淺談高速公路橋梁施工測量常見問題及解決方法

1、特大公路橋梁施工測量方法的探討及橋梁施工測量中常見問題及解決方法摘 要：闡述了特大公路橋梁施工控制測量的原則、方法及技術(shù)要求，提出了利用方位交會確定橋梁的構(gòu)件平面位置的方法以及利用雙經(jīng)緯儀確定橋梁構(gòu)件標高位置的方法、實現(xiàn)特大橋梁施工三維放樣的同步化。為了對橋梁施工測量理解分析更透徹，同時探討施工測量恢復(fù)定線放樣過程的方法存在的一些問題、及解決方法的簡要介紹。本論文分兩部分分析：第一部分為對特大公路橋梁施工測量方法進行分析，利用方位交會確定橋梁的構(gòu)件平面位置的方法以及利用雙經(jīng)緯儀確定橋梁構(gòu)件標高位置的方法、實現(xiàn)特大橋梁施工三維放樣的同步化；第二部分為對橋梁施工測量理解分析更透徹，探討施工測量恢復(fù)

2、定線放樣過程的方法存在的一些問題、及解決方法的簡要介紹實際設(shè)計過程中遇到的問題加以討論。關(guān)鍵詞： 特大公路橋梁 施工測量 控制測量 三維放樣方位交會 雙經(jīng)緯儀 高速公路 橋梁結(jié)構(gòu) 工程測量 第一部分 公路橋梁施工測量方法的探討傳統(tǒng)的公路橋梁施工測量方法存著工藝技術(shù)過程繁瑣、施工作業(yè)干擾過多、平面定位與標高定位不同步、放樣效果不甚理想等諸多問題。筆者在六座各類特大公路橋梁施工作業(yè)的實踐中摸索出了一套簡捷、高效、高精度的橋梁施工測量方法，該方法較好地實現(xiàn)了橋梁施工三維定位的同步化，在實際應(yīng)用中取得了良好的工作效果。1 特大橋梁施工控制測量特大橋梁施工控制分為平面控制及高程控制兩部分。平面控制一般應(yīng)

3、按二等網(wǎng)精度進行施測，也可根據(jù)橋長、橋跨大小及跨越結(jié)構(gòu)形式確定平面控制精度，實踐證明特大橋施工平面控制精度不宜低于三等。平面控制采用的測距儀應(yīng)根據(jù)測邊(或基線)精度要求選定，特大橋施工測距儀測距精度不宜低于3 mm+2×10 D。為了堿小平面控制網(wǎng)的投影變形 ，特大橋施工平面控制宜采用獨立邊角網(wǎng)或高精度單一基線基礎(chǔ)上的獨立測角網(wǎng)，三角網(wǎng)邊長宜控制在橋長的03515之間。平面控制網(wǎng)平差應(yīng)采用自由網(wǎng)平差方案，平面控制的投影面應(yīng)選擇在橋墩頂平面上，平面控制網(wǎng)的精度應(yīng)能滿足施工放樣及變形觀測的要求，平面控制點應(yīng)建立強制歸心標志。高程控制應(yīng)采用二等水準測量，要求江河兩岸各至少埋設(shè)三個永久性水準

4、點，在可能的情況下應(yīng)合環(huán)線或附合路線)，采用跨河水準測量時應(yīng)制定周密的跨河方案以確保水準測量的精度。圖1為西溪公路大橋控制網(wǎng)示意圖，圖中 A、B、C、D、E、F、G、JU，W為三維控制點。三維控制點的構(gòu)造形式見圖2。圖2中，1為帶有中心孔的測繪儀器強制歸心平臺(可連接經(jīng)緯儀、水準儀、測距儀)，2為歸心平臺三根支承桿，3為圓形橫截面的鋼筋混凝土墩臺，4為地面，5為水準點標志。強制歸心平臺與儀器的連接過程見圖3(圖3中，1、2、3含義同圖2，7為測繪儀器照準部，6為測繪儀器基座，8為強制歸心桿，9為鎖緊螺母，1O為垂球)，將強制歸心螺桿旋人儀器基座擰緊后，再插人強制歸心平臺中心孔中，待測繪儀器底座

