施工放樣及精度分析

1、橋梁工程中施工放樣方法及其精度分析汪良中鐵二十二局第五工程有限公司摘 要 ：本文敘述了橋梁施工中常用的施工放樣方法，結(jié)合實(shí)踐討論各種方法的特 點(diǎn)和適用環(huán)境，最后進(jìn)行了精度分析。主題詞 ：橋梁 放樣 精度分析 極坐標(biāo)法1 前言在橋梁工作實(shí)踐中，為了保證橋梁各部結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，更好地掌握 和控制工程施工數(shù)量，測(cè)量人員需要不斷地放樣、檢查、監(jiān)控各部結(jié)構(gòu)施工，內(nèi)、 外業(yè)工作量極大。施工放樣的精度又關(guān)系著橋梁施工的質(zhì)量和進(jìn)度。近些年來，工 程施工大多已采用項(xiàng)目法管理，人員精簡(jiǎn)，工程規(guī)模又越來越大，如何在保證測(cè)量 精度的前提下，提高施工測(cè)量放樣效率就顯得十分重要和有其現(xiàn)實(shí)意義。選擇合適的測(cè)量放樣方

2、法， 養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膹?fù)核習(xí)慣， 建立嚴(yán)格的測(cè)量工作制度會(huì)取 得事半功倍的效果。2 施工放樣2.1 測(cè)量方法 ：橋梁工程中施工放樣一般包括：已知距離的放樣、已知水平角 的放樣、已知高程的放樣和平面點(diǎn)位的放樣。前兩者的放樣基本上是平面點(diǎn)位放樣 中的一部分，或就是其的另一種形式：兩個(gè)點(diǎn)確定一條線段。已知高程的放樣可以 采用幾何水準(zhǔn)法，也可使用三角高程法，最好采用兩種方法互相復(fù)核。眾所周知施工放樣須遵循先整體、 后局部的原則， 先放樣精度高的點(diǎn)， 復(fù)核正 確后，可以繼續(xù)放樣其他點(diǎn)，也可以利用先放樣的點(diǎn)，再放樣精度低一些的點(diǎn)。2.2 點(diǎn)位放樣常用放樣方法 ：橋梁點(diǎn)位放樣常用的放樣方法有坐標(biāo)放樣法和極 坐標(biāo)放

3、樣法。極坐標(biāo)法進(jìn)行放樣，就是置鏡一控制點(diǎn)，后視另一控制點(diǎn)，輸入放樣 點(diǎn)坐標(biāo)或調(diào)整好方位角后輸入距離，即可放樣出預(yù)定點(diǎn)位，并采用置鏡另一控制點(diǎn) 點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，同時(shí)可實(shí)測(cè)相鄰兩工作線偏角和相鄰墩臺(tái)的交點(diǎn)距進(jìn)一步檢核。長(zhǎng)度 差值在 10mm 限差以內(nèi)， 撥角檢測(cè)的橫向偏差在 23mm 內(nèi)時(shí)可以為定位正確， 其誤 差可在鄰近放樣點(diǎn)內(nèi)作適當(dāng)調(diào)整。 坐標(biāo)放樣法實(shí)際上是將計(jì)算公式固化到全站儀中，通過電子讀數(shù)，直接帶入公司便可計(jì)算得到坐標(biāo)。在實(shí)踐中，因放樣前不知點(diǎn)位和坐標(biāo)系在場(chǎng)地的走向，反而不如極坐標(biāo)法來的方便和快捷。X軸和y軸偏差值的調(diào)整不如在指定方向上一定距離的移動(dòng)來的方便和迅速。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 全

