{城乡园林规划}土木工程概论

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1、土木工程概論,第三章 測量工程,林金面編著文笙書局出版版權所有翻版必究,97/9/7,1,3-1 概述 測量(surveying)乃技術人員依據科學原理，使用各種適當之儀器及方法，測定地球表面各點間之距離(distance)、方向(direction)及高程(elevation)之一種技術。測量所得之數據再依數學原理，經過計算、繪圖後即可獲得各點之座標或相對位置，進而可作為設計土木工程之依據(圖3-1A)。,2,3,測量工程依施測範圍大小可分為： (一)平面測量特性 (1)測量時無地球曲率及大氣折光之誤差。 (2)水平角均為平面角。 (3)各點之垂直線均平行線。 (4)兩點間之距離為水平直線距

2、離。 (二)大地測量特性 (1)測量時須考慮地球曲率及大氣折光之誤差，測量完成後須加以誤差改正。 (2)水平角均為曲面角。 (3)各點之垂直線並非平行線。 (4)兩點間之距離為圓弧距離。,4,測量依作業順序可分為： (一)外業 (1)儀器檢驗及校正 (2)設置控制點及測量標誌 (3)測量距離、角度及高程 (4)記錄測量數據 (二)內業 (1)整理 (2)計算 (3)繪圖,5,一般土木工程各階段之測量作業： (一)設計階段 (二)施工階段(1)開工前 (2)施工中 (3)完工後 (三)使用階段 測量人員須具備基本習性與能力： (一)吃苦耐勞 (二)熟練儀器 (三)珍惜儀器 (四)正確確實 (五)

3、客觀公正 (六)手腦並用 (七)主動積極 (八)合群精神,6,3-2 測量誤差 誤差之來源： (一)人為誤差 (二)儀器誤差 (三)自然誤差 測量誤差之種類： (一)偶然誤差 (二)系統誤差 (三)錯誤 3-3 測量儀器 測量儀器： (一)主要儀器 (二)測量配件,7,3-3-1 平板儀 平板儀主要包括： (一)照準器 (二)平板 平板儀測量之優點： (一)現場測繪，減少甚多內業工作。 (二)角度及距離均直接測繪於平板圖紙上，減少記錄之錯誤。 (三)直接測繪等高線，簡單又迅速。 (四)測量與繪圖同時進行，故無須繪製草圖。 (五)現場測繪，如有錯誤可立即修正。 (六)以交會法定點施測方便。,8,

4、平板測量之缺點： (一)平板儀測量受天候限制大(下雨即無法測量)。 (二)平板及配件攜帶不便。 (三)平板儀測量需要高度技術。 (四)外業時間冗長。 (五)測量成圖後易生伸縮變化，影響尺寸。 (六)平板儀測量精度低。 3-3-2 水準儀 水準儀構造包括： (一)水準管 (二)望遠鏡 (三)腳架,圖3-3-2 數位水準儀,9,3-3-3 經緯儀 經緯儀之構造包含： (一)儀器上部 (二)儀器下部 (三)基座 經緯儀之結構條件： (一)盤面水準管垂直於直立軸(LLVV)。 (二)橫軸垂直於直立軸(HHVV)。 (三)視準軸垂直於橫軸(SSHH)。 (四)望遠鏡水準管軸平行於視準軸(SSLL)。 (

5、五)直立軸通過視準軸與橫軸之交點。,圖3-3-3 電子經緯儀,10,經緯儀之功用： (一)利用水平度盤測量水平角 (二)利用垂直度盤測量縱向角 (三)將望遠鏡調整水平即可做水準測量 (四)利用視距絲可做視距測量 (五)利用附設之磁針可測量磁方位角,電子經緯儀,11,3-3-4 全球衛星定位系統 全球衛星定位系統(global position system)係利用位於地球同步軌道上的同步衛星(圖3-3-4A)，以其相對位置的關係，來測出某點之精確位置(圖3-3-4B)。在過去GPS通常只被應用在一些高科技的領域。例如，作為軍事、航空或是航海的用途，如今GPS也逐步的被應用在測量工程上。,12,

6、13,圖3-3-4C 全球衛星定位系統設備,14,3-4 距離測量 距離測量之定義 3-4-1 步測法 步測法之原理 3-4-2 測距輪距離測量 測距輪距離測量之原理,15,3-4-3 捲尺距離測量 捲尺距離測量容易產生之誤差： (一)捲尺非標準尺長 (1)捲尺比標準尺長，所測量之距離將比實際距離短。 (2)捲尺比標準尺短，所測量之距離將比實際距離長。 (二)溫度變化改變尺長 (1)高溫時，捲尺將比標準尺長。 (2)低溫時，捲尺將比標準尺短。 (三)拉力變化改變尺長 (1)拉力大時，捲尺將比標準尺長。 (2)拉力小時，捲尺將比標準尺短。 (四 )捲尺懸空改變尺長,16,地籍測量實施規則第58條

7、第二項 距離測量用鋼捲尺者，應往返施測二次，取其平均值，算至公釐為止，二次之差不得超過 ( S為距離，以公尺為單位) 。但在平坦地不得超過 ；在地勢起伏地區不得超過 。 地籍測量實施規則第37條 以銦鋼尺施測者，其結果應加下列之改正： 一、標準尺長之改正。 二、傾斜改正。 三、下垂改正。 四、張力改正。 五、重力改正。 六、溫度改正。 七、化歸至平均海水面長度之改正。 八、化歸至地球參考橢球面長度之改正。,17,3-4-4 電子距離測量 電子距離測量容易產生誤差之來源： 一、對點不正 二、濕度、溫度、氣壓之自然變化差 三、地面不規則折射之誤差 四、頻率振盪器不穩定 地籍測量實施規則第58條 距

