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桥梁施工测量 主要内容一 中线恢复及桥轴线长度测定二 桥轴线长度精度估算三 桥梁施工平面控制测量四 桥梁施工高程控制测量五 桥梁定位资料计算六 墩台定位及横轴线测设七 施工控制测量综合示例八 基础施工测量九 桥梁架设施工测量十 桥梁竣工测量 根据设计文件 按照规定的精度 将图纸上设计的桥梁墩台位置标定于地面 据此指导施工 确保建成的桥梁在平面位置 高程位置和外形尺寸等方面均符合设计要求 桥梁施工测量的基本任务 一 中线复测及桥轴线长度测定 定测或线路复测的精度较低 一般不能满足桥梁施工测量的精度要求 因此桥梁施工前 需对桥址线路中线以较高的精度进行复测 复测的主要方法是 导线法 1 1 直线桥的中线复测 观测 桥址位置上所有转点间的水平距离Di和相邻边间的水平角 i 计算 以两端转点 ZD7 3 ZD7 8 的连线为x轴建立施工坐标系 计算各转点的坐标 1 2 曲线桥的中线复测 当桥梁位于曲线上时 应对整个曲线进行复测 检查切线方向控制桩是否在同一条直线上 如果不在同一条直线上 则应给予改正 重新精确测定线路的转向角 重新计算曲线综合要素 重新标定曲线的起点和终点 1 2 1切线控制桩的复测 检查切线上的控制桩是否在同一条直线上 方法 穿线法 导线法 1 2 2 转向角复测 依据 已确认的切线控制桩 方法 直接测量 测回法间接测量 导线法如果已确认的切线控制桩中含有交点桩 则采用直接测量法 否则 采用间接测量法 即导线测量法或副交点法 1 3 桥轴线长度测定 桥轴线控制桩 两岸桥头中线上埋设的控制桩 作用 保证墩台间的相对位置正确 并使之与相邻线路在平面位置上正确衔接 2 桥轴线长度 两岸桥轴线控制桩间的水平距离 3 桥轴线长度的测量方法直接测定法 光电测距间接测定法 三角网推算 二 桥轴线长度精度估算 桥梁施工控制测量 对于水中不能直接测设的桥梁或水面较宽且有高墩 大跨 深水基础或基础施工难度较大 梁部结构类型复杂的特大桥和大桥 需要建立施工平面控制网 为了合理地拟定桥梁施工平面控制测量的布网方案和观测方案 保证墩台中心的定位精度 必须预先估算桥轴线长度测定的必要精度 2 1 钢筋混凝土简支梁 设墩台中心点位放样的极限误差为 D 通常取 D 10mm 中误差为 D 2 则相邻二墩台中心的跨距中误差为 设全桥共有N跨 则桥轴线长度的中误差为 2 2 钢板梁及短跨 l 64m 简支钢桁梁 考虑梁长制造误差和固定支座安装误差 的共同影响 单跨钢板梁和单跨简支钢桁梁的长度中误差为 当桥梁为N跨时 则桥轴线长度L的中误差为 2 3 连续及长跨 l 64m 简支钢桁梁 由n个节间构成的单联或单跨梁 设节间拼装的极限误差为 l 通常取 l 2mm 则由于梁体拼装误差和固定支座安装误差 的共同影响 每一联 跨 长度的中误差为 当桥梁为N跨时 则桥轴线长度L的中误差为 某三联三跨连续梁桥 每跨支座间距离为128m 由长16m的8个节间组成 每联24个节间 固定支座安装极限误差为 7mm 试计算全桥桥轴线中误差 解 单联中误差为 全桥桥轴线中误差为 例1 三 桥梁施工平面控制测量 3 1 桥梁施工平面控制网的网形布设 建立平面控制网的目的 测定桥轴线长度和据以进行墩 台位置的放样 同时 也可用于施工过程中的变形监测 对于跨越无水河道的直线小桥 桥轴线长度可以直接测定 墩 台位置也可直接利用桥轴线的两个控制点测设 无需建立平面控制网 但跨越有水河道的大型桥梁 墩 台无法直接定位 则必须建立平面控制网 属于3 1 网形选择 在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下 