） 焦作市广播电视塔变形监测方案设计
1．概 述
焦作市广播电视塔（以下简称电视塔）位于焦作市高新区龙源湖公园中心，北距丰收路400多米，西距焦作市南大门——迎宾路300多米。电视塔总高度为238.0m，是焦作市最高的建筑物。建设的目的主要用于改善焦作市人民收看电视、收听调频广播的效果，同时，还可以用于旅游、观光、娱乐、休闲等，它的建成必将为焦作市广播电视文化事业的发展发挥重要作用。同时，电视塔也将成为焦作市的重要标志和景观，展现焦作蓬勃的发展气势和对外开放的雄姿。
电视塔是由上海同济大学设计，江西湘东安装工程公司承建。电视塔设计主体为钢架结构，总重达1100多吨，共分三个部分，从上至下依次为天线段、塔楼（又分为上塔楼和下塔楼）和塔身段，其中上塔楼中心层位于标高139.5m处，为一球形塔楼，高22m，共有大小球结点116个，网架管600多根，合计约70多吨。建筑面积920m2，下塔楼位于标高47.5m处，为一圆盘表塔楼，塔楼中布置有旅游娱乐、生活设施。
塔体又分为内塔和外塔，其中内塔为六边形结构，主要用于交通、通讯。外塔为主承重部分，呈品字形矗立在塔基上。塔体下面是总高度为17m的三层配套用房（建筑面积11000 m2）和塔基。其中塔基由基桩、桩承台和环梁组成。在平面布置上分四部分，中心部分为圆柱状（半径为5m），下有八根基桩支撑内塔。外塔则支撑在下为半径28m的圆环，上呈品字形布置的三个桩承台上，每个桩承台面积为8×17 m2，其下各有18根基桩支撑。承载基桩为钻孔灌注，孔径7m，桩长40m，桩承台则为钢筋混凝土结构，其中底板厚3m，承台高7.05m。这62根灌注桩及其上的桩承台共同支撑起电视塔一千余吨的重量。见电视塔塔基相对位置及桩位图2-1。
图2-1 电视塔塔基相对位置及桩位图
2．项目开展的意义
电视塔是焦作市最高的建筑物，在此建设之前，焦作市在焦南的黄土地上尚未建设高于50m的建筑物。所以，在地基处理、建筑技术以及建成后的运营维护等方面均无经验可借鉴。因此，在电视塔设计建设中，技术人员采取了多项与其它建设经验不同的措施。但是，由于电视塔巨大重量突然矗立于天然黄土地上，改变了其原始的地质应力结构，同时，由于地质结构的不均质性，在巨大的外部压力下，地基将产生沉降、倾斜、上升、位移等一系列复杂的弹、塑性变形，同时也将对电视塔的正常使用造成一定的威胁。通过变形监测取得第一手资料，监视其状态变化和工作情况，在发现不正常现象时，可及时分析原因，采取措施，以保证电视塔顺利安全地运营。
3．地质情况
电视塔场地地质结构较简单，层位较稳定。地基土为粘性土和砂土。粘性土主要为粘土及粉质粘土。从上至下为：
粘土：黄褐及灰黑色，硬塑。下部为灰黄色粉质粘土，可塑——较塑，部分地段缺失。总厚度2.6m～4.1m。
砂土：灰黄色，稍密，饱水，主要为粉细砂，夹粉质粘土层。打钻施工时孔内多坍塌。
粉质粘土：灰黄色，硬——可塑，具深黄色色带。局部地段含钙质结核且夹灰黑色细砂。总厚度15.4m～16.7m。
砂土：灰黄色，稍密，饱水。主要为粉细砂夹粘土或粉土层，偶见砾石，施工时也内坍塌，局部严重。总厚度7.9m～10.7 m。
粉质粘土：灰黄色，坚硬——硬塑。具深黄色及灰色条带，含较多钙质结核。揭露厚度21.7m～33.8 m。强度高，厚度大，是桩基的持力层，由于顶部有厚0.0m～2.3m的可塑粘土，桩基的落底深度应在本层底界。据此，计算出桩基持力层层角最大坡度为5.3%。
上述事实反映了山前洪冲积物下部的特征，是第四纪全新世（）的沉积物。
4．电视塔可能产生的变形
（1）地基沉降
巨大压力造成地基下陷，会降低发射塔高度，进而影响信号的传递距离和质量，同时，一些连接管也可能发生断裂。
（2）倾斜变形
当发射塔相对两侧沉降不均匀时，发射塔将会产生倾斜变形，影响到发送信号的质量，更为重要的是，倾斜变形严重时将会使发射塔发生倾倒。
（3）扭曲变形
发射塔基底发生不规则沉降时，将导致发射塔内部应力重新分布，达到一定程度后，发射塔钢架结构将产生弹性和塑性变形。
（4）上升（反弹）