5、與歸心平臺貼緊后，將鎖緊螺母旋緊，儀器的安裝即完成。垂球10的作用是指示控制點的鉛垂線位置。歸心平臺的設(shè)計與加工保證了儀器的強制歸心對中誤差小于003 mm。歸心平臺、支承桿、強制歸心桿及鎖緊螺母均采用不銹鋼制作。西溪公路大橋全長1048 m，控制點間最短邊長為380m，最長邊為1 400m。水平角采用 Wild T3經(jīng)緯儀觀測12測回，測角中誤差為±06 ，三角形最大閉合差為12”。邊長采用Leica DI 1600測距儀(測程35 km，精度3 mm十2×10 D)往返測量，測4測回，測距相對中誤差小于1310 000。高程控制利用北京測繪儀器廠的DS精密水準儀施測達到

6、二等水準測量精度的要求。平面控制測量外業(yè)工作結(jié)束后，采用秩虧自由網(wǎng)平差，平差后最弱邊精度為1460 000。圖1 西溪公路大橋控制網(wǎng)圖2 控制點標志圖3 經(jīng)緯儀（測距儀）的強制歸心聯(lián)接2 特大橋梁施工放樣橋梁施工放樣采用兩臺Wild T3。經(jīng)緯儀，對橋梁構(gòu)件平面位置與標高位置進行同步定位，竣工檢測證明定位三維誤差小于1 cm。下面就此方法作詳細說明。2 1 平面放樣數(shù)據(jù)計算確定橋梁構(gòu)件的平面位置采用前方交會，前方交會有兩種形式，見圖4、5。圖中Q、Z、L、T為控制點，P為橋梁構(gòu)件的平面位置。圖4 內(nèi)前方交會放樣點的平面位置圖5 外前方交會放樣點的平面位置計算時先根據(jù)設(shè)計圖確定P點在施工控制網(wǎng)中

7、的平面坐標， ，由P 點坐標，及Q、Z、T、，已知點坐標反算坐標方位角用于放樣。 如圖4中應(yīng)計算出Q、Q、QP、P 的坐標方位角；圖5中則計算出QT、ZI、QP、ZP 的坐標方位角, 。計算采用下列公式式中：為i 點至j 點的坐標方位角；、確定橋粱構(gòu)件的標高位置的原理是三角高程測量，標高放樣數(shù)據(jù)是Q、Z控制點上經(jīng)緯儀對放樣P 的豎直角、r，見圖6。圖6 雙經(jīng)緯儀放樣點的標高位置圖6中，Q、Z控制點高程為HQ、HZ、P點設(shè)計高程Hp，Q、Z點上經(jīng)緯儀儀器高為、Q、Z控制點到P點的水平距離為、根據(jù)三角高程測量原理，有 （2） （3）由式（2）（3）可計算出放樣數(shù)據(jù)、。 （4） （5）式中； ，R=

8、6371km。當(dāng)算出、為正值時是仰角，反之是俯角。水平距離、可根據(jù)Q、Z、P三點坐標（xQ,yQ、(xz,yz)、(xp,yp)用下列公式計算，即 （6） （7）儀器高、通過水準儀觀測法確定。；將水誰標尺在圖2中的5上在距水準標尺2m 遠的地方安置水準儀，在水準標尺水準儀視線位置的某分米刻劃上用透明膠帶貼上毫米格坐標紙，這樣水準儀對該標足的最小讀數(shù)可達0.1mm。再將經(jīng)緯儀橫軸一端朝向水準儀，將一帶毫米刻劃的透明直足的零刻劃端對準經(jīng)緯儀的攢軸，并將直足鉛垂豎立，此時水準儀對該直足的最小讀數(shù)也可達0.1mm。水準儀對標尺與直足的讀數(shù)之差即為儀器高。這種方法的儀器高確定精度可優(yōu)于1 mm23 橋梁

