工程测量课程设计----桥梁设计.docx

目录1.课程设计要求42.建桥场地及周边环境简介43.设计规范及要求43.1设计相关规范43.2 相关精度要求54. 桥梁控制网设计原则及方法64.1桥梁控制网设计原则64.2桥梁控制网设计方法64.2.1 传统的三角网布设方法64.2.2 gps网布设方法64.3 桥梁施工控制网布设的特殊要求75桥梁施工控制网的优化设计75.1工程控制网的优化设计的分类75.2工程控制网的优化设计的任务85.3桥梁施工控制网的数据采集与处理95.4优化设计软件的介绍及处理的过程96. 桥梁施工平面控制网精度设计概述96.1按桥型桥式确定桥轴线边的必要精度106.2按墩（台）定位确定控制网的必要精度116.3按桥长确定桥轴线边的必要精度126.4平面控制网精度确定方法127.“北门桥”平面控制网设计127.1“北门桥”工程概况127.2“北大桥”平面控制网建网方法选择137.3“北门桥”平面控制网网形设计137.3.1 控制网图形介绍137.3.2 平面控制网图形设计147.3.2.1 控制网图形设计步骤147.3.2.2 控制网图形数据成果157.4平面控制精度评定188.“北门桥”高程控制网设计188.1水准测量概述188.2 跨河水准测量设计198.2.1高程控制网必要精度的确定198.2.2桥梁施工高程控制测量等级设计198.2.3 跨河场地布设208.2.4观测与计算218.3 “北门桥”水准设计218.3.1“北门桥”水准网形218.4 观测方案及方法249.桥墩放样259.1次级网的建立259.2 桥墩放样必要精度269.3桥墩中心放样方法279.4 桥墩测设精度估算2810.课程设计总结291.课程设计要求以矿大北门的桥为原型，假定北门河流宽1.4km，修建一条跨河大桥，桥梁轴线位置自定。要求设计桥梁平面、高程控制网；确定控制网必要精度、设计桥梁平面、高程控制网并优化，制定控制网观测、桥墩放样方案。通过本课程设计掌握桥梁控制网设计原则、方法。2.建桥场地及周边环境简介图2-1 北门河的google earth 影像本桥为跨河大桥，跨越镜湖大河，河宽1.4千米，环绕学校，区域流向为从西至东。从google earth 图片上我们可以发现，沿河周围场地开阔，方便选址。同时通过根据实地勘查，作者将桥址选在中国矿业大学北校门与煤炭工业科技馆之间，交通方便，施工无阻碍。3.设计规范及要求 3.1设计相关规范1.工程测量规范（gb500262007）；2.公路桥涵施工技术规范（jtj041-2000）；3.公路工程质量检验评定标准（jtj071-9）；4.国家一二等水准测量规范(gb12897-91)5.公路勘测规范(jtj061-99)6.全球定位系统(gps)测量规范(gb/18314-2009)3.2 相关精度要求 桥梁施工平面控制网的建立，应符合下列规定：1 桥梁施工平面控制网，宜布设成自由网，并根据线路测量控制点定位。2 控制网可采用gps 网、三角形网和导线网等形式。3 控制网的边长，宜为主桥轴线长度的05-15 倍。4 当控制网跨越江河时，每岸不少于3 点，其中轴线上每岸宜布设2 点。表3-1 平面控制测量等级 等 级公路路线控制测量桥梁桥位控制测量隧道洞外控制测量二等三角5000m特大桥6000m特长隧道三等三角、导线20005000m特大桥40006000m特长隧道四等三角、导线10002000m特大桥20004000m特长隧道一级小三角、导线高速公路、一级公路5001000m特大桥10002000m中长隧道二级小三角、导线二级及二级以下公路500m大中桥1000m隧道三级导线三级及三级以下公路表3-2 桥梁施工控制网等级的选择 桥长l(m)跨越的宽度l（m）平面控制网的等级高程控制网的等级50001000二等或三等二等20005000500500三等或四等三等5002000200输入已知数据-在图形中绘制所有未知点-输入观测数据-计算-如果精度超限则在图形中移动点位或增删观测数据直至合理。（1） 设置计算方案时必须选择“优化设计”、图数更新方式必须选“图更新数”。（2） 已知数据的输入可以只输入点名然后从控制点数据文件中读入，也可以直接在表中进行输入，本次设计方案采用的是直接数据输入。（3） 在图形中点击“添加未知点”命令绘制出所有未知点。输入观测数据。只需在拟观进行测的数据中填入任意数据，该数据就会由图形更新为与图形相适应的数据。不需手工量取模拟数据。（4） 点击“计算”，然后看观测成果表就可以了，如果超限，则可以通过通过移动未知点来进行调整，直到在限差范围内。7.3.2.2 控制网图形数据成果表7-1 网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个2平面未知点数个6方向观测设站数站7方向观测总数个29边长观测数条17最大边长m2298.0530306最小边长m927.0490302验后平面单位权中误差验后测角中误差最大平面点位中误差mm7.3705最大平面相邻点间误差mm10.7605-01最大方位角误差1.9802-03最大边长误差mm4.2304-06最大边长比例误差1/134647201-a1高程已知点数个0高程未知点数个0高差观测数段0验后高程单位权中误差mm最大高程中误差mm最大高程相邻点间误差mm表7-2 优化设计模拟控制点成果表点名坐标高程( m )备注x( m )y( m )a1156148.500191730.300a2152688.500192014.50001155393.199190855.10902155376.414192814.09803155038.327191950.89604153666.795191994.05605153311.923190869.49606153194.432193322.428表7-3 优化设计模拟数据精度表测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差a1021.479.051/ 15万a1031.596.731/ 17万a1011.628.991/ 13万01a11.628.991/ 13万01031.778.161/ 14万01041.078.981/ 23万01051.1010.761/ 19万03a11.596.731/ 17万03021.986.421/18万03061.425.791/16万03041.297.051/ 19万03051.099.261/ 22万03011.778.161/ 14万02a11.479.051/ 15万02031.986.421/16万02041.109.011/ 21万02061.558.321/20万05011.1010.761/ 19万05031.099.261/ 22万05041.788.201/ 14万05a21.549.191/ 14万04a21.806.781/ 14万04051.788.201/ 14万04031.297.051/ 19万04021.109.011/ 21万04061.676.991/20万a2051.549.191/ 14万a2041.806.781/ 14万a2061.548.121/16万表7-4 点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)mx(mm)my(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)015.894.186.839.118.99134 31025.384.176.809.568.98 55 40034.893.796.038.736.73 80 35043.793.545.188.576.75 82 33055.794.407.279.809.09 7 06065.794.407.279.809.09 7 06表7-5 点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)a1028.849.1312.719.168.81 53 16a1036.357.9710.197.986.34 82 37a1018.648.7912.338.808.63151 3301037.709.1511.969.177.68 13 2701048.4110.1313.1710.178.37 44 1901059.5210.1113.8810.139.49 77 2403027.668.7411.628.747.66173 2403068.9710.2413.6110.278.94 42 5903046.788.0210.518.036.77 81 4903058.599.8213.059.888.52137 3502048.589.7012.959.728.56128 5802066.788.0210.518.036.77 81 4905047.819.3012.149.317.80171 4005a28.919.2112.829.228.91 32 1104a26.448.0910.348.106.44 84 5004067.999.8812.719.887.99 3 43a2066.448.0910.348.106.44 84 50图7-1 优化后的控制网7.4平面控制精度评定桥轴线为02-03，其相关数据如下：表7-6 轴线相关误差测站照准点方位角中误差()边长中误差(mm)边长相对中误差03021.986.421/18万由上表可知，桥轴线边长相对中误差为：1/18万小于容许的全桥轴线长的相对中误差：1 / 60 000，最大平面点位（05点）中误差为7.37mm小于控制点误差所引起的容许点位误差8mm。8.“北门桥”高程控制网设计8.1水准测量概述跨河水准测量是桥梁工程高程控制网测量的重要组成部分，其主要任务和作用是：通过跨河高程传递测量将江河湖海两岸的水准点高程联系起来，建立全桥统一的高精度的高程基准，满足水中桥墩（塔）精度施工放样的需要。8.2 跨河水准测量设计8.2.1高程控制网必要精度的确定桥梁施工高程控制网的主要作用是控制桥梁墩台及索塔高程的定位放样,其中水中桥墩及斜拉桥索塔的高程是控制的重点和难点,其难度随着桥梁跨越水面距离的增大而增加。为了保证水中主桥高程施工放样精度, 必须通过跨江( 海) 高程测量将江河湖海两岸的水准点高程联系起来。可见,跨河(海) 水准测量是桥梁施工高程控制网测量的关键。以水中桥墩施工放样精度要求推求桥梁施工控制网的必要精度。从测量的角度来看,桥墩施工定位的总误差由控制点误差和放样误差两大部分组成。通常情况下，桥梁施工条件复杂、干扰大、放样误差较大。而在建立控制网时，则有足够的时间和各种有利条件提高控制网的精度。 因此，我们按照使控制点误差对放样点位不发生显著影响的原则，进行施工控制网的精度设计。