Инженерная геодезия. Методичка по геодезии для ЗФО

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

САЯНО-ШУШЕНСКИЙ ФИЛИАЛ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

Методические указания и контрольные задания для студентов, обучающихся по направлениям подготовки

бакалавров 08.03.01 «Строительство»,

13.03.02«Электроэнергетика и электротехника»,

15.03.02«Технологические машины и оборудование»

заочной формы обучения

Саяногорск; Черемушки

2018

УДК 528.48 И62

Рецензент: доктор техн. наук, профессор Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета П.С. Шпаков

И62 Инженерная геодезия: методические указания и контрольные задания для студентов, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство», 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» заочной формы обучения / сост. Ю.Л. Юнаков, И.А. Попечителева. – изд. 2-е, испр. и доп. – Саяногорск : Сибирский федеральный университет; Сая- но-Шушенский филиал, 2018. – 68 с.

В издании изложено краткое содержание дисциплины «Инженерная геодезия», приведены основные требования к содержанию и оформлению контрольных заданий. Изложен порядок выполнения работ в соответствии с методами, изучаемыми в теоретической части курса данной дисциплины.

Методические указания предназначены студентам, обучающимся по направлениям подготовки бакалавров 08.03.01 «Строительство», 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» заочной формы обучения.

Редактор А. А. Чабанова

©Ю.Л. Юнаков, И.А., 2018

©И.А. Попечителева, 2018

©Саяно-Шушенский филиал СФУ, 2018

3

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Инженерная геодезия» является важным элементом подготовки студентов, обучающихся по программам бакаливриата 08.03.01 «Строительство», 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 15.03.02 «Технологические машины и оборудование».

В процессе изучения дисциплины студенты должны овладеть приемами работы с теодолитом, нивелиром и другими приборами, получить навыки по самостоятельному ведению основных видов съемок на земной поверхности, научиться читать графические материалы – топографические планы и карты, профили и разрезы, уметь получить с их помощью необходимые данные для вынесения проекта в натуру, а также наносить результаты съемок на планы, профили и разрезы.

Изучение студентами дисциплины «Инженерная геодезия» включает:

–самостоятельную проработку материала;

–выполнение контрольной работы;

–очные и заочные консультации;

–обзорные лекции и лабораторные занятия в период экзаменационной

сессии.

Студент-заочник по курсу «Инженерная геодезия» выполняет одну контрольную работу, которая содержит три задания.

Контрольная работа вместе с пояснительной запиской представляется в отдельной папке на кафедру Гидротехнических сооружений (ГТС) СаяноШушенского филиала Сибирского федерального университета в сроки, установленные графиком учебного процесса. Работу проверяет и оценивает преподаватель кафедры ГТС, ведущий данную дисциплину, и дает на нее письменную рецензию. При наличии в работе ошибок или недоработок преподаватель рекомендует студенту внести соответствующие исправления либо выполнить работу заново.

Студент обязан выполнить контрольную работу и получить на нее положительную рецензию до начала сессии. На зачете (экзамене) студент предъявляет преподавателю зачтенную контрольную работу с рецензиями и тетради с результатами выполнения лабораторных работ.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДЕЗИЯ

1.Общие сведения о геодезии. Предмет и задачи геодезии. Роль геодезии в развитии народного хозяйства. Краткие сведения из истории развития.

2.Определение положения точек на земной поверхности. Понятия о форме и размерах Земли. Метод проекций в геодезии. Влияние кривизны Земли на горизонтальные расстояния и высоты точек. Системы координат, применяемые в геодезии.

4

3.Ориентирование линий. Ориентирование линий по истинному и магнитному меридиану. Ориентирование линий относительно осевого меридиана. Румбы и табличные углы. Прямая и обратная геодезические задачи.

4.Масштабы. План и карта. Масштабы и их точность. Понятия о плане, карте, профиле. Номенклатура карт и планов. Условные знаки карт и планов.

5.Рельеф местности и его изображение на топографических картах и планах. Сущность изображения рельефа земной поверхности горизонталями. Основные формы рельефа. Свойства горизонталей. Проведение горизонталей по отметкам точек.

6.Элементы теории погрешностей измерений. Классификация погрешностей измерений. Свойства случайных погрешностей. Среднее арифметическое из результатов измерений. Средняя квадратическая, предельная и относительная погрешности. Средняя квадратическая погрешность функции измеренных величин.

7.Понятие об инженерно-геодезических опорных сетях. Классификация геодезических опорных сетей. Методы построения Государственных геодезических сетей. Геодезические сети сгущения и съемочные сети. Геодезическая строительная сетка.