4、站儀既可以使用坐標(biāo)放樣法，也可以使用極坐標(biāo)放樣法，顯示的差異在于顯示模 式的不同，但預(yù)先準(zhǔn)備的放樣數(shù)據(jù)是不一樣的，分別是坐標(biāo)和方位角（極角）加距 離（極距）。這兩種方法可以使用全站儀進(jìn)行，也可使用經(jīng)緯儀配合測(cè)距儀使用， 后者在現(xiàn)場(chǎng)使用可編程的計(jì)算器中預(yù)見編好的程序，一樣方便。2.3其它放樣方法：在施工放線中還可運(yùn)用經(jīng)緯儀方向交會(huì)法、圓弧弦線支矩 法、外控法等測(cè)量方法。方向交會(huì)法放樣在工程測(cè)量過程中經(jīng)常使用，它具有施測(cè)方法簡(jiǎn)單方便，精度高等優(yōu)點(diǎn)。特別是在不方便測(cè)距的情況下，如在水上施工中， 水上目標(biāo)固定困難，測(cè)距不方便，此時(shí)用方向交會(huì)法定位就顯得方便快捷。但與極坐標(biāo)法或坐標(biāo)法相比可以很明顯地看出

5、后者在外業(yè)方面的優(yōu)點(diǎn)。此外，后者很大程 度上也減少了測(cè)量放樣對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的干擾。從內(nèi)業(yè)精度上分析，極坐標(biāo)法測(cè)設(shè)構(gòu)筑 物的測(cè)設(shè)元素（極角和極距），對(duì)于在同一個(gè)測(cè)站上所測(cè)設(shè)的各點(diǎn)，除后視定向誤 差（即導(dǎo)線點(diǎn)本身的誤差、儀器安置誤差、后視瞄準(zhǔn)誤差等綜合影響的反映）夕卜， 各測(cè)點(diǎn)撥角和量距誤差都是獨(dú)立的。 也就是說，同一個(gè)測(cè)站所測(cè)設(shè)各點(diǎn)誤差不積累、 不傳遞，即點(diǎn)與點(diǎn)之間的誤差是獨(dú)立的。此外，極坐標(biāo)法可以在導(dǎo)線點(diǎn)上直接放樣 構(gòu)筑物中線點(diǎn)和構(gòu)筑物邊樁點(diǎn)，較之傳統(tǒng)的放樣方法減少了測(cè)設(shè)構(gòu)筑物主要控制樁 的誤差、護(hù)樁的誤差、恢復(fù)樁的誤差、中樁測(cè)設(shè)誤差等的影響。利用極坐標(biāo)法或坐標(biāo)法進(jìn)行施工測(cè)量，可以解決了某些墩臺(tái)軸

6、線護(hù)樁難以測(cè) 設(shè)的問題，加快了外業(yè)工作速度，減少了外業(yè)工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，這種方法 還可以將整個(gè)大橋的所有墩位納入同一個(gè)整體網(wǎng)中，避免了個(gè)別墩位發(fā)生偏移的可能性，實(shí)踐表明，此方法是一種行之有效的施工測(cè)量方法。3.控制等級(jí)要求公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-200 ）的3.2.1 條要求：橋墩中心線在橋軸線方向上的位置中誤差不應(yīng)大于土15mm。根據(jù)橋梁長(zhǎng)度的不同，其相對(duì)中誤差也不一樣。平面控制網(wǎng)的測(cè)量等級(jí)按橋長(zhǎng)的不同分為五個(gè)級(jí)別的測(cè)量等級(jí)。等級(jí)二等三角三等三角四等三角一級(jí)小三角二級(jí)小三角橋位控制 5000m20005000m10002000m5001000m500m 的測(cè)量的特大橋的特大

7、橋的特大橋的特大橋大、中橋平均邊長(zhǎng)3 km2 km1km0.5km0.3km測(cè)角中誤差 1.0 ” 1.8 ” 2.5 ” 5.0 ” 10.0 ”起始邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差 1/250000 1/150000 1/100000 1/40000 1/20000最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差 1/120000 1/70000 1/40000 1/20000Z B的值，或直接用坐標(biāo)反算公式，算出邊 AC、BC的方位角在外業(yè)實(shí)際操作中，在兩已知點(diǎn)同時(shí)架設(shè)經(jīng)緯儀，相互后視定向，然后將經(jīng)緯儀分 別旋轉(zhuǎn)/ A Z B ,或?qū)⒔?jīng)緯儀撥至邊 AC、BC的方位角，此時(shí)兩經(jīng)緯儀視線 的交點(diǎn)就是待定點(diǎn)C 。方向交會(huì)法的定位誤差與待