8、離測量用精於(含)5mm5ppm電子測距儀者，以單向觀測為原則，照準觀測目標施測二次，取其平均值，算至公釐為止，二次之差不得超過十公釐。 地籍測量實施規則第37條 以電子測距儀施測者，應實施對向觀測，其結果應加下列之改正： 一、頻率偏差改正。 二、氣象 (溫度、氣壓、濕度) 改正。 三、射線路徑之曲率改正。 四、弧弦改正。 五、傾斜改正。 六、化歸至平均海水面長度之改正。 七、化歸至地球參考橢球面長度之改正。,18,3-4-5 光學距離測量 (一)視距測量 距離=夾距乘常數+加常數,19,(二)視角測量 S=(h1-h2)/(tan2-tan1),20,3-5 水準測量 一、直接水準測量：以水

9、準儀之水平視準線直接觀測二水準尺之讀數，經計算求得二水準尺地面之高程差。直接水準測量適用於地面平緩之地區。如圖所示，A、B二點間之高差=b-f，b為後視讀數，f為前視讀數。,21,二、間接水準測量間接水準測量：利用經緯儀測得之縱向角及捲尺量得之傾斜距離，推算二點間地面之高程差。間接水準測量適用於地面起伏較大之地區。如圖3-5B所示，將經緯儀架設於A點，觀測B點標尺，得仰角為，標尺讀數為z，再以捲尺量得AB之水平距為S，則AB點之高程差 h=Stan+ i z,22,3-6 導線測量 導線依其測量精度可分為四種，說明如下： (一)一等導線閉合差小於1/25000。 (二)二等導線閉合差小於1/1

10、0000。 (三)三等導線閉合差小於1/5000。 (四)四等導線閉合差介於1/50001/1000。,23,導線依其形狀可分為： 一、閉合導線：導線之起點與終點為同一點，閉合導線為一多邊形之導線，測量完成後可由閉合關係而校核其成果是否有誤差，若有誤差可以多邊形之幾何條件改正之(圖3-6B)。 二、展開導線：導線之起點與終點不在同一點，展開導線無法得知成果之精度，故通常僅用於路線之初測(圖3-6C)。,24,3-7 三角測量 三角測量之作業步驟： (一)選擇三角點 (1)三角點間通視良好 (2)先選定高山，然後再選平地 (3)三內角應在30。120。間 (二)埋設基樁 (三)基線測量 (四)觀

11、測水平角及垂直角 (五)計算及誤差修正,25,3-8 路線測量 路線測量鐵路、公路、河道、管線等線狀工程之測量 路線測量之主要作業： (一)決定路線 (二)佈設路線 (三)細部測量 (四)計算土方數量 路線測量之作業程序： (一)踏勘 (二)初測 (三)定測 (四)施工測量 (五)驗收測量,26,3-9 地形測量 一般地形圖之表示方法： (一)等高線法 (二)凹凸模型法 (三)著色法 (四)實體攝影法 等高線法為地形測量最常用之方法，其特性如下： (一)同一等高線上之各點，其高點均相等。 (二)等高線必定自行閉合而成一封閉曲線(部分因圖幅限制而於圖外閉合)。 (三)除懸崖峭壁外，等高線絕不相交

12、或重疊。 (四)等高線之密度與地形坡度成正比。 (五)各等高線之間距相等，表示地形坡度均勻。 (六)等高線彎曲呈不規則狀態則表示地形凹凸不平；等高線平滑則表示地形亦平 滑。 (七)等高線所圍面積愈來愈小者，表示接近最高點或最低點。 (八)山頂之等高線其高程向內漸加；窪地之等高線其高程向內漸減，並於等高線 之內側加繪短線，表示其凹下之方向。,27,等高線之種類： 等高線之種類： 一、首曲線：用於表示地形之基本等高線，為構成地形圖之主體。 二、計曲線：於每第五條等高線處加粗該線條，並於該線上註記高程，以利於計算高程。 三、間曲線：於地形平緩處，因等高線間距過大而無法充分顯示地貌之變化時，則於首曲線

13、間中央高程處插繪細長虛線表示之。 四、助曲線：如地勢相當平坦，間曲線仍無法表示時，則於間曲線與等高線間1/4高程處，再插入短虛線表示之。,28,3-10 土方計算 3-10-1 平均斷面積法 平均斷面積法(average cross section)(圖3-10-1A)係假設L為斷面間之長度，A1為第一個斷面之面積，A2 為第二個斷面之面積，則土方V=(A1+A2)L2 。平均斷面積法中，當L愈大時V誤差愈大，精度較差，故常使用於斷面較規則之道路、水溝等土方之計算。 當道路或水溝很長時，可將其分為若干段(各段等長)，假設各段之斷面積為A1、A2、A3-An-1、An，間距均為L，則其體積 V=

14、(A1+A2)L2,29,3-10-2 等高線法 V=A1+2(A2+A3+-An-1)+AnH2,30,3-10-3 面積水準法 面積水準法(area level method)係將施工區劃分為若干等間距之方格，並於各方格之角隅處釘以木樁，再以水準儀施測各木樁處地面之高程。假設以A表示每一方格之面積，H表示各樁點挖填土之高度，則每一方格之挖填土體積v=(H1+H2+H3+H4)A4，總體積V=(H1+H2+H3+H4)A/4。面積水準法係以分割方格計算，故適用於地面高程變化緩和，且為大面積之土方工程，如機場、海埔新生地等。 圖3-10-3A 面積水準法, 土方量,31, (一)由圖面判斷各樁使用之次數，並標示H1、H2、H3、H4於圖上。 (二)計算各樁之挖填高度(挖方為+、填方為)，並標示於圖上。,32,33,