1.2.1 仪器、工具及其使用

1.水准仪

（1）构造。水准测量的仪器为水准仪，它能够提供水平视线。水准测量的工具为水准尺和尺垫。

水准仪按精度可分为两大类，一类是精密水准仪，另一类是普通水准仪。精密水准仪适用于国家一、二等水准测量，如DS _{0 .5} 型与DS ₁ 型水准仪。普通水准仪适用于国家三、四等水准测量以及一般工程测量，如DS ₃ 型。

水准仪型号的“D”和“S”分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，数字表示每千米往、返测高差中数的中误差，以毫米计。

水准仪按其构造主要分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪，如图1-1所示。

下面介绍工程上广泛使用的DS ₃ 型微倾式水准仪。

DS ₃ 型微倾式水准仪由望远镜、水准器及基座三大部分组成，如图1-2所示。

1）望远镜。望远镜由物镜、目镜、对光透镜和十字丝分划板四部分组成。它的作用是瞄准水准尺并提供水平视线进行读数。

物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长丝。竖直的一条称为竖丝，横的一条称为中丝，用于瞄准目标和读数。中丝的上下还有两根对称的短横丝，可用来测定仪器至目标间的距离，称为视距丝。

十字丝中央交点与物镜光心的连线，称为视准轴。水准测量时，要求视准轴水平（即视线水平），用中丝在水准尺上读取前、后视读数。

2）水准器。水准器是仪器整平的装置，有圆水准器（水准盒）和长水准器（水准管）两种。

①圆水准器（图1-3）。当气泡居中时，表示该轴线处于竖直位置。圆水准器只用于仪器的粗略整平。

②长水准器（图1-4）。当气泡居中时，水准管轴处于水平位置。

3）基座。基座主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板等组成。它的作用是支撑仪器的上部并与三脚架连接。

1—球面玻璃；2—中心圆圈；3—气泡

1—玻璃管；2—气泡；3—分划线；4—调整螺钉

（2）操作使用。

1）安置仪器。

①打开三脚架，松开脚架螺旋，使三脚架高度适中（根据身高），旋紧脚架伸缩腿螺旋，将脚架放在测站位置上（距前、后立尺点大概等距离位置）。

②三个架腿之间角度最好在25°～30°之间，目估使架头水平，将三个架腿踩实，如遇水泥地面，可放在水泥地面的缝隙中使其固定。

③打开仪器箱，取出水准仪，置于三脚架头上，并用中心连接螺旋把水准仪与三脚架头固连在一起，关好仪器箱。

2）粗平。粗平是调整脚螺旋使圆水准器气泡居中，以便达到仪器竖轴大致铅直，使仪器粗略水平。具体操作如下：

①如图1-5（a）所示，气泡未居中而位于 a 处。首先按图上箭头所指方向，两手相对转动脚螺旋①、②，使气泡移到通过水准器零点作①、②脚螺旋连线的垂线上，如图中垂直的虚线位置。

②用左手转动脚螺旋③，使气泡居中，如图1-5（b）所示。

③反复交替调整脚螺旋①、②和脚螺旋③，确认气泡是否居中。

掌握规律：左手大拇指移动方向与气泡移动方向一致。

对于图1-6气泡偏歪情况，第一步也可先旋转脚螺旋①，使气泡 a 移到 b 处，如图1-6所示，即位于通过刻划圈中心与脚螺旋②、③连线的平行线的位置（图中虚线位置）。第二步再用两手转脚螺旋②、③，使气泡居中，反复操作使气泡完全居中。

3）瞄准。

①目镜调焦。把望远镜对准明亮天空或白墙，转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。

②粗略瞄准。松开望远镜制动螺旋，转动望远镜，通过望远镜上的照门、准星瞄准目标（三点成一线）后，旋紧制动螺旋。

③准确瞄准。调整物镜对光螺旋，看清目标。调整水平方向微动螺旋，使十字丝纵丝平分地面点位上所立水准尺的尺面，如图1-7所示，或使纵丝与尺的某个边重合，如图1-8所示，达到准确瞄准目标。如果目标不清晰，应转动物镜对光螺旋，使目标清晰。