由于地基的弹性作用，在塔体的巨大压力作用下，距电视塔一定距离处的地基会发生上升运动（反弹），均会对地基和一些地下管线造成危害。
（5）水平变形
在电视塔的垂直压力作用下，地基在不同的地方会沿不同的方向发生变形，在平面方向的变形主要表现为水平变形。平面位移改变了两点之间的相对距离，使电视塔塔身在平面方向产生压缩式拉伸，影响电视塔的垂直度，危及电视塔的安全。
对于以上变形，其危害最大、最可能发生的变形是地基沉降过大以及不均匀沉降导致的塔体倾斜，影响其安全使用。因此，对塔身进行定时监测就成为一项重要的手段。
5．沉降监测方案
电视塔沉降监测是测定塔基础及其周围地面在垂直方向的位移。
（1） 沉降监测网的建立
根据电视塔的周围的具体情况及《工程测量规范》要求，沉降监测按三等变形监测的精度要求建立垂直位移监测网。指出其技术指标。
（2） 沉降观测方案
①沉降监测点构造与埋设
沉降监测点的布设，根据电视塔及其周围的实际情况，选用了两种标志布设。
②沉降监测点的布设
依据《工程测量规范》和电视塔的结构特点，沉降监测点的布设特点是，沉降监测点布置在沉降变化可能显著的地方，如塔基的基础上、塔身上、塔基础纵横轴的柱列线上布置一系列观测点。共分为：地面变形监测点（9个）目的在于监测电视塔周围地表变形情况；塔基变形监测点（12个）；目的在于对电视塔在其荷载的作用下基础变形情况进行监测。
③监测点观测精度的确定
沉降监测精度取决于监测目的、建筑物的结构和基础类型。说明所设计的观测路线满足监测精度要求。
④选用仪器和施测方法
⑤观测周期的确定
尤其要注意在变形活跃期、雨季、加载前后、大风等情况下，应随时调整观测周期，以便及时、准确地测定各沉降监测点的沉降量，掌握沉降变形规律。
⑥经费预算，观测过程中应注意的问题

6．水平位移监测布设方案
（1）水平位移监测网的精度要求
根据电视塔的使用要求，为有效、准确地监测电视塔变形观测点的水平位移量，需要首先建立水平位移监测网。参照《工程测量规范》的有关内容，确定电视塔的变形监测等级为三等。
（2）水平位移监测网的建立
建立了统一于城建坐标系的电视塔水平位移监测网。该制网的建立，对于监测电视塔塔身扭曲、倾斜及在不同气候条件下的水平变形规律具有十分重要的作用。
（3）水平位移观测方案
①水平位移监测点构造与埋设
水平位移监测点的布设，根据电视塔及其周围的实际情况，选用了两种标志布设。
②水平位移监测点的布设
依据《工程测量规范》和电视塔的结构特点，水平位移监测点尽可能布置在沉降变化显著的地方，如塔基的基础上、塔身上，对电视塔在其荷载的作用下塔体水平变形进行监测。另外，塔顶的红灯标志也要作为其中的一个水平位移监测点，目的监测塔顶的垂直度。
③监测点观测精度的确定
④选用仪器和施测方法
⑤观测周期的确定
尤其要注意在变形活跃期、雨季、加载前后、大风等情况下，应随时调整观测周期，以便及时、准确地测定各水平位移监测点的沉降量，掌握水平变形规律。
⑥经费预算，观测过程中应注意的问题
7．提交资料
（1）水平位移监测控制网平面图
（2）沉降监测点点位图
五、课程设计说明书编写提纲
1、封面、目录（有页码）。
2、课程设计的目的、任务、时间及地点安排等。
3、课程设计各项目概况。
简述各设计项目地点的地理位置、范围、交通情况和已知点资料情况，并作适当的分析。
4、课程设计各项目内容介绍。
5、课程设计各项目设计步骤。
6、后记。
说明本次课程设计的收获，设计中遇到的问题及解决的方法或一些设计的经验、教训等。
7、课程设计相关图表或附件。
六、编写课程设计说明书的要求
1、课程设计一律要求手写（用河南理工大学课程设计报告纸），统一封面（16K纸）、设计报告一律左侧装订。
2、设计方案要保证技术上可行，经济上合理。
3、全部设计内容要求概念清楚，层次分明，论据充分，重点突出。
4、语句简洁通畅，用词准确精练、文字书写工整，标点清晰无误。
5、图表安排合理，统一编号，绘制准确、清晰、美观。

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