9、構(gòu)件放樣仍以P點放樣為例，參見圖46。將兩臺T3 經(jīng)緯儀架設(shè)在Q、Z點上，測量儀器高后計算出平面放樣數(shù)據(jù)和標高放樣數(shù)據(jù)。在圖4情況下，Q點經(jīng)緯儀瞄準Z點，配置水平度盤讀數(shù)等于QZ的坐標方位角；Z點經(jīng)緯儀瞄準Q點，配置水平度盤讀數(shù)等于ZQ 的坐標方位角 (圖5的做法也相類似)。由于光學(xué)經(jīng)緯儀水平度盤是順時針注記的(即順時針讀數(shù)增加)，故此時Q、Z點經(jīng)緯儀不管轉(zhuǎn)到哪個方向，其水平度盤讀數(shù)即為該方向的方位角。轉(zhuǎn)動Q、Z點兩經(jīng)緯儀照準部使水平度盤讀數(shù)分別為、 ，然后制動照準部，再將Q、Z點經(jīng)緯儀望遠鏡仰俯，使兩經(jīng)緯儀的豎直角分別為和后制動望遠鏡，如果投有測量誤差，Q、Z點經(jīng)緯儀視線的交點即為放樣點P

10、的空間位置 由于存在測量誤差，Q、Z點經(jīng)緯儀視線不能恰好相交于一點，此時可持一根垂球線左右移動，當(dāng)兩經(jīng)緯儀視線同時照到垂球線上時，在垂球線上找出兩經(jīng)緯儀視線的中點即為放樣點P的空間位置。3 施工放樣精度估計31 平面位置放樣精度估計根據(jù)前方交會精度估計公式，P 點的平面位置放樣精度2 （8）式中為測量角中誤差（采用Wild T3經(jīng)緯儀，采用J2經(jīng)緯儀時； 為Q、Z點間的水平距離、見圖4、5（；，若、為負值則應(yīng)再加上360度）32 標高位置放樣精度估計根據(jù)式(2)或式(3)，利用誤差傳播定律可得單經(jīng)緯儀放樣P點的精度為2（為或）（9）由于本文是采用兩臺經(jīng)緯儀放樣P點標高位置的，故P點標高位置放樣

11、中誤差 （10）式中為Q點或Z點的高程誤差（可取1mm或2mm）為Q點或Z點儀器高測量誤差（按本文方法可取1mm）為求氣差代表性誤差（短距時量值很小，可?。粸镈點的測量誤差（可根據(jù)控制網(wǎng)的最弱過精度換算）；為角或角的測量誤差（對于Wild T3經(jīng)緯儀，采用J2經(jīng)緯儀時； 。4 小結(jié)本文中所提方法時務(wù)必嚴格遵循本文中所述各項原則，使用的各種儀器必須經(jīng)過嚴格科學(xué)的檢校與鑒定。另外經(jīng)緯儀應(yīng)配置彎管目鏡，條件許可時采用三點前方交會交果更佳。本文中所提方法在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出了良好的效果，不僅適用于特大公路橋梁也適用于其它各種類型橋梁的施工作業(yè)。為了對橋梁施工測量理解分析更透徹，同時探討施工測量恢復(fù)定線

12、放樣過程的方法存在的一些問題、及解決方法的簡要介紹。第二部分 橋梁施工測量中常見問題及解決方法5 橋梁施工測量中常見問題及解決方法隨著施工對高速公路設(shè)計控制點的日益規(guī)范化，標準化，如何進行施工前的中線放樣和水準測量，本文僅作簡單介紹。5.1 中線放樣的過程(1)導(dǎo)線點坐標復(fù)測目前高速公路的施工設(shè)計單位僅提供給施工單位導(dǎo)線控制樁及其坐標。施工單位進場后，由設(shè)計單位進行交樁，而后使用經(jīng)過有關(guān)部門檢測合格的全站儀或光電測距儀配經(jīng)緯儀，對導(dǎo)線點進行復(fù)核聯(lián)測。測量過程嚴格按照I級導(dǎo)線點測量方法進行。測量前可以根據(jù)設(shè)計單位所給坐標先計算好轉(zhuǎn)折角和邊長，與實測結(jié)果相比較，當(dāng)誤差較大時應(yīng)查明原因，是導(dǎo)線點挪動