④消除视差。当眼睛在目镜端上下移动时，目标也随之移动，这是因为目标的成像平面与十字丝平面有相对移动，如图1-9所示，这种现象称为视差。产生视差的原因是因为目标成像平面与十字丝平面不重合。由于视差的存在，不能获得正确读数，如图1-9（b）所示，当人眼位于目镜端中间时，十字丝交点读得读数为 a ；当眼略向上移动，读得读数为 b ；当眼睛略向下移动，读得读数为 c 。只有在图1-9（c）的情况下，眼睛上下移动，读得读数均为 a 。因此瞄准目标时存在的视差必须要消除。

消除视差的方法：调整目镜对光螺旋使十字丝清晰，瞄准目标后，反复调整物镜对光螺旋，同时眼睛上下移动观察目标成像是否达到稳定，也就是说读数是否在变化，如果不发生变化，此时目标的成像平面与十字丝平面相重合，这时读取的读数才是正确的读数。

如果换另一人观测，由于每个人眼睛的视觉不同，需要重新略调一下目镜对光螺旋，使十字丝清晰，一般情况是目镜对光螺旋调好后，在消除视差时不需要反复调整。

4）精密整平。眼睛通过目镜左上方的符合气泡观察窗看水准管气泡，若气泡不居中，如图1-10（b）、（c）所示，则用右手转动微倾螺旋，使气泡两端的影像吻合，如图1-10（a）所示，即表示水准仪的视准轴已精密整平。

5）读数。水准仪望远镜成像有正像和倒像之分，目前根据国家有关技术标准规定，生产和销售的水准仪应成正像。因此，通过正像望远镜读数时应与直接从水准尺上读数方法相同，即自上而下进行。如图1-11所示，图1-11（a）读数为1.708m，图1-11（b）读数为2.625m。

（3）检验与校正。

1）圆水准器轴的检验与校正。检验圆水准器轴是否平行于仪器的竖轴。如果是平行的，当圆水准器气泡居中时，仪器的竖轴就处于铅垂位置了。

①检验方法：首先用脚螺旋使圆水准器气泡居中，此时圆水准器轴（ L ′ L ′）处于竖直的位置。将仪器绕仪器竖轴旋转180°，圆水准气泡如果仍然居中，说明 VV 平行于 L ′ L ′的条件满足。若将仪器绕竖轴旋转180°，气泡不居中，则说明仪器竖轴 VV 与 L ′ L ′不平行。在图1-12（a）中，如果两轴线交角为 α ，此时竖轴 VV 与铅垂线偏差也为 α 角。当仪器绕竖轴旋转180°后，此时圆水准器轴 L ′ L ′与铅垂线的偏差变为2 α ，即气泡偏离格值为2 α ，实际误差仅为 α ，如图1-12（b）所示。

②校正方法：首先稍松位于圆水准器下面中间的固紧螺钉，然后调整其周围的3个校正螺钉，使气泡向居中位置移动偏离量的一半，如图1-13（a）所示。此时圆水准器轴 L ′ L ′平行于仪器竖轴 VV 。然后再用脚螺旋整平，使圆水准器气泡居中，竖轴 VV 与圆水准器轴 L ′ L ′同时处于竖直位置，如图1-13（b）所示。

校正工作一般需反复进行，直至仪器转到任何位置气泡均为居中为止，最后应旋紧固定螺钉。

2）十字丝的检验与校正。

①当仪器竖轴处于铅垂位置时，十字丝横线应垂直于仪器的竖轴，此时横线是水平的，这样在横丝的任何部位读数都是一致的。否则如果横丝不水平，在不同的部位将会得到不同的读数。

②检验方法：首先将仪器安置好，用十字丝横丝对准一个清晰的点状目标 P ，如图1-14（a）所示。然后固定制动螺旋，转动水平微动螺旋。如果目标点 P 沿横丝移动，如图1-14（b）所示，则说明横丝垂直于仪器竖轴 VV ，不需要校正。如果目标点 P 偏离横丝，如图1-14（c）、（d）所示，则需校正。