水中桥墩(或索塔) 高程系由一岸水准点( a 或 b )引测而得。设施工放样中精度要求最高的高程允许误差为h 。根据推导,当控制点误差为总误差的0. 4倍时，则其对桥墩高程放样的影响可忽略不计，则两岸跨河水准点的高程中误差(ma 或 mb )不应大于 。而桥梁工程中最关心的是桥墩(台)间相对关系问题,因此我们以两岸跨河水准点间高差中误差应不大于的要求来规定施工高程控制测量的精度。8.2.2桥梁施工高程控制测量等级设计桥梁施工规范规定:混凝土墩台支承垫石顶面高程允许偏差为，取其高程中误差为，则两岸跨河水准点间高差的中误差不应大于。设每千米水准测量高差中数的偶然中误差为, 跨河视线长为 , 则有: 对于二等跨河水准， 则要求， 也就是说，当跨河视线长不大于时，可按二等精度施测。但跨河水准测量的难度随跨河视线长度的增加而增大，因此，在规范制定中可取，而当跨河视线长超过时，须对跨河水准测量进行专门设计。对于三等跨河水准， 则要求。对于岸上网中水准点间联测，取岸上施工水准点纵向( 沿桥向) 间距为 400 m， 则可求得每千米水准测量中误差的允许值为：， 考虑到陆地桥墩施工难度比水上施工难度低的实际情况，故取陆地水准测量中误差的允许值为 5 mm，同时顾及跨河长度对桥型结构复杂程度的总体影响因素,故规定网中水准点间联测分别按三等、 四等精度施测。而对于网的起算高程引测一项，由于桥梁工程主要强调施工的相对精度，因此取用与网中水准点间联测相同的等级。至此,完成了桥梁施工高程控制测量精度等级的设计。当跨河视线长小于 1 000 m 时, 跨河水准应按不低于三等精度观测,网中水准点间联测及网的起算点高程引测按不低于四等精度观测。当跨河视线长介于 1 0003 500 m 间时, 跨河水准应按不低于二等精度观测,网中水准点间联测及网的起算点高程引测按不低于三等精度观测; 当跨河视线长超过3 500 m 时,应作专门设计。表8-1 水准测量的主要技术要求 等级每公里高差中数中误差（mm）水准仪号水准尺观测次数往返较差、附和或环线闭合差（mm）偶然中误差m全中误差mw与已知点联测附和或环线二等12ds1因瓦往返各一次往一次三等36ds1因瓦往返各一次往返各一次ds3双面往返各一次往返各一次四等1010ds3双面往返各一次往返各一次五等816ds3双面往返各一次往返各一次8.2.3 跨河场地布设传统跨河方法的场地一般布设成平行四边形、等腰梯形或大地四边形，gps 跨河法的应布设为直线型，如下图。图8-1 跨河场地布设图形跨河场地的布设中需要充分考虑有利于减弱大气折光、电磁场及其他障碍物对测量精度的影响，并主要到不同方法对选点的特殊要求。1）应尽量避免顺光、逆光观测，选择背景开阔、亮度适中、周围无发热源的地方设置立尺点。2）必须保证观测视线距离水面及其他地面障碍物的高度，尽可能选在地势较高处进行跨河测量。3）应选择土质坚固的地面或基础稳定的水泥地设置仪器和标尺， 保证观测期间仪器和标尺的稳定性。 立尺点标志须稳固可靠，当仪器安置在土质地面时，应加设仪器脚桩。4）桥梁工程跨河水准测量应采用双线观测，并通过岸上水准联测形成跨河水准闭合环，以确保跨河水准测量成果的精度及可靠性。8.2.4观测与计算跨河水准观测作业前应按规范要求进行觇牌或标灯的设计制作、仪器检校，观测过程中必须严格遵守操作规程，采取有效措施，如选择有利观测时间、两岸远标尺同步观测 (必须严格执行)、仪器标尺正确安置、觇牌准确对位并无滑移、尽可能地缩短一测回观测时间等等，以提高测量精度。观测成果应按规定要求进行限差验算和成果取舍，并评定测量精度。8.3 “北门桥”水准设计8.3.1“北门桥”水准网形8.3.1.1 水准网建网步骤水准网的建立和平面控制网的建立一样，不过在用软件解算的过程中，不需输入各测站点之间的高差，只需输入各测段之间的距离，用来定权。如果采用“图更新数”则只需在图中画出未知点的位置即可。（1）设置计算方案，高程的单位权中误差设置为2mm（2）输入已知点的数据（3）确定点的位置，画出控制网图形，若超限，则可通过移动点的位置来调整网行，直到满足精度要求即可。 高程控制网形8.3.1.2 水准网数据通过软件解算，我们得到精度的相关数据。表8-2 网形及精度统计表项目单位数据备注平面已知点数个2平面未知点数个0方向观测设站数站0方向观测总数个0边长观测数条0最大边长m最小边长m验后平面单位权中误差验后测角中误差最大平面点位中误差mm最大平面相邻点间误差mm最大方位角误差最大边长误差mm最大边长比例误差高程已知点数个2高程未知点数个6高差观测数段9验后高程单位权中误差mm最大高程中误差mm2.05最大高程相邻点间误差mm2.06表8-3 点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)mx(mm)my(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)031.75041.59011.99022.00051.79062.05表8-4 点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)a1011.99a1031.75a1051.6201021.9703041.8505062.0602a22.0004a21.5906a22.05由上表可知，网中最大高差中误差为2.05mm（6号点），满足精度要求。