8.Угловые измерения. Принцип измерения горизонтальных и вертикальных углов. Классификация теодолитов. Устройство и поверки теодолита. Измерение горизонтальных и вертикальных углов.

9.Линейные измерения. Способы измерения длин линий. Механические мерные приборы. Компарирование мерных приборов. Свето– и радио-

дальномеры. Оптические дальномеры. Нитяной дальномер. Определение горизонтальных проекций наклонных расстояний при измерении длин дальномером.

10.Топографические съемки. Виды топографических съемок. Теодолитная съемка. Сущность теодолитной съемки, состав и порядок работ. Полевые работы: рекогносцировка и закрепление точек теодолитного хода, прокладка теодолитных ходов на местности, привязка теодолитных ходов к пунктам геодезической опорной сети, съемка ситуации. Камеральные работы: обработка результатов измерений и построение плана теодолитной съемки.

11.Топографические съемки. Тахеометрическая съемка. Приборы, применяемые при тахеометрической съемке. Тригонометрическое нивелирование. Производство тахеометрической съемки. Камеральные работы при тахеометрической съемке. Понятие о мензульной съемке, наземной и аэрофотосъемке.

12.Геометрическое нивелирование. Сущность и способы геометрического нивелирования. Нивелиры и их классификация, нивелирные рейки.

Устройство и поверки нивелира. Продольное инженерно-техническое нивелирование. Полевое трассирование. Полевые работы. Камеральная обработка результатов продольного инженерно-технического нивелирования. Нивелирование поверхности.

5

13. Геодезические разбивочные работы. Назначение и организация разбивочных работ. Нормы и принципы расчета точности разбивочных работ. Вынос в натуру проектных углов и длин линий. Вынос в натуру проектных отметок, линий и плоскостей проектного уклона. Способ угловых засечек. Способ линейной засечки. Способ полярных координат. Способ створной и створно-линейной засечки. Способ прямоугольных координат.

14. Наблюдения за деформациями сооружений геодезическими методами. Виды деформаций и причины их возникновения. Точность и периодичность наблюдений. Основные типы геодезических знаков и их размещение. Наблюдения за осадками сооружений. Наблюдения за горизонтальными смещениями сооружений.

Задание 1 РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ПО ТОПОГРАФИЧЕСКИМ ПЛАНАМ И КАРТАМ

Цель работы: научиться определять номенклатуру карт и планов, геодезические и прямоугольные координаты точки, ориентирные углы направления, отметку точки и крутизну ската по горизонталям, ориентировать карту по компасу и местным предметам, проводить на карте линию с заданным уклоном, рассчитывать площадь контура.

1. Понятие о плане, карте и профиле

1.1. Общие сведения

Основным итогом топографо-геодезических работ является чертеж земной поверхности, составленный по определенным правилам и отвечающий установленным требованиям. Такими чертежами являются план, карта и профиль.

При изображении небольшого участка земной поверхности (в пределах площади круга радиусом до 10 км) соответствующую ему часть уровенной поверхности можно принять за горизонтальную плоскость. Следовательно,

при ортогональном проектировании точек земной поверхности на горизонтальную плоскость горизонтальные проекции линий и углов местности будут получены без искажений. Чертеж, дающий в уменьшенном и подобном виде изображение горизонтальной проекции небольшого участка местности, в пределах которого кривизна уровенной поверхности не учитывается, называется планом.

На плане могут изображаться ситуация и рельеф. Ситуацию местности составляет совокупность контуров и неподвижных местных предметов. К рельефу относятся неровности земной поверхности естественного происхождения.

Если на плане изображается только ситуация, то такой план называется

6

ситуационным или контурным. Если кроме ситуации на плане изображается рельеф, то такой план называется топографическим. По плану можно решать различные задачи: измерять расстояния между точками местности, углы между заданными направлениями, площади участков земной поверхности, определять отметки точек, крутизну скатов и т. п. Точность решения указанных задач зависит от масштаба плана.

Имея топографический план, можно составить изображение вертикального разреза местности по заданному направлению, называемое профилем. Профиль характеризует рельеф по линии местности. План и профиль служат основными исходными документами при проектировании и строительстве инженерных сооружений.

При изображении значительных территорий земной поверхности возникает необходимость учета кривизны Земли. Уменьшенное и искаженное из-за кривизны Земли изображение значительных территорий земной поверхности на плоскости, построенное в определенной картографической проекции, называется к а р той . При построении карты на плоскости бумаги наносится сетка меридианов и параллелей, называемая к а р т о г р а ф и ч е с к о й с е тк о й , которая служит основой для нанесения ситуации местности.