力求图形简单并具有足够的强度 以减少外业观测工作和内业计算工作 根据桥梁的大小 精度要求和地形条件 桥梁施工平面控制网的网形布设有以下几种形式 双三角形大地四边形 属于3 1 常见形式 1 2 双大地四边形加强型大地四边形 属于3 1 常见形式 3 4 大地四边形加三角形 属于3 1 常见形式 5 3 2 平面控制网布设的要点 选择控制点时 应尽可能使桥的轴线作为三角网的一个边 以利于提高桥轴线的精度 如不可能 也应将桥轴线的两个端点纳入网内 以间接求算桥轴线长度 如 5 对于控制点的要求 除了图形刚强外 还要求地质条件稳定 视野开阔 便于交会墩位 其交会角不致太大或太小 在控制点上要埋设标石及刻有 十 字的金属中心标志 如果兼作高程控制点使用 则中心标志宜做成顶部为半球状 控制网可采用测角网 测边网或边角网 采用测角网时宜测定两条基线 如图双线所示 过去测量基线是采用因瓦线尺或经过检定的钢卷尺 现在已被光电测距仪取代 测边网是测量所有的边长而不测角度 边角网则是边长和角度都测 一般来说 在边 角精度互相匹配的条件下 边角网的精度较高 3 2 平面控制网布设的要点 续 由于桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的 为保证桥轴线有可靠的精度 基线精度要高于桥轴线精度2 3倍 如果采用测边网或边角网 由于边长是直接测定的 所以不受或少受测角误差的影响 测边的精度与桥轴线要求的精度相当即可 由于桥梁三角网一般都是独立的 没有坐标及方向的约束条件 所以平差时都按自由网处理 它所采用的坐标系 一般是以桥轴线作为X轴 而桥轴线始端控制点的里程作为该点的X值 这样 桥梁墩台的设计里程即为该点的X坐标值 可以便于以后施工放样的数据计算 在施工时如因机具 材料等遮挡视线 无法利用主网的点进行施工放样时 可以根据主网两个以上的点将控制点加密 加密点称为插点 插点的观测方法与主网相同 但在平差计算时 主网上点的坐标不得变更 3 3 桥梁施工平面控制测量的角度观测 三角网的等级和精度要求 符合有关规定 水平角观测要求 开测前应对测角仪器进行检验和校正 各测回的零方向读数应均匀分布在度盘和测微器的不同位置上 3 4 桥梁施工平面控制网的距离观测 方法 铟钢基线尺 光电测距 用光电测距仪或全站仪测量平面控制网边长时 外界环境条件应符合下列要求 注意减弱大气折光和旁折光的影响 测线及两端的延线上 不得有任何其它发光物体或反光的物体 以免引起反射信号混乱 测站应设在电磁场影响的范围以外 光电测距边的测回数及往返测次数 应符合规定 光电测距限差 应符合规定 属于3 4 距离观测的限差与数据处理 光电测距边 必须加入气象 加乘常数 周期误差改正 然后化算为水平距离 水平距离应归算至墩顶 或轨底 平均高程面上 设仪器与棱镜横轴的平均高程为H1 墩顶 或轨底 的平均高程为H2 地球平均曲率半径为R 则归算长度DH为 属于3 4 测距精度评定 设某条边长进行了n次对向观测 第i次对向观测的差值为di 则一次观测的中误差为 对向观测平均值的中误差为 3 5 桥梁施工平面控制测量内业计算 施工平面控制网通常采用独立的坐标系 直线桥以桥轴线两控制桩中里程较小的一个为坐标原点 以桥轴线按里程增加方向为x轴正向建立测量坐标系 曲线桥一般以曲线起点ZH或始切线上的转点为坐标原点 以始切线指向JD方向为x轴正向建立测量坐标系 也可以桥轴线控制点为坐标系原点 以该点处曲线的切线方向为x轴 以线路前进方向为x轴正向建立测量坐标系 图 平差计算完成后 应对网中所有的几何条件 或附合条件 进行检算 并计算单位权中误差 桥轴线及最弱边边长中误差 对于边角网或测边网 不应大于10mm 对于以基线为基础的测角网 