③校正方法：校正方法按十字丝分划板装置形式不同而异。有的仪器可直接用螺丝刀松开分划板座相邻的两颗固定螺钉，转动分划板座，改正偏离量的一半，即满足条件。有的仪器必须卸下目镜处的外罩，再用螺钉旋具松开分划板座的固定螺丝，拨正分划板座即可。

3）长水准管轴平行于视准轴的检验和校正。如果长水准管轴平行于视准轴，则当水准管气泡居中时，视准轴是水平的，假如水准管轴和视准轴不平行，当水准管轴在水平方向时，视准轴却在倾斜方向，测量时读数就会出现误差。尺子离仪器的距离越远，读数误差就越大，所以把仪器安置在两点中间测得的高差和仪器靠近一点测得的高差就不会相同。

①检验方法：如图1-15所示，校验时必须先知道两点的正确误差，根据读数误差和尺子离仪器的距离成正比的关系，若距离相等，读数的误差也相等。设仪器安置在 A 、 B 等距离处观测，两个读数都包含相同的误差 x ，两个实际读数 a + x 、 b + x 的差，即 a + x -（ b + x ）= a - b = h ，等于正确的高差。

检验的步骤为：选择相距约80m的两点 A 和 B ， A 、 B 两点应选在坚实地面上且高差不大处，然后按下列步骤检验：

a.将仪器安置在 A 、 B 两点的中点，如图1-15（a），测出两点的正确高差， h = a ₁ - b ₁ ；

b.将仪器移近 A 尺（或 B 尺）处，如图1-15（b），使目镜距尺1～2m，观测近尺读数 a ₂ ，计算当视准轴水平时远尺正确读数 b ₂ = a ₂ - h ，调节微倾螺钉，使目镜中的十字横丝对准 B 尺上 b ₂ 读数，这时视准轴就处于水平位置，此时如果水准管气泡居中，则说明两轴是平行的，否则应进行校正。

②校正方法：当十字横丝对准 B 尺上正确读数 b ₂ 时，视准轴已处于水平位置，但水准管气泡偏离中央，说明水准管不水平，拨动水准管的校正螺钉，使气泡居中，这样水准管轴也处于水平，从而达到水准管轴平行于视准轴的条件。校正时，注意拨动上下两个校正螺丝，先松一个，后紧一个，直到水泡居中，如图1-16所示。

以上三项水准仪的检验与校正，次序不能颠倒，每项内容都要认真并且反复几次，才能达到满意效果。

2.经纬仪

经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。

经纬仪是一种能进行水平角和竖直角测量的仪器，它还可以借助水准尺，利用视距测量原理，测出两点间的大致水平距离和高差，也可以进行点位的竖向传递测量。

经纬仪分光学经纬仪和电子经纬仪，如图1-17所示。主要区别在于角度值读取方式的不同，光学经纬仪采用读数光路来读取刻度盘上的角度值，电子经纬仪采用光敏元件来读取数字编码度盘上的角度值，并显示到屏幕上。随着技术的进步，目前普遍使用电子经纬仪。

在工程中常用的经纬仪有DJ ₂ 和DJ ₆ 两种，“D”是大地测量仪器的代号，“J”是经纬仪的代号，数字表示仪器的精度。其中，DJ ₆ 型进行普通等级测量，而DJ ₂ 型则可进行高等级测量工作。

3.水准尺和尺垫

水准尺和尺垫是水准测量时用的工具。

（1）水准尺。水准尺是水准测量时使用的标尺，用干燥的优质木材或铝合金制成。普通水准测量常用的水准尺有塔尺和双面水准尺两种，如图1-18所示。

塔尺由两节或三节套接在一起，尺的底部为零点，尺上黑白格相间，每格宽0.01m或0.005m，每0.01m和0.1m处均有注字，注字一面为正向，另一面为倒向。

双面水准尺是两面均有刻划的标尺：一面为红白相间，称为红白尺；另一面为黑白相间，称为黑白尺。两根尺为一对；黑面均由零开始，而红面，一根尺由4.687m开始至7.687m，另一根由4.787m开始至7.787m。双面水准尺多用于三、四等水准测量。