План и карта представляют собой уменьшенное изображение на плоскости проекций участков местности, однако между ними имеются существенные различия:

1. Масштаб в пределах плана есть величина постоянная, а на карте масштаб изменяется от точки к точке и по направлениям. Установленный для данной карты масштаб соблюдается только по одному из направлений (по одному меридиану или параллели); этот масштаб называется г л а в н ы м . В остальных частях карты масштабы отличаются от главного и называются

ча с т н ы м и .

2.Карты выполняются в масштабах 1:10 000, 1:50 000, 1:100 000 и мельче; планы строятся в более крупных масштабах: 1:100, 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000.

В зависимости от масштаба карты условно делятся на к р у п н о м а с -

ш т а б н ы е ( т о п о г р а ф и ч е с к и е ) – от 1:10 000 до 1:100 000, с р е д н е - м а с ш т а б н ы е (обзорно-топографические) – от 1:200 000 до 1:1 000 000 и м е л к о м а с ш т а б н ы е ( о б з о р н ы е ) – мельче 1:1 000 000.

Крупномасштабные карты называются топографическими и составляются по результатам топографических съемок территорий. Топографические карты имеют многоцелевое назначение и характеризуются детальностью изображения всех элементов местности. Этим они отличаются от карт специального назначения, на которых особо выделяется один или несколько элементов (административные, почвенные, геологические и т. п.), тогда как остальные элементы представлены схематично либо вообще отсутствуют.

7

1.2. Номенклатура карт и планов

Карты территории СНГ являются многолистными. Каждый лист карты ограничен меридианами и параллелями, протяженность которых зависит от масштаба карты. Наличие многолистных карт разных масштабов потребовало создания определенной системы учета отдельных листов карт для быстрого их нахождения. Такая система обозначения (нумерации) отдельных листов многолистной карты называется н о м е н к л а т у р о й .

В основу номенклатуры карт различных масштабов положена международная разграфка карты масштаба 1:1 000 000. Для получения одного листа карты этого масштаба весь земной шар делят (рис. 1) меридианами от Гринвичского меридиана через 6° по долготе на 60 колонн, которые нумеруются арабскими цифрами на восток от 180-градусного меридиана. Таким образом, номер колонн отличается от номера 6-градусной зоны на 30. Каждая колонна делится параллелями через 4° по широте на ряды, обозначаемые прописными буквами латинского алфавита, к северу и югу от экватора. Таким образом, вся поверхность земного шара изображается на 2640 листах, а территория СНГ покрывается примерно 230 листами миллионной карты.

Рис. 1. Разграфка и номенклатура листов карты масштаба 1:1 000 000

Номенклатура листа масштаба 1:1 000 000 складывается из двух индексов: обозначения пояса и номера колонны. Так, г. Москва расположен на листе N-37 (рис. 1). По международному соглашению номенклатура листов карты масштаба 1:1000 000 принята единой для всех стран, в то время как для карт других масштабов она может быть различной.

Деление листа карты одного масштаба на листы карты более крупного масштаба называется р а з г р а ф к о й карты. Разграфка листа карты на части

8

предусматривает получение листов карт различных масштабов примерно одинаковых размеров.

В нашей стране лист карты масштаба 1:1 000 000 является исходным для установления номенклатуры листов карт более крупного масштаба.

Для получения карты масштаба 1:500 000 лист карты масштаба 1:1 000 000 делят на 4 части, которые обозначают прописными буквами русского алфавита (рис. 2, а). Номенклатура листа карты масштаба 1:500 000 складывается из номенклатуры листа исходного масштаба 1:1 000 000 с добавлением индекса листа масштаба 1: 500 000 (например, N-37-Г).

Рис. 2. Номенклатура листов карт масштабов 1:500 000–1:10 000

а–1:500 000 и 1:300 000; б – 1:200 000; в – 1:100 000; г – 1:50 000;

д– 1:25 000; е – 1:10 000

Водном листе карты масштаба 1:1 000 000 содержится 9 листов карты масштаба 1:300 000, которые обозначаются римскими цифрами от I до IX, подписываемыми перед номенклатурой миллионного листа, например, IV-N-37 (рис. 2, а ) . Если миллионный лист карты разделить на 36 частей, то каждая часть будет составлять лист карты масштаба 1:200 000. Каждый лист нумеруется римскими цифрами от I до XXXVI, начиная с северо-западного угла. Номенклатура листа карты масштаба 1:200 000 слагается из номенклатуры миллионного листа с добавлением к ней соответствующей римской цифры, напри-

мер N-37-XXXVI (рис. 2, б).