不应大于原估算的桥轴线及最弱边边长相对中误差 属于3 5 平差要求 四 桥梁施工高程控制测量 各水准点应沿桥轴线两侧以400m左右的间距均匀布设 并构成连续水准环 水准点应与相邻的线路水准点联测 以保证桥梁与相邻线路在高程位置上的正确衔接 水准测量的等级 精度 限差应符合相应的规定 为了便于施工放样 可根据实际需要在施工地点附近设立若干个施工水准点 水准点应埋设标石 施工水准点的高程必须定期检测 水准测量的等级和精度应满足相关要求 每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算 属于四 高程控制测量的方法 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 此时 可以采用过河水准测量的方法或光电测距三角高程测量方法 过河水准测量 过河水准测量 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 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 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a1 然后测对岸B点尺上读数2 4次 取其平均值得b1 高差为h1 a1 b1 同时 在D站先测本岸B点尺上读数 得b2 然后测对岸A点尺上读数2 4次 取其平均值得a2 高差为h2 a2 b2 取h1和h2的平均值 即完成一个测回 一般进行4个测回 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 如图 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 光电测距三角高程 如果有电子全站仪 则可以用光电测距三角高程测量的方法 在河的两岸布置A B两个临时水准点 在A点安置全站仪 量取仪器高 在B点安置棱镜 量取棱镜高 全站仪照准棱镜中心 测得垂直角和斜距S 计算A B点间的高差 由于距离较长且穿过水面 高差测定会受到地球曲率和大气垂直折光的影响 但是大气结构在短时间内不会突变 因此可以采用对向观测的方法 能有效地抵消地球曲率和大气垂直折光的影响 对向观测的方法是在A点观测完毕将全站仪与棱镜位置对调 用同样的方法再进行一次测量 取对向观测高差的平均值作为A B两点间的高差 五 桥梁定位资料计算 直线桥墩台中心坐标计算 直线桥的墩台中心位于桥轴线上 且桥轴线和线路中线完全重合 xi DKi DKAyi 0 设桥轴线控制点A为施工坐标系的原点 其里程为DKA x轴与桥轴线重合 且指向里程增加方向 第i号墩的里程为DKi 则该墩中心的坐标xi yi为 六 墩台定位及横轴线测设 桥梁施工测量中 主要的工作是准确地测设出桥梁墩 台的中心位置 即所谓的墩 台中心定位 简称墩台定位 墩台定位必须满足一定的精度要求 特别是对预制梁桥更是如此 6 1 直线桥的墩台定位 直接量距法光电测距或直接丈量 直接量距一般只用于中小桥 其中 直接丈量 法只用于小桥 属于6 1 直接量距 的作业方法 图 属于6 1 直接量距 的作业方法 如图所示 先根据桥位桩号在线路工程中线上测设出轿台和桥墩的中心桩位A B C点 并在河道两岸测设桥位控制桩k1 k2 k3 k4点 然后分别在A B C点上安置经纬仪 在与桥的中轴线垂直的方向上测设桥台和桥墩控制桩位a1 a2 a3 c1 c2 c3 c4点 每侧要有两个控制桩 测设时量距要用经过检定的钢尺 并加尺长 温度和高差改正 或可用光电测距仪测距 测距精度应高于1 5000 以保证桥的上部结构安装能正确就位 