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第十章桥梁工程测量第一节桥梁结构的基础知识 一 桥梁结构的基础知识桥梁建设过程中 包括 勘测 施工测量 竣工测量与变形监测 桥梁施工阶段的测量工作包括 桥轴线长度测量 施工控制测量 墩 台中心的定位 墩 台细部放样 梁部放样 一 桥梁的组成部分 有两部分 桥面与承重结构统称上部结构 桥墩与桥台统称下部结构 1 上部结构 承重结构是梁的叫主梁 钢 钢筋混凝土或预应力混凝土 承重结构是拱的叫主拱 是悬索的叫主索或大缆 桥渡的中心线称为桥轴线 桥面有上承式桥和下承式桥 联结杆形成的联结系统叫做联结系 2 下部结构 通常有支座 墩台 基础三部分组成 支座的变形有两种 一是梁弯曲时的转动变形 二是梁伸缩时的转动变形桥墩与桥台一般用石砌筑或混凝土灌筑而成 在陆地也可以用钢做成 基础要下降到一定深度 下降方法一类叫沉井 一类叫沉桩 合称沉基础 1 2 第二节桥址选线测量 包括桥址平面地形测绘 桥址纵断面及辅助断面测量 既有桥梁丈量 一 桥址平面地形测绘 1 测绘范围 顺线路方向应测至两岸历史最高洪水位或设计水位以上0 5 1 0m 对于平坦地区河滩过宽时 测绘范围不应小于桥梁全长加导流堤并稍有余量 上下游施测长度根据实际需要而定 亦可考虑上游测至3B槽 0 12B滩 下游测至1 5B槽 0 06B滩 B槽为河槽宽度 B滩为两岸河滩宽度之和 平坦地区上游测至桥长的2倍且大于200m 下游为桥长的1 5倍且大于100m 对于改建的或增建的 要酌情增减 2 测绘内容 应测绘地形 地貌 线路导线 中线 既有线中线 桥梁和导流建筑物平面 桥头控制桩 水准基点 农田分类及边界 历史最高洪水泛滥线 水流方向等 水下部分 对水流有影响的孤石 陡岸 突出的岩石 堤防等应在平面图上显示 并标明位置 大小及必要的走向 倾向等 地形等高线间距 平坦地区为0 5 2 0m 困难地区为5 10m 对于桥址两岸陡峻地段及对于河岸 陡坎 河床沟心 河滩 河岔 水流边线 植被边线 建筑物处地形 地貌 应适当加密测点 3 测绘方法 采用常规测量方法和仪器 3 二 桥址纵断面及辅助断面测量 桥址纵断面测量1 测量范围 除按规定外 补充以下内容 两岸应测宽度依高程而定 以满足在图上足够布置全部桥孔及导流堤的需要为原则 并能设计桥头填土 如桥址纵断面兼作水文断面 并用以进行流量计算 则应测至岸边高出最高水位或设计水位至少1 0m 如两岸或一岸为山地时 以在图上能确定桥址及台尾附属工程为原则 特大桥及大中桥两岸应埋设桥址控制桩作为桥址定测和复测的依据 必要时设立护桩或中线方向桩 2 测量方法及精度 测点距离 在山区不得大于5m 平坦地区不得大于20 40m 加桩高程施测误差不得大于 0 1m 与水准点闭合差的限差为 50mm3 绘制桥址纵断面图 测绘比例尺为1 200 1 500 特长桥可采用1 1000 辅助断面图1 山坡地段 可加测辅助断面图 间距一般为3 5m 2 对于小桥 上 下游可加测顺沟方向河床纵断面 上游连接心 下游连接原沟心或出路处 4 三 既有桥梁丈量 大中桥需进行技术改造或修建第二线桥与既有桥有关联时 则既有桥应进行丈量 挖探基础 其内容包括上 下部结构尺寸 墩台中心线与线路中心线的关系 各部位高程 结构病害和病害部位等 既有桥墩台需要加高在0 