（2）尺垫。尺垫是为防止土质松软时导致在观测过程中地面点下沉而造成高差观测值偏差的工具，用时将尺垫的三个脚牢固地插入土中，水准尺应放在凸起的半球体上，如图1-19所示。

4.其他测量放线工具

（1）钢卷尺（见图1-20）。钢卷尺有1m、2m、3m、5m、20m、30m、50m等几种规格。用于测量直线墙体位置、尺寸及其构配件尺寸等。

（2）托线板和线锤。托线板和线锤用于检查墙面垂直度。托线板常用规格为15mm×120mm×200mm，板中间有一条标准墨线。线锤与托线板配合使用，用以吊挂墙体、构件的垂直度，如图1-21和图1-22所示。

（3）靠尺。靠尺用于检查墙体、构件的平整度。常用规格为2～4m长，一般用铝合金或硬质木材制成，如图1-23所示。

（4）塞尺。塞尺与靠尺配合使用，用于测定墙、柱平整度的数值偏差。塞尺上每一格表示厚度方向1mm，如图1-24所示。

1—线锤；2—靠尺板

（5）水平尺。水平尺用以检查砌体水平位置的偏差。水平尺用铁或铝合金制作，中间镶嵌玻璃水准管，如图1-25所示。

（6）准线。准线是砌墙时拉的细线，用于检测墙体水平灰缝的平直度。

（7）百格网。百格网用于检查砖墙砂浆的饱满度。一般用钢丝编制锡焊而成，也可以在有机玻璃上画格而成，网格总面积为240mm×115mm，长、宽方向各切分为10格，共100个格子，如图1-26所示。

（8）方尺。方尺是用木材或铝合金制成，边长为200mm的直角尺，有阴角和阳角两种。用于检查砌体转角处阴阳角的方正程度，如图1-27所示。

（9）皮数杆。皮数杆是砌筑砌体在高度方向的基准。皮数杆分为基础用和地上用两种。

基础用皮数杆比较简单，一般使用30mm×30mm的小木杆，由现场施工员绘制。一般在进行条形基础施工时，先在要立皮数杆的地方预埋一根小木桩，到砌筑基础墙时，将画好的皮数杆钉到小木桩上。皮数杆顶应高出防潮层的位置，杆上要画出砖皮数、地圈梁、防潮层等的位置，并标出高度和厚度。皮数杆上的砖层还要按顺序编号。画到防潮层底的标高处，砖层必须是整皮数。如果条形基础垫层表面不平，可以在一开始砌砖时就用细石混凝土找平。

±0.000以上的皮数杆也称为大皮数杆。一般由施工人员经计算排画，经质量人员检验合格后方可使用。皮数杆的设置要根据房屋大小和平面复杂程度而定，一般要求转角处和施工段分界处设立皮数杆。当为一道通长的墙身时，皮数杆的间距要求不大于20m。如果房屋构造比较复杂，皮数杆应该编号，并对号入座。皮数杆四个面的画法见图1-28所示。

（10）龙门板。龙门板是在房屋定位放线后，砌筑时定轴线、中心线的标准（见图1-29）。施工定位时一般要求板面的高程即为建筑物的相对标高±0.000。在板上划出轴线位置，以画“中”字示意，板顶面还要钉一根20～25mm长的钉子。当在两小相对的龙门板之间拉上准线，则该线就表示为建筑物的轴线。有的在“中”字的两侧还分别划出墙身宽度位置线和大放脚排底宽度位置线，以便于操作人员检查核对。施工中严禁碰撞和踩踏龙门板，也不允许坐人。建筑物基础施工完毕后，把轴线标高等标志引测到基础墙上后，方可拆除龙门板、桩。