6 2 方向交会法 如果桥墩位置无法直接丈量 也不便于架设反光镜时 可采用方向交会法测设墩位 方向交会法既可用于直线桥的墩台定位测量 也可用于曲线桥的墩台定位测量 用交会法测设墩位 需要在河的两岸布设平面控制网 如导线 三角网 边角网 测边网等 6 2 1方向交会法的基本原理 根据控制点坐标和墩台坐标 反算交会放样元素 i i 在相应控制点上安置仪器并后视另一已知控制点 分别测设水平角 i i 得到两条视线的交点 从而确定墩台中心的位置 i i 异侧交会同侧交会 两交会方向线之间的夹角 称为交会角 墩台中心交会的精度与交会角 的大小有关 6 2 2 交会角的要求 当置镜点位于桥轴线两侧时 交会角应在90 150 之间 当置镜点位于桥轴线一侧时 交会角应在60 110 之间 在桥梁控制网网形设计和布网时 应充分考虑每个墩台中心交会时交会角的大小 必要时 可根据情况增设插如点或精密导线点作为次级控制点 6 2 3 测设数据计算 为了便于作业 应根据控制点的坐标和墩台中心的坐标 计算测设数据并将其编制成表 墩台定位测设数据主要包括 置镜点 墩台或控制点编号 坐标方位角 边长等 其格式如下表 6 2 4 现场测设方法 在控制点D安置仪器 后视控制点A 将度盘安置为 DA 根据测设数据表 转动照准部至度盘读数为 Di得到D i方向 同样方法得到C i方向 两条视线的交点处打桩 钉设出i号墩台中心位置 在桥轴线上检查各墩台位置 6 2 5 示误三角形 通常将三台经纬仪分别安置于三个控制点上 用三条方向线同时交会 理论上三条方向线应交于一点 而实际上由于控制点误差和交会测设误差的共同的影响 三条方向线一般不会交于一点 而是形成一个小三角形 该三角形的大小反映交会的精度 故称其为示误三角形 6 2 6 交会限差及墩台中心的确定 示误三角形的最大边长或两交会方向与桥中线交点间的长度 在墩台下部 承台 墩身 不应大于25mm 在墩台上部 托盘 顶帽 垫石 不应大于15mm 若交会的一个方向为桥轴线 则以其它两个方向线的交会点P1投影在桥轴线上的P点作为墩台中心 交会方向中不含桥轴线方向时 示误三角形的边长不应大于30mm 并以示误三角形的重心作为桥墩台中心 属于6 2 6 6 2 7施工中多次重复交会的简便方法 在桥墩施工中 随着桥墩的逐渐筑高 桥墩中心的放样工作需要重复进行 而且要迅速和准确 在第一次求得正确的桥墩中心位置Pi以后 将CPi和DPi 方向线延长到对岸 设立固定的照准标志C D 以后每次作方向交会法放样时 从C D点直接照准C D 点 即可恢复对Pi点的交会方向 6 3 极坐标法 在使用全站仪并在被测设的点位上可以安置棱镜的条件下 用极坐标法放样桥墩中心位置 更为精确和方便 对于极坐标法 原则上可以将仪器安置于任意控制点上 按计算的放样数据 角度和距离测设点位 但是 若是测设桥墩中心位置 最好是将仪器安置于桥轴线点A或B上 照准另一轴线点作为定向 然后指挥棱镜安置在该方向上 测设APi或BPi的距离 即可测定桥墩中心位置Pi点 属于6 3 6 4 墩台横轴线测设 墩台横轴线是确定墩 台方向的依据 也是墩 台施工中细部放样的依据 直线桥各个墩台的纵轴线与桥轴线重合 可根据桥轴线控制桩测设 直线桥的横轴线不一定与纵轴线垂直 两者夹角根据设计文件确定 可将经纬仪安置于墩台中心 后视桥轴线控制桩定向 测设规定的角度得到墩台横轴线方向 A 属于6 4 七 施工控制测量综合示例 某铁路直线桥设计的结构形式为 1 24m预应力钢筋混凝土梁 3 64m箱形连续钢梁 1 24m预应力钢筋混凝土梁 各墩台中心的设计里程如下表 试完成 1 桥轴线长度精度估算2 平面控制测量的实施3 墩台中心定位资料的计算 墩台中心的设计里及其坐标 