13、或儀器故障。當(dāng)該段導(dǎo)線點觀測角和相鄰導(dǎo)線點邊長都己實測完畢，導(dǎo)線點復(fù)測的外業(yè)工作即宣告結(jié)束。接下來進行導(dǎo)線點坐標復(fù)測計算。一般來說，以前兩個導(dǎo)線點和最后兩個導(dǎo)線點為己知邊進行方位角閉合計算，以監(jiān)理要求的允許閉合差衡量其是否閉合。根據(jù)坐標和導(dǎo)線長度計算導(dǎo)線精度，看其是否滿足其導(dǎo)線要求的精度。如果滿足精度要求，說明導(dǎo)線測量準確，同時整理出導(dǎo)線點成果表。( 2)主要中樁放樣主要中樁指直圓、緩圓、曲中、圓緩、緩直、直圓、圓直、交點等，且位置較好能夠相互通視的點，不能通視的點放出之后也沒有多大用處。中樁放樣是以某相距最近的導(dǎo)線點為測站，后視相鄰導(dǎo)線點，撥角測距放出該中樁點，觀測角和距離是以這三點的坐標計

14、算得出的，在放樣中樁時應(yīng)注意兩項：放完一個中樁點后，必須進行儀器歸零校核，歸零誤差應(yīng)在限差之內(nèi)，否則所放點位應(yīng)重新放樣；測站導(dǎo)線點到所放中樁點距離小于到后視導(dǎo)線點距離。第一條是測量放樣的常識，而第二條則是根據(jù)導(dǎo)線放樣中樁總結(jié)出來的經(jīng)驗，可以減少誤差的一種辦法。放樣中樁的數(shù)量以能達到相鄰兩中樁能夠通視為下限，并寫出中樁放樣的詳細記錄。(3)中樁穿線根據(jù)導(dǎo)線點放出的中樁是否滿足路線走向的各種技術(shù)參數(shù)呢?從理論上講應(yīng)該是的。但經(jīng)過幾條高速路的總結(jié)，不符合的情況還是存在，中樁穿線必不可少。中樁穿線的過程與導(dǎo)線點復(fù)核測量方法相同，而衡量其是否合格則是路線的各種技術(shù)參數(shù)，即直線點是否在一條直線上，曲線點是

15、否在一條曲線上。中樁穿線如有不符合的情況，應(yīng)以該直線或曲線相距最遠點調(diào)整中間點，線型結(jié)點應(yīng)先定曲線后定直線。而事實上誤差仍然難免，應(yīng)詳細記錄穿線過程的各種數(shù)據(jù)，進行認真分析，查找原因，根據(jù)全線測量結(jié)果進行計算，尋找如何調(diào)整中樁位置，使線型能夠達到最小誤差的最佳方案。(4)中樁導(dǎo)線點放樣的中樁如未調(diào)整，其中樁放樣記錄也是栓樁的一種辦法。如調(diào)整了，應(yīng)在導(dǎo)線點二次實測進行記錄栓樁。其它騎馬樁、三角網(wǎng)等也可進行栓樁。但無論哪種辦法，都應(yīng)考慮施工由于高填或深挖以后是否還能由其恢復(fù)中樁。5.2 中線放樣的幾個問題(1)導(dǎo)線點丟失后，是恢復(fù)其原來點還是重新布設(shè)?恢復(fù)其原來點十分困難，測量精度和重新布設(shè)的結(jié)果

16、是一樣的。一般來說，按照相鄰點通視的要求重新布設(shè)速度快，提前選點布設(shè)完畢隨導(dǎo)線點測量一次完成。(2)一個標段是否可以有兩條附合導(dǎo)線，一般說來，設(shè)計單位所給的導(dǎo)線點坐標是整條路平差計算值，而施工單位投標是分段中標，中標之后可能又分幾個單位施工，這樣測量可能也分幾段。一個標段的附合導(dǎo)線數(shù)量往往根據(jù)監(jiān)理要求不同造成可能會有一個或一個以上的附合導(dǎo)線，造成標段與標段之間，施工單位與施工單位之間聯(lián)接困難。由于無法找到明文規(guī)定，監(jiān)理承包商就此往往發(fā)生分歧。有時承包商按上一次的經(jīng)驗設(shè)一條附合導(dǎo)線，而監(jiān)理部要求設(shè)一條以上。在焦新高速公路設(shè)計文件上寫明一個標段導(dǎo)線點必須全線平差計算，應(yīng)該是最佳方案。(3)導(dǎo)線點坐

