工程测量学第十章

工程测量学第十章第一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六主要内容桥梁结构基本知识桥址选线测量桥梁施工控制测量桥墩台基础的施工放样大型斜拉桥、悬索桥高塔柱施工测量大型斜拉桥索道精密定位测量重点桥梁勘测、施工及运营阶段的测量工作大型桥梁高塔施工测量第二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.1

桥梁结构基本知识第三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.1

桥梁结构基本知识1）桥梁基本术语荷载：桥梁所承受的重力（竖直的）或外力（竖直的或水平的）承重结构：起承受重力作用的部分上部结构：桥面与承重结构的统称，也称作跨越结构或桥跨结构桥墩：支撑承重结构的支承物，岸边的支承物兼挡墙称作桥台。下部结构：桥墩与桥台的统称，也称作支承结构。桥轴线：桥渡的中心线，桥轴线两岸控制桩的距离称为桥轴线长度第四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.1

桥梁结构基本知识第五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——梁第六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——拱第七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——拱第八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——拱第九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——斜拉索（塔）第十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六承重结构——悬索第十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.1

桥梁结构基本知识第十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.2

桥址选线测量•测绘范围一般应满足设计桥梁孔径、桥头路堤和导流建筑物和施工场地的需要，个别情况下应满足水工模型试验之用。•测绘内容测绘地形、地物、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。10.2.1桥址平面地形测绘第十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.2

桥址选线测量•测量方法陆上地形测量水下地形（直接法、简易断面索法、迂回测深法、三船并进法、悬空断面索，绞索拉船）•绘制桥址平面地形图桥址平面地形图一般为比例尺1∶500～1∶5000第十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.2

桥址选线测量10.2.2桥址纵断面及辅助断面测量

桥址纵断面

辅助断面第十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥址纵断面测量1．测绘范围两岸应测宽度根据路肩高程而定，以满足在图上足够布置全部桥孔及导流堤的需要为原则，包括导流堤在桥址中线上的投影长度，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，泛滥很宽的河流应视具体情况而定，但必须满足流量计算的要求。如两岸或一岸为山地时（包括高架桥），以在图上能正确决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施工复测的依据，其位置不受洪水淹没，必要时应设立护桩或中线方向桩。第二十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥址纵断面测量2．测量方法及精度尽量在线路中线测量，按要求一次完成。如线路中线加桩不足，可根据中线桩在地形变化处加密。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（L以km计）。3．绘制桥址纵断面图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。第二十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六辅助断面测量第二十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.2.3既有桥梁丈量第二十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.2.3既有桥梁丈量第二十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六10.3

桥梁施工测量

10.3.1概述

10.3.2桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定10.3.3桥梁平面控制网的建立10.3.4桥梁高程控制网的建立第二十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁控制测量的目的•在勘测阶段，主要为测量桥址平面图，并根据水文、地质资料，选定符合计划任务书的桥址进行定测；•在施工阶段，主要是为保证桥轴线长度放样和桥梁墩台定位的精度要求。概述第二十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁控制网的布设特点•桥梁平面控制网通常分两级布设•首级控制网主要控制桥的轴线•为了满足施工中放样每个桥墩的需要，在首级网下需要加设一定数量的插点或插网，构第二级控制•由于放样桥墩的精度要求较高，故第二级控制网的精度应不低于首级网概述第二十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定在选定的桥梁中线上，于桥头两端埋设两个控制点，两控制点间的连线称为桥轴线。第二十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定在现行的《铁路测量技术规则》中，根据梁的结构形式、施工过程中可能产生的误差，推导出了如下的估算公式：第二十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第三十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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］第三十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定第三十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立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。第三十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六双三角形大地四边形控制网常见形式－（1）（2）第三十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六双大地四边形加强型大地四边形常见形式－（3）（4）第三十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六大地四边形加三角形常见形式－（5）第三十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立第三十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立3平面控制网精度估算第三十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立3平面控制网精度估算控制点误差对放样点位不发生显著影响原则设控制点误差影响仅使总误差增加1/10M：放样后点位的总误差m1：控制点误差引起的点位误差m2：放样过程产生的点位误差经过推导可知：满足原则第三十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立3平面控制网精度估算第四十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁平面控制网的建立4桥梁平面控制测量的外业工作第四十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁高程控制网的建立第四十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁高程控制网的建立第四十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。桥梁高程控制网的建立第四十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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：第四十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第四十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六过河水准测量第四十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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