7 1 桥轴线长度精度估算第1孔和第5孔为预应力钢筋混凝土简支梁 设其跨长中误差分别为ml1和ml5 已知点位放样极限误差 D 10mm 则 解 第2 4孔为箱形连续钢梁 为预制的16m梁段运到现场后拼接 并以高强螺栓固定连接 已知n 12 节间拼装误差 l 2mm 支座安装误差 7mm 设该段中误差为ml2 4 则 桥轴线长度中误差mL为 已知桥长L 242 75m 则桥轴线长度的相对中误差为 7 2 平面控制网技术设计 根据桥轴线长度的估算精度 该桥施工平面控制网按五等三角网施测即可 但是 由于桥轴线长度小于桥长 故控制网提高一个等级施测 箱形连续钢梁当时属新型结构 在墩台施工 梁体架设和运营管理阶段均要进行变形观测 故控制网再提高一个等级施测 所以 技术设计书确定 该桥施工平面控制网按三等三角网施测 基线D1 D3的边长采用光电测距方法实测 数据处理后 相对中误差1 260000 三角网的角度采用方向观测法 按条件观测平差 平差后桥轴线长度相对中误差1 189000 1 21700 测角中误差m 1 49 1 8 7 3 三角网观测与平差计算 以桥轴线控制点D4为坐标原点 以桥轴线按里程增加方向为x轴正向 计算各控制点和墩台中心在该坐标系中的坐标 7 4 控制点坐标和墩台坐标计算 注 如果D4的x坐标值等于其里程 则坐标计算更加简单 且不容易错 7 5 交会数据表编算 八 基础施工测量 8 1 明挖基础 在墩 台位置处挖出一个基坑 将坑底平整后 再灌注基础及墩身 根据已经设出的墩中心位置 纵 横轴线及基坑的长度和宽度 测设出基坑的边界线 在开挖基坑时 如坑壁需要有一定的坡度 则应根据基坑深度及坑壁坡度设出开挖边界线 边坡桩至墩 台轴线的距离D 图 依下式计算 式中 b 坑底的长度或宽度 h 坑底与地面的高差 m 坑壁坡度系数的分母 属于八 根据桥台和桥墩的中心线定出基坑开挖界线 基坑上口尺寸应根据坑深 坡度 地质情况和施工方法而定 基坑挖到一定深度后 根据水准点高程在坑壁测设距基坑底设计面有一定高差 如1m 的水平桩 作为控制挖深及基础施工中控制高程的依据 基础完工后 应根据上述的桥位控制桩和墩 台控制桩用经纬仪在基础面上测设出墩 台中心及其相互垂直的纵 横轴线 根据纵 横轴线即可放样桥台 桥墩砌筑的外轮廓线 并弹出墨线 作为砌筑桥台 桥墩的依据 属于八 8 2 桩基础 桩基础 在基础的下部打入基桩 在桩群的上部灌注承台 使桩和承台连成一体 再在承台以上修筑墩身 基桩位置的放样 它是以墩 台纵 横轴线为坐标轴 按设计位置用直角坐标法测设 在基桩施工完成以后 承台修筑以前 应再次测定其位置 以作竣工资料 属于八 明挖基础的基础部分 桩基的承台以及墩身的施工放样 都是先根据护桩测设出墩 台的纵 横轴线 再根据轴线设立模板 即在模板上标出中线位置 使模板中线与桥墩的纵 横轴线对齐 即为其应有的位置 墩 台施工中的高程放样 通常都在墩台附近设立一个施工水准点 根据这个水准点以水准测量方法测设各部分的设计高程 但在基础底部及墩 台的上部 由于高差过大 难于用水准尺直接传递高程时 可用悬挂钢尺的办法传递高程 九 桥梁架设施工测量 架梁是建造桥梁的最后一道工序 无论是钢梁还是混凝土梁 都是预先按设计尺寸做好 再运到工地架设 梁的两端是用位于墩顶的支座支撑 支座放在底板上 而底板则用螺栓固定在墩 台的支承垫石上 架梁的测量工作 主要是测设支座底板的位置 测设时也是先设计出它的纵 横中心线的位置 支座底板的纵 横中心线与墩 台纵横轴线的位置关系是在设计图上给出的 因而在墩 台顶部的纵横轴线设出以后 即可根据它们的相互关系 用钢尺将支座底板的纵 横中心线设放出来 九 桥梁架设施工测量 续1 墩台施工时 对其中心点位 中线方