17、標取值是用設(shè)計方所給數(shù)值，還是用承包商自己復(fù)核計算的平差結(jié)果?既使使用的相同的導(dǎo)線點，而由于測量時取導(dǎo)線長度不一，雖說其導(dǎo)線點坐標是從某種意義來說是一個定值，但取某一段或取全線測量其結(jié)果就不一樣，此外，人的視覺誤差和儀器精密程度不同，復(fù)測的導(dǎo)線點坐標即使精度很高也不會與設(shè)計值相同。從道理上講，應(yīng)該取精度高的導(dǎo)線點坐標。而一般設(shè)計文件中并不講明其導(dǎo)線精度。在經(jīng)歷過的幾個工地，多數(shù)是根據(jù)監(jiān)理意見，有取復(fù)核后的坐標，也有取設(shè)計方所給坐標的，施工單位則傾向取復(fù)測后的坐標，本文認為設(shè)計方應(yīng)說明其導(dǎo)線精度。與復(fù)測導(dǎo)線精度相比，取精度高的一方值，以便于提高中樁放樣的精確性，減少中樁穿線的誤差。(4)中樁放樣

18、是利用穿線后符合路線設(shè)計參數(shù)的中樁放樣，還是利用導(dǎo)線點放樣?在公路施工發(fā)展過程中，在設(shè)有導(dǎo)線這一概念之前，利用中樁放樣其它中樁可謂一統(tǒng)天下。在引入導(dǎo)線后，有的設(shè)計文件和監(jiān)理甚至說明必須用導(dǎo)線放樣所有中樁。但事實上，如果一個橋梁僅有中樁是不夠的，它必須有中線才能確定其位置。公路施工測量放樣不是單單依靠中樁，其最終是由一些主要中樁連結(jié)成線確定的。表面上看是一些中樁點，其實是線。該線是測量時用來控制整個路線方向和確定中線位置的，中樁是施工中應(yīng)用來放樣的，中樁放樣完畢，還必須要進行穿線。筆者認為，按路線設(shè)計參數(shù)進行中樁穿線復(fù)測，其重要性大于導(dǎo)線復(fù)測重要性，導(dǎo)線是手段，中線是結(jié)果，確定路線是一條線，而不

19、是幾個中樁。要求只用導(dǎo)線點放樣即不可能也不現(xiàn)實，如確定結(jié)構(gòu)物的交角，后視后是中樁而不是導(dǎo)線點。測量上土的邊界，不可能每層土都計算出其邊界的坐標。中樁的利用率遠遠高于導(dǎo)線點。也有以導(dǎo)線放樣的做法，認為這樣路線不至于偏離設(shè)計方向。根據(jù)實踐，導(dǎo)線點放出的中樁與設(shè)計路線技術(shù)參數(shù)總會有些偏差，直線段尤為明顯。這或許是因為其實導(dǎo)線樁的坐標是固定的，不會因測量誤差或計算改正而變化，而所得理論值與實際值的這種偏差終究會反映到所放樣的中樁上來，造成中樁與設(shè)計的偏差。本文認為以穿線復(fù)核后的中樁放樣，導(dǎo)線點放樣復(fù)核檢查相結(jié)合的方法適合于當(dāng)今的公路施工施樣，當(dāng)二者偏差不大，應(yīng)以中樁放樣為準，差別較大，應(yīng)查找原因，而后

20、確定(5)導(dǎo)線樁哪個的精度高?我認為單純的說一個導(dǎo)線樁的精度是無法說清楚的，只有看它所在的導(dǎo)線，導(dǎo)線中的已知邊樁精度最高。其它無論是GPS點或自設(shè)導(dǎo)線點，其精度應(yīng)該說是相同的。6 水準測量6.1 水準測量過程(1)布設(shè)施工臨時水準點設(shè)計單位所給的水準點距離較遠，一般都在500m以上，施工時使用很不方便。考慮到以后路基高度，根據(jù)實地地形地貌，兼顧結(jié)構(gòu)物工程，可以沿路線方向間隔200m左右補置一個施工用水準點。水準點可設(shè)在附近房基、機井臺等較堅固處，或自己埋設(shè)，并對每個加密水準點位置做詳細記錄。(2)測量測量嚴格按照四等水準測量操作規(guī)程進行，使用的儀器一定要經(jīng)過有關(guān)部門校核，每相鄰兩個水準點進行閉