4m以内或运营情况良好 与增建第二线桥无影响时 其基础部分可不进行挖探 确定报废的既有桥 只丈量主要尺寸 绘制轮廓尺寸图 注明中心里程和主要部分高程 桩基 沉井及气压沉箱等深基础既有桥应尽量了解其确实类型 顶部尺寸及埋置深度 不进行挖深 小桥需丈量主要尺寸 改建和增建的二线桥 应挖探基础 以取得基础埋置深度及襟边尺寸等相关资料 需改建和加固的桥梁 如缺少隐蔽部分尺寸 应进行必要的开挖和丈量 5 第三节桥梁施工控制测量 一 概述桥梁平面控制网分两级布设 首级控制网主要控制桥的轴线 在首级网下加设插点或插网 构成第二级控制 用于放样 第二级控制网的精度应不低于首级网 二 桥轴线长度精度和桥梁墩台定位精度的确定1 根据桥梁跨越结构的架设误差确定桥轴线长度的精度 桥梁跨越结构的形式一般分为简支梁和连续梁 简支梁在一端桥墩上设固定支座 在另一端桥墩上设活动支座 连续梁只在一个桥墩上设活动支座 铁路钢桥制造规定 规定 钢衍梁节间长度制造容许误差为 2mm 两节间拼装孔距误差为 0 5mm 则每一节的拼装和制造误差为 l 22 0 52 2 12mm 长度误差包括拼装误差 L和支座安装容许误差 一般取 7mm 按规范 L n l2 1 2故每跨钢梁安装后的容许误差为 d L2 2 1 22 桥梁墩台中心的精度 在桥轴线方向的误差不应大于1 5 2 0cm 6 三 桥梁平面控制网的建立1 桥梁平面控制网的布设形式有三角网 边角网 精密导线网 GPS网等 2 桥梁平面控制网坐标系和投影面的选择常采用独立坐标系 其坐标轴采用平行或垂直桥轴线方向 坐标原点选在工地以外的西南角上 对于曲线桥梁 坐标轴可选为平行或垂直于一岸轴线点 控制点 的切线 桥梁控制网选择桥墩顶平面作为投影面 3 平面控制网的精度估算当要求控制网点误差影响仅占总误差的1 10时 对控制网的精度分析得出 m1 0 4M m1为控制点误差引起的点位误差 m2 0 9M m2为放样过程中所产生的点位误差 4 桥梁平面控制测量的外业工作外业测量工作包括实地选点 造标埋石及水平角测量和边长测量等工作 7 四 桥梁高程控制网的建立桥梁高程控制测量有两个作用 一是统一本桥高程基准面 二是在桥址附近设立基本高程控制点施工高程控制点 以满足放样和变形监测的需要 常用方法是水准测量和三角高程测量 为方便桥墩高程放样 在距水准点较远 大于1km 的情况下 应增设施工水准点 此类点可不设成附合水准路线 精度要求低于三等时 可用三角高程建立 当水准路线需要跨越较宽的河流时 需用跨河水准测量特殊的观测方法建立桥梁高程控制 要求在河较窄的地方 离水面2 3m 光学测微法的观测方法如下 观测本岸近标尺 观测对岸标尺 将仪器迁至对岸 并互换标尺 然后进行下半测回的观测 三 四等水准应测双测回 8 第四节桥墩台的施工放样 准确测设桥梁墩台的中心位置和它的纵横轴线 是桥梁施工阶段的主要工作之一 称为墩台定位和轴线测设 直线桥梁 可采用常规的放线 放点方法确定其位置 一 曲线桥梁测设资料计算桥墩的中心位于工作线转折角的顶点上 墩台中心定位 就是测设这些转折角的顶点位置 桥梁中心线的两端偏离线路中心线的一小段距离 称为偏距E E一般以梁长为弦线的中矢值的一半布置 称为平分中矢布置 使E等于中矢 叫切线布置 当梁在圆曲线上时 如为切线布置 则E为中矢值 即 E L2 8R 如为平分中矢布置 则E为中矢之半 即 E