8.4 观测方案及方法在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。过河水准测量图形：（1）过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。（2）a、b为立尺点，c、d为测站点，要求ad与bc长度基本相等，ac与bd长度基本相等且不小于10m。（3）用两台水准仪作同时对向观测，在c站先测本岸a点尺上读数，得，然后测对岸b点尺上读数24次，取其平均值得 ，高差为。（4）同时，在d站先测本岸b点尺上读数，得 ，然后测对岸a点尺上读数24次，取其平均值得，高差为。（5）取和的平均值，即完成一个测回。一般进行4个测回。（6）由于过河水准测量的视线长，远尺读数困难，可以在水准尺上安装一个能沿尺面上下移动的觇板。观测员指挥司尺员上下移动觇板，使觇板中横线被水准仪横丝平分，司尺员根据觇板中心孔在水准尺上读数。9.桥墩放样9.1次级网的建立图9-1 加密控制网精度相关数据如下：表9-1 点位误差点名坐标误差误差椭圆参数高程中误差(mm)mx(mm)my(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)035.507.469.277.485.47 84 141.03045.487.028.907.025.47 86 191.00017.388.6011.338.617.37 84 401.26028.458.2511.818.538.17 28 121.28055.727.649.547.645.71 86 091.06065.487.028.907.025.47 86 191.00k15.727.649.547.645.71 86 091.06k26.387.8110.097.826.36 85 021.11k36.136.899.227.015.99 69 011.01k46.186.829.206.856.14102 521.02表9-2点间误差起点名终点名纵横向误差误差椭圆参数高程点间误差(mm)纵向(mm)横向(mm)m(mm)a(mm)b(mm)f(度 分)a1017.938.0911.338.617.37 84 401.26a1035.497.469.277.485.47 84 141.03a1056.407.579.927.626.35 98 291.12a1k15.987.439.547.645.71 86 091.06a1k26.837.4210.097.826.36 85 021.1101027.829.4612.279.477.81 98 381.3801k16.486.068.876.496.05 86 111.1301k36.908.6111.038.616.89 71 581.2503045.807.689.627.685.80 87 241.1103k16.215.458.266.215.45 87 191.0603k36.407.579.927.626.35 98 291.1203k46.367.7410.017.766.33 72 051.1403k26.516.068.896.516.06 87 031.1105066.307.9310.137.996.23 78 131.1605k26.816.769.606.826.75117 081.1905k47.329.0511.649.057.32109 431.3002a28.178.5211.818.538.17 28 121.2802k36.797.169.877.176.78173 231.1902k17.349.1411.739.157.34114 471.2904a25.487.028.907.025.47 86 191.0004k16.307.9310.137.996.23 78 131.1604k35.956.468.786.495.91 16 311.0304k46.005.938.446.035.90117 141.0404k26.508.1110.408.166.44100 221.1806a25.497.469.277.485.47 84 141.0306k27.639.6812.329.707.61 59 201.3306k46.877.4410.137.446.86 12 001.20k1k35.877.629.627.625.87 87 431.09k2k46.047.859.907.856.04 86 461.12k3a26.066.959.227.015.99 69 011.01k3k46.547.7110.127.716.54 1 571.13k4a26.276.749.206.856.14102 521.029.2 桥墩放样必要精度9.2.1 平面放样必要精度设为平面放样点放样后点位总误差，其中为控制点点位误差引起的放样点点位误差，为放样过程中产生的误差引起的放样点点位误差，则有： 很显然，将上式的二次项展开略去高次项，则有，若使上式中，即控制点点位误差的影响仅占放样点位程总误差的10%，则有，得：一般规定，桥墩中心放样的点位误差为，即则：由上可知，桥墩放样过程产生的点位误差小于等于。9.2.2 高程放样必要精度 设为高程放样点放样后高程的总误差，其中为控制点高程误差引起的放样点高程误差，为放样过程中产生的误差引起的放样点高程误差，则有： 很显然，将上式的二次项展开略去高次项，则有，若使上式，即控制点高程误差的影响仅占