21、合測量。加密的水準點都要進行閉合和復(fù)核，作好詳細的記錄。(3)計算1、首先，應(yīng)該從數(shù)據(jù)上檢查是否滿足四等水準的要求；而后，每兩個水準點閉合計算，復(fù)核設(shè)計單位的所給的水準點閉合計算，復(fù)核設(shè)計單位的所給的水準點是否閉合。計算臨時布設(shè)的水準點高程，整理出包含原始和自設(shè)水準點高程成果表。7 水準放樣的問題解決當(dāng)有兩個點高程不閉合時，一般有3種處理方法：a在兩個水準點之間設(shè)臨時水準點將閉合差均布下去，等于設(shè)幾個臺階消除閉合差；b假設(shè)BM1，BM2，BM3，BM4連續(xù)4個水準點，BM2與BM3不閉合，可以采用BM1和BM3閉合計算，改正BM2的高程，或者BM2與BM4閉合計算改正BM3的高程：cBM1與B

22、M4進行閉合計算，改正BM2和BM3的高程。第一種方案是強制閉合，后兩種要視具體情況確定。當(dāng)然有條件可以用高精度水準點檢查。8 怎樣與其它標段聯(lián)接1、中線聯(lián)接設(shè)計單位交樁時，應(yīng)在標段接頭處指出兩個導(dǎo)線點作為兩個標段的共同點，作為前一標段的附合導(dǎo)線已知終邊和后一個標段的起始邊，其余依次類推。施工單位應(yīng)按照指示的附合異線的已知始邊和終邊進行導(dǎo)線測量和計算，其坐標不再改正。監(jiān)理還應(yīng)該指出標段交界樁的放樣辦法，即以這兩個導(dǎo)線點哪個為測站，哪個為后視點。有條件的還可以規(guī)定標段頭尾一定距離范圍中樁的放樣辦法。2、水準聯(lián)接監(jiān)理應(yīng)該規(guī)定某水準點作為接頭處共同點，相鄰標段接頭一定距離之內(nèi)都必須以此水準點放樣。9

23、 下部結(jié)構(gòu)施工測量放樣控制下部結(jié)構(gòu)包括：鉆孔灌注樁、承臺、柱、蓋梁、薄壁墻、耳背墻等。1、鉆孔灌注樁施工測量放樣控制利用以復(fù)核的已知坐標點，用全站儀放出鉆孔樁中心坐標位置。經(jīng)監(jiān)理復(fù)核后，進行埋設(shè)鋼護筒及鉆機就位。在鉆機就位后，應(yīng)進行再次復(fù)測鉆機鉆桿位置，檢查鉆機轉(zhuǎn)盤和支撐是否牢固并用水準儀或水平尺校核鉆臺平整度和鉆桿豎直度。對于沖擊鉆特別要注意支撐的牢固，因為沖擊鉆的震動力大，容易使鉆機向支撐方向偏移，故在放樣過程中應(yīng)在誤差范圍內(nèi)向支撐方向偏移。正循環(huán)鉆機在誤差范圍內(nèi)向水流反向偏移。成孔后，應(yīng)及時復(fù)測護簡高程，以確定下籠高度。2、承臺施工測量放樣控制鉆孔樁成型后經(jīng)監(jiān)理復(fù)核后將中心坐標投射到承臺墊層上，尺寸線應(yīng)延長至承臺模板外緣以方便檢查。3、柱、蓋梁施工測量放樣控制樁柱施工時，主要控制柱的平面位置及豎直度。在支柱模和澆筑時應(yīng)時刻關(guān)注墩柱的豎直度及偏位。蓋梁施工時，應(yīng)控制好梁底高程，如果采用滿堂式支架應(yīng)設(shè)置好沉降點以便于觀測。如采用抱箍時，應(yīng)注意澆筑時觀測