L2 16R 当梁在缓和曲线上时 如为切线布置 则 E ltL2 8Rl0 如为平分中矢布置 则 E ltL2 16Rl0式中 L为桥墩中心距 R为圆曲线半径 l0为缓和曲线全长 lt为ZH或HZ至计算点的距离 其中L由下式计算 L l 2a B 2式中 l为梁长 a为规定的桥梁缝之半 为桥梁偏角 即两孔梁中线的转向角 B为梁的宽度 9 10 当相邻两孔梁的跨距不等 或虽相等 但位于曲线上 则E值不等 会造成工作线不能交于桥墩中心 因此规定了当相邻梁跨小于16m时 按小跨度梁的要求确定E值 而大于20m时 则按大跨度梁的要求确定 关于桥台的布置 桥台的中心线与相邻梁跨的中线布置在一条直线上时 称为直线布置 此种布置使得台尾处的线路中心线偏离桥台中心线一段距离d 如d 10cm时 采用这种布置方法 若使台前的E与相邻梁跨的E相同 而使台尾的E为零 则成折线布置 当d 10cm时 就采用此种布置 如果台尾偏角出现负值 即台尾偏角改变方向 则台尾与台前采用相同的E值 11 12 二 曲线桥梁墩台中心坐标计算如图 T为桥墩中心 利用设计中给出的该墩的桩号J可求得其坐标xJ YJ和切线方位角 J的精确值 图中桥墩的纵轴线方位角 T为 T J 90 于是求得墩台中心T的坐标为 XT XJ Ecos TYT YJ Esin T在纵轴线上离墩台中心T的距离为E1处取一点t 则t的坐标为 Xt XT E1cos TYt YT E1sin TT的坐标用于测设桥墩台中心 而t的坐标用于确定墩台的纵轴线 13 三 墩台中心定位和轴线测设测设墩台的方法有直接丈量法 偏角法 导线法 极坐标法和前方交会法 在测设之前 应对使用的方法的测设精度进行估算 最常用的方法是极坐标法和交会法 1 极坐标法此法测距方便 迅速 在一个测站上可以测设所有与之通视的点 且距离的长短对工作量和工作方法没有改变 测设精度高 是种较好的方法 测设时 可选择任意一个控制点 最好是桥轴线上的 在计算相应的放样数据 为防止错误 可同时用两台全站仪放样 误差不大于2cm时取中点为墩台中心 同法测设其他墩台中心 对于直线桥梁 由于定向点为对岸轴线点 所以可直接量距定点 2 前方交会法应在三个方向上进行 按照对定位精度的估算 交会角应以接近90 为宜 示误三角形最大边长不大于3cm 轴线方向的边长不大于2cm 曲线桥 最大边长不大于2 5cm 则取其重心作为桥墩的中心位置 14 四 桥梁施工放样检测与竣工测量1 桥梁下部结构的施工放样检测桥梁的高程施工放样检测由水准点上用水准仪直接检测就可 桥梁的下部结构施工放样由桩基础 承台 立柱 墩帽等的放样组成 按照规范要求或图纸要求检查 简述如下 桩基础 单排桩要求轴线偏位 5cm 群桩要求轴线偏位 10cm 检查用全站仪放样桩中心的点 再用小钢尺量取偏位差值 承台 系梁 轴线偏位 15cm 检查时可先量取承台中心的位置 再用全站仪或经纬仪加测距仪检查 立柱 墩帽 轴线偏位 10cm 检查时可先量取立柱 墩帽的中心位置 再用全站仪或经纬仪加测距仪检查 2 桥梁上部结构的施工放样检查主要控制上部结构各部件的高程面 3 桥梁竣工测量对已完成的桥梁进行全面的检测 主要检测项目有轴线 高程 宽度等 15 第五节大型斜拉桥 悬索桥的索塔施工测量 一 概况斜拉桥由若干根斜拉索将梁拉在塔上 由斜索 塔柱和主梁所组成 悬索桥是桥面支承在悬索 俗称大缆 