8、定點(diǎn) C相對(duì)于已知點(diǎn)A、B的位置有關(guān)。根據(jù) 計(jì)算待定點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算過程來分析定位精度，（從兩已知點(diǎn)A、B及夾角/ A、Z B來計(jì)算待定點(diǎn)C的坐標(biāo)，與已知待定點(diǎn) C的坐標(biāo)反求出夾角/ A、/ B再 在現(xiàn)場(chǎng)定出待定點(diǎn)C ，其計(jì)算原理與公式是一樣的。 所以放樣與求待定點(diǎn)的精度求 算是一樣的。）已知 AB的邊長(zhǎng)S及Z A、Z B的值，先求 AC的長(zhǎng)度b及坐 標(biāo)方位角a ac ,然后按坐標(biāo)正算公式求 C點(diǎn)的坐標(biāo)，即XC=XA+bcos aACYC=YA+bsinaAC 式中b、 a ap不是直接觀測(cè)值，可由下式計(jì)算(b)SsinZB b= sin(ZA+ZB)AC=cl AB-ZA將（b ）式代入（a ）

9、式并對(duì)Z A、Z B取微分并轉(zhuǎn)為中誤差為/Saii2Acosa ACSanZEcos(ZA+ZB)costt AC/SsuiZAsinaACbcosa Af!-SaftZBcos(ZA-+ZB)sina ACs2(ZA+ZEr)設(shè)mz a =m z b =m,表示測(cè)角中誤差，待定點(diǎn)點(diǎn)位中誤差為：（不考慮兩已知點(diǎn) 的點(diǎn)位誤差）mcJrnxcH-irf/cSm A+TtlZBP sin2(ZA+ZB)現(xiàn)在就上式分析待定點(diǎn)相對(duì)于已知點(diǎn)的位置不同時(shí)，交會(huì)待定點(diǎn)的精度變化情 況。分兩種情況加以分析。第一種待定點(diǎn)在過A、B、C三點(diǎn)所作圓的圓周上，此時(shí)所有在圓周上交會(huì)點(diǎn)的交會(huì)角均相等，即點(diǎn)位中誤差公式中分母

10、不變，me的大小只與分子有關(guān)，將 其求導(dǎo)分析后得知，在 AB已知邊S和測(cè)角中誤差m 定的條件下，當(dāng)/ A= Z B 時(shí)，交會(huì)角/ C 90 時(shí)，me最??；交 會(huì)角Z C=90。時(shí)，C點(diǎn)在圓周上的任何位置 me值都不變。第二種待定點(diǎn)C在AB連線的垂直平分線上（即對(duì)稱交會(huì)），此時(shí)Z A= Z B， 進(jìn)行求導(dǎo)分析后，得當(dāng)滿足上式時(shí)，求得me的值必將是最小值。求得Z A= Z B=3 5 15 52 ， 即在交會(huì)角 Z C=109 28 16 時(shí)me值最小，待定點(diǎn)在這個(gè)位置的精度最 高。綜合兩種情況，交會(huì)點(diǎn)的位置最宜與選在與已知點(diǎn)構(gòu)成等腰三角形，且交會(huì)角 要大于90。，最佳位置為109 ;當(dāng)交會(huì)角小于