。第四十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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。第四十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六光电测距三角高程

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。第五十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第五十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六准确地测设桥梁墩台的中心位置和它的纵横轴线，是桥梁施工阶段最主要的工作之一，这个工作称为墩台定位和轴线测设。10.4

桥墩台基础的施工放样第五十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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-DKA

yi=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10.4.1桥梁定位资料计算第五十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六yx第五十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六曲线桥梁测设资料的计算

在曲线桥梁设计中，梁中心线的两端并不位于线路的中心线上，因为那样将使梁的中部线路中心偏向梁的外侧，致使车辆通过时，梁的两侧受力不均匀，因而必须将梁的中线向外侧移动一段距离E，这段距离称为偏距。10.4.1桥梁定位资料计算第五十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第五十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第五十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第五十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第五十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第六十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第六十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第六十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六曲线桥梁墩台中心坐标的计算第六十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥梁施工测量中，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。10.4.2墩台定位及横轴线测设第六十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六墩台中心定位和轴线测设第六十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。10.4.2墩台定位及横轴线测设第六十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六“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。第六十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六直接量距”的作业方法（图）第六十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六方向交会法☆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。10.4.2墩台定位及横轴线测设第六十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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αi、βi；☆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αi、βi，；☆得到两条视线的交点，从而确定墩台中心的位置。第七十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六αi

βi异侧交会同侧交会两交会方向线之间的夹角γ称为交会角墩台中心交会的精度与交会角γ的大小有关第七十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六交会角的要求：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。第七十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第七十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六置镜点控制点边长坐标方位角°′″墩台号边长坐标方位角°′″D10#161.41921450425.8D2141.7931403940.41#141.83651392024.9D3199.9008834349.12#101.90711145528.3D4151.09691421732.53#94.7837770957.94#126.0050471028.85#143.9781395554.1第七十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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αDA根据测设数据表,转动照准部至度盘读数为αDi

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。第七十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第七十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第七十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第七十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第七十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六极坐标法☆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。10.4.2墩台定位及横轴线测设第八十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六【属于6-3】第八十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。10.4.2墩台定位及横轴线测设第八十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六A第八十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六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。第八十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六墩台中心的设计里及其坐标桩号及墩台号里程间距x0#台DK638+798.92-12.807012.807D4+811.727011.9431#墩+823.6711.943064.652#墩+888.3276.593064.003#墩+952.32140.593064.004#墩DK639+016.92205.193021.9366D2038.8566227.12962.81345#台+041.67229.9430第八十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六1．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ΔD=10mm，则第八十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第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。64m64m64m1#2#3#4#已知n=12，节间拼装误差Δl=2mm，支座安装误差δ=7mm，设该段中误差为ml2-4，则第八十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桥轴线长度中误差mL为:已知桥长L=242.75m，则桥轴线长度的相对中误差为第八十八页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六2.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。第八十九页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第九十页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六基线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1/1890001/21700，测角中误差mβ=±1.49″<±1.8″。3.三角网观测与平差计算第九十一页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六以桥轴线控制点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。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!!第九十二页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六桩号及墩台号xyD1119.5391-92.4158D2227.12960D3141.3700106.2893D4000#-12.807001#11.943002#76.593003#140.593004#205.193005#229.94300第九十三页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六置镜点控制点边长坐标方位角°′″墩台号边长坐标方位角°′″D10#161.41921450425.8D2141.7931403940.41#141.83651392024.9D3199.9008834349.12#101.90711145528.3D4151.09691421732.53#94.7837770957.94#126.0050471028.85#143.9781395554.15.交会数据表编算第九十四页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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10.5基础施工测量10.5.1明挖基础第九十五页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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。10.5基础施工测量10.5.1明挖基础第九十六页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六第九十七页，共一百二十一页，编辑于2023年，星期六☆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