上的桥 悬索桥一般设有刚性梁 桥面铺在刚性梁上 刚性梁吊在悬索上 斜拉桥 悬索桥的斜索和悬索一般均支承在两个塔柱上 索塔是斜拉桥和悬索桥的主题构件之一 桥的跨径越大 其索塔越高 虎门大桥工程是由虎门大桥和其附属工程组成 路全长为15 762km 双向6个车道 含各种桥梁20座 其中虎门大桥长4606m 跨越在主航道上的主跨是888m的悬索桥 跨越辅航道270m的是预应力混凝土连续钢构桥及引桥 虎门大桥东 西索塔高分别为144 815m 147 815m 16 17 二 索塔施工对测量的要求1 平面定位技术要求 主要有 塔柱中心线偏位误差不超过塔高的1 3000 东西索塔的中心距符合设计距离 桥轴线长度的精度不低于1 40000 索塔的中心线与桥轴线平行及垂直 控制塔身以设计的倾斜度 收坡和断面提升 其偏位误差不超过塔高的1 30002 高程定位技术要求 主要有 控制上 中 下塔柱和各横系梁等各施工断面的标高 使其上升到一定的高度时符合设计的倾斜度 下横系梁顶面标高的误差不大于 1 0cm 中横系梁顶面标高的误差不大于 2 0cm 塔顶和上横系梁标高的误差不大于 3 0cm 18 三 索塔施工控制网1 首级控制网为控制东西塔四个塔柱的施工位置 保证塔柱间的横向间距和纵向跨径符合设计要求 需建立首级平面和高程控制网 作为施工的绝对基准 也可以作为变形监测的基准网 虎门大桥的首级施工控制网 平面网为二等边角网 高程网包括所有的平面控制网点 如图 19 2 局部控制网应用准直仪在塔底部承台面上建立直接控制索塔施工的局部控制网 以保证施工定位的速度和效率 确保定位的精度可靠 东塔施工的局部平年控制网建立在塔座上 而西塔则建立在沉台上 东塔施工的局部控制网如图 20 四 索塔施工测量1 观测平台 滑车的设计与安装为适应不同高度处的模板定位 需在塔内侧安装两个观测平台 并设置带有准直仪的滑车 来回滑动 以确保定位模板 2 天顶准直仪铅垂线控制法载有准直仪的滑车在两个观测平台上移动 移动的距离等于塔柱上升一定高度Hn后塔柱中心的横向偏移值 Sn 在一定高度处施工模板的内侧模固定距离间安装光靶 利用准直仪上的铅垂光线投影在光靶上的视点或光斑 控制模板在顺桥向和横桥向两个垂直方向上的移动 使模板定位在设计位置 3 全站仪极坐标控制法利用全站仪测量待定位的塔柱断面角点的坐标 与其设计值相比较 符合限差 则认为在设计位置上 否则利用坐标差对模板进行调整并重新测定 4 索塔的标高定位悬挂检核过的50m的钢尺 用水准测量的方法分段往上传递高程 21 第六节大型斜拉桥索道管精密定位测量 一 概述斜拉桥主要由索塔 斜拉索和主梁组成 如图 由于塔上斜拉索索道管其位置高 受施工影响大 定位难度大 因此 其精密定位测量方法 是大型斜拉桥施工测量的主要内容之一 22 二 索道管的定位精度为进行索道管的精密定位测量 必须建立塔上索道管测量定位的局部坐标系 如图 坐标原点为索塔的塔墩中心 X轴为桥轴线方向 Y轴为横桥轴方向 大型斜拉桥索道管测量定位的精度要求为 5mm 即相对于局部坐标系原点而言 索道管上 下口中心的施工定位与设计位置在X Y Z三个方向的误差都不得大于 5mm 23 三 索道管的设计参数这些参数分别为 1 索塔锚固区钢垫板中心点A的空间坐标XA YA ZA 2 索道管的纵向倾角 i 3 索道管水平投影的横向偏角 i和锚固区索道管中心点A的横向