Лист карты масштаба 1:100 000 получается при делении листа карты масштаба 1:1 000 000 на 144 части, которые нумеруются арабскими цифрами от 1 до

144.Его номенклатура слагается из номенклатуры миллионного листа с добавлением к ней соответствующей арабской цифры, например N-37-144 (рис. 2, в).

Лист карт масштабов от 1:50 000 до 1:10 000 получают последователь-

9

ным делением листа карты более мелкого предыдущего масштаба на 4 части. Так, если разделить лист карты масштаба 1:100 000 на 4 части, обозначив каждую из них заглавными буквами русского алфавита А, Б, В, Г, то получим 4 листа карты масштаба 1:50 000. Номенклатура листа Г масштаба 1:50 000 будет N-37-144-Г (рис. 2, г ) . Лист карты масштаба 1:50 000 делится на 4 листа масштаба 1:25 000, обозначаемые строчными буквами русского алфавита. Например, лист г масштаба 1:25 000 имеет номенклатуру N-37-l44-Г-г (рис. 2, д). Лист карты масштаба 1:25 000 делится на 4 листа масштаба 1:10 000, которые обозначаются арабскими цифрами 1, 2, 3, 4. Номенклатура листа карты данного масштаба получается добавлением справа к номенклатуре листа карты масштаба 1:25 000 соответствующей арабской цифры; например, лист 4 имеет номенклатуру N-37-144-Г-г-4 (рис. 2, е).

Номенклатура позволяет легко отыскать не только нужный лист карты данного масштаба, но и найти его положение на земном шаре, используя географические координаты (широту и долготу) углов рамок трапеций.

С увеличением широты листы карт всех масштабов сужаются, оставаясь неизменного размера по направлению с юга на север. Поэтому, начиная с параллели 60°, листы карты вычерчиваются сдвоенными, а с параллели 76° – счетверенными по долготе.

Разграфка листов крупномасштабных планов производится двумя способами. Для съемки и составления планов на площади свыше 20км2 за основу разграфки принимают лист карты масштаба 1:100 000, который делят на 256 частей для масштаба 1:5000, а каждый лист масштаба 1:5000 на 9 частей для планов масштабов 1:2000. В этом случае номенклатура листа масштаба 1:5000

имеет вид N-37-144-(256) (рис. 3, а), масштаба 1:2000 - N-37-144-(256-и) (рис. 3, б).

Рис. 3. Номенклатура листов планов масштабов:

а – 1:5000; б – 1:2000

Для планов участков местности площадью менее 20 км2 используют прямоугольную разграфку планшетов. В основу этой разграфки положен планшет масштаба 1:5000 с размерами рамок 40×40 см, обозначаемый арабскими

10

цифрами (рис. 4). Ему соответствуют 4 листа масштаба 1:2000, каждый из которых обозначается присоединением к номеру планшета масштаба 1:5000 одной из прописных букв русского алфавита (А, Б, В, Г). Листу масштаба 1:2000 соответствуют 4 листа масштаба 1:1000, обозначаемых римскими цифрами (I, II, III, IV), и 16 листов масштаба 1:500, обозначаемых арабскими цифрами (1, 2, 3, ..., 16). Такая разграфка приводит к образованию планшетов масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 размерами 50×50 см.

Рис. 4. Прямоугольная разграфка листа плана масштаба 1:5000

Показанные на рисунке 4 заштрихованные планшеты масштабов 1:2000, 1:1000 и 1:500 имеют соответственно номенклатуру 2-Г, 3-Б-IV и 4-В-16.

Сводная таблица номенклатуры всех масштабов карт приведена ниже

(табл. 1).

1.3. Условные знаки планов и карт

Важнейшим показателем качества топографических карт и планов наряду с точностью является их наглядность. Она достигается применением специальных условных знаков, с помощью которых на картах и планах изображаются ситуации и рельеф местности.

К ситуации относится совокупность контуров местности и неподвижных местных предметов (контуры лесов, пашен, водоемов, дороги, населенные пункты и т. д.). Рельефом называется совокупность неровностей земной поверхности естественного происхождения (горы, лощины, хребты, и т. д.).

Условные знаки, изображающие ситуацию местности, подразделяются на площадные, внемасштабные, линейные и пояснительные.