11、 90。時(shí)，靠近已知點(diǎn)的位置 較好，而不宜與已知點(diǎn)構(gòu)成等腰三角形。以上分析的理論條件下的定位精度情況，在實(shí)際生產(chǎn)中，往往不能達(dá)到這種條 件要求，不同的情況下對(duì)定位要求也不一樣。譬如在橋梁施工測(cè)量中，用方向交會(huì) 法定位水中墩時(shí)，分為兩種情況。一種是置鏡點(diǎn)位于同一河岸橋中線上下游兩側(cè)的 對(duì)稱交會(huì)，另一種是置鏡點(diǎn)位于橋軸線同一側(cè)（即在橋軸線同一側(cè)的兩岸）交會(huì)， 這兩種情況下對(duì)交會(huì)角的要求是不一樣的。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在第一種情況下， 交會(huì)角在90。150。之間比較適宜，在這個(gè)數(shù)值范圍以外，定位誤差會(huì)急劇增 大。在第二種情況下，交會(huì)角在30。150。之間應(yīng)該是可行的，但從交會(huì)定點(diǎn)實(shí)際操作而言，交會(huì)角太

12、大或太小，如為150?；?0 時(shí)，因角度平緩或太尖，交會(huì)的示誤三角形可能異常，定點(diǎn)發(fā)生困難。因此交會(huì)角選在60。110。之間比較適宜。在實(shí)際施工測(cè)量中，用方向交會(huì)法定位重要結(jié)構(gòu)位置時(shí)，一般用至少三個(gè)方向 交會(huì)，以加強(qiáng)交會(huì)定位的可靠性，由于交會(huì)誤差的存在，在交會(huì)點(diǎn)處，會(huì)形成一個(gè) 誤差三角形。只要誤差三角形的邊長(zhǎng)不超過規(guī)范要求，就取三角形的中心作為交會(huì) 點(diǎn)，同時(shí)要反復(fù)交會(huì)幾次，取其多次交會(huì)的平均作為最后的交會(huì)成果。在測(cè)繪儀器 急劇發(fā)展的今天，使用交會(huì)法定位已經(jīng)很少，但它還是有其自身的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，在有 些情況下，還是有它的用武之地。5 測(cè)量要求為確保放樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤，還需養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膹?fù)核習(xí)慣，建立嚴(yán)格

13、的測(cè)量工作制度: 1 、測(cè)量的內(nèi)外業(yè)必須執(zhí)行閉合制、復(fù)核及檢算制?？刂凭W(wǎng)點(diǎn)平差及其他數(shù)據(jù)應(yīng)由 兩組人員獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，并及時(shí)校核。重要部位的放樣宜采用不同的方法或不同的 路線檢核測(cè)設(shè)，以確保正確。2 、應(yīng)采用專業(yè)記錄簿在現(xiàn)場(chǎng)逐項(xiàng)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，禁止使用易洇水的圓珠筆或鋼筆 書寫。測(cè)量記錄不得涂改、撕毀，如有誤可用明顯的記號(hào)標(biāo)識(shí)。記錄中參加人員、 設(shè)備、日期、地點(diǎn)等事項(xiàng)應(yīng)完備、清楚并簽字。記錄數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)檢核，錄入計(jì)算資 料的數(shù)據(jù)應(yīng)核對(duì)無誤。3 、各種測(cè)量?jī)x器和工具應(yīng)定期檢校，并做好經(jīng)常的保養(yǎng)和維護(hù)工作。4 、引用控制點(diǎn)坐標(biāo)及橋墩臺(tái)坐標(biāo)時(shí)，應(yīng)仔細(xì)核對(duì)，避免抄錯(cuò)數(shù)據(jù)。5 、控制點(diǎn)、高程點(diǎn)應(yīng)設(shè)在安全可靠、不易沉降的位置，應(yīng)定期進(jìn)行復(fù)測(cè)。6結(jié)束語橋梁結(jié)構(gòu)形式不斷創(chuàng)新， 施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜多變， 構(gòu)筑物精度要求越來越趨向一致， 這就要求施工放樣的外業(yè)盡量簡(jiǎn)單、減少