桥梁测量

第十三章桥梁测量•建设一座桥梁，需要进行各种测量工作，其中包括：勘测、施工测量、竣工测量等；在施工过程中及竣工通车后，还要进行变形观测工作。根据不同的桥梁类型和不同的施工方法，测量的工作内容和测量方法也有所不同。桥梁的测量工作概括起来有：桥轴线长度测量；施工控制测量；墩、台中心的定位；墩、台细部放样及梁部放样等。•近代的施工方法，日益走向工厂化和拼装化，梁部构件一般都在工厂制造，在现场进行拼接和安装，这就对测量工作提出了十分严格的要求。桥轴线长度所需精度的估算桥梁的平面和高程控制测量桥梁墩、台中心的测设墩台纵、横轴线的测设桥梁施工测量桥轴线长度所需精度的估算•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。由于墩、台定位时主要以这两点为依据，所以桥轴线长度的精度直接影响墩、台定位的精度。为了保证墩、台定位的精度要求，首先需要估算出桥轴线长度需要的精度，以便合理地拟定测量方案。•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：•钢筋混凝土简支梁•钢板梁及短跨（≤64m）简支钢珩梁•单跨：•多跨等跨：•多跨不等跨：••连续梁及长跨（≥64m）简支钢珩梁•单联（跨）：•多联（跨）等联（跨）：•多联（跨）不等联（跨）：•式中——单跨长度中误差；•——桥轴线（两桥台间）长度中误差；•——梁长；•N——联（跨）数；•n——每联（跨）节间数；•——墩中心的点位放样限差（设为±10mm）；•——节间拼装限差（±2mm）；•——固定支座安装限差（±7mm）；•1/5000——梁长制造限差。NmDL222)5000(21lml2221llLmmm2221llnmNmmlL2221llLmmm2221llnmll1lmLmlDl桥梁的平面和高程控制测量•平面控制网的布设及测量•高程控制点的布设及测量平面控制网的布设及测量•建立平面控制网的目的是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。根据桥梁跨越的河宽及地形条件，平面控制网多布设成如下图所示的形式。平面控制网的布设及测量•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，如图13－1(d)。•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13－1的双线所示。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。三角网等级桥轴线相对中误差测角中误差（″）最弱边相对中误差基线相对中误差一1/175000±0.71/1500001/400000二1/125000±1.01/1000001/300000三1/75000±1.81/600001/200000四1/50000±2.51/400001/100000五1/30000±4.01/250001/75000在《铁路测量技术规则》里，按照桥轴线的精度要求，将三角网的精度分为五个等级，它们分别对测边和测角的精度规定如下表所示。平面控制网的布设及测量•上述规定是对测角网而言，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。这些加密点称为插点。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。高程控制点的布设及测量•在桥梁的施工阶段，为了作为放样的高程依据，应建立高程控制，即在河流两岸建立若干个水准基点。这些水准基点除用于施工外，也可作为以后变形观测的高程基准点。•水准基点布设的数量视河宽及桥的大小而异。一般小桥可只布设一个；在200m以内的大、中桥，宜在两岸各布设一个；当桥长超过200m时，由于两岸连测不便，为了在高程变化时易于检查，则每岸至少设置两个。•水准基点是永久性的，必须十分稳固。除了它的位置要求便于保护外，根据地质条件，可采用混凝土标石、钢管标石、管柱标石或钻孔标石。在标石上方嵌以凸出半球状的铜质或不锈钢标志。•为了方便施工，也可在附近设立施工水准点，由于其使用时间较短，在结构上可以简化，但要求使用方便，也要相对稳定，且在施工时不致破坏。•桥梁水准点与线路水准点应采用同一高程系统。与线路水准点连测的精度不需要很高，当包括引桥在内的桥长小于500m时，可用四等水准连测，大于500m时可用三等水准进行测量。但桥梁本身的施工水准网，则宜用较高精度，因为它是直接影响桥梁各部放样精度的。•当跨河距离大于200m时，宜采用过河水准法连测两岸的水准点。跨河点间的距离小于800m时，可采用三等水准，大于800m时则采用二等水准进行测量。桥梁墩、台中心的测设•在桥梁墩、台的施工过程中，首要的是测设出墩、台的中心位置，其测设数据是根据控制点坐标和设计的墩、台中心位置计算出来的。分直线桥和曲线桥两种形式。直线桥的墩、台中心测设•直线桥的墩、台中心位置都位于桥轴线的方向上。墩、台中心的设计里程及桥轴线起点的里程是已知的，如图13－2所示，相邻两点的里程相减即可求得它们之间的距离。根据地形条件，可采用直接测距法或交会法测设出墩、台中心的位置。直接测距法•这种方法使用于无水或浅水河道。根据计算出的距离，从桥轴线的一个端点开始，用检定过的钢尺逐段测设出墩、台中心，并附合于桥轴线的另一个端点上。如在限差范围之内，则依据各段距离的长短按比例调整已测设出的距离。在调整好的位置上订一个小钉，即为测设的点位。•如用光电测距仪测设，则在桥轴线起点或终点架设仪器，并照准另一个端点。在桥轴线方向上设置反光镜，并前后移动，直至测出的距离与设计距离相符，则该点即为要测设的墩、台中心位置。为了减少移动反光镜的次数，在测出的距离与设计距离相差不多时，可用小钢尺测出其差数，以定出墩、台中心的位置。交会法•当桥墩位于水中，无法丈量距离及安置反光镜时，则采用角度交会法。•如图13－3所示，A、C、D位控制网的三角点，且A为桥轴线的端点，E为墩中心位置。在控制测量中、、、已经求出，为已知值。AE的距离可根据两点里程求出，也为已知。则•••、也可以根据A、C、D、E的已知坐标求出。•在C、D点上架设经纬仪，分别自CA及DA测设出及角，则两方向的交点即为E点的位置。1d2dEl)cossinarctan(1EEldl)cossinarctan(2EEldl交会法交会法•为了检核精度及避免错误，通常都用三个方向交会，即同时利用桥轴线AB的方向。•由于测量误差的影响，三个方向不交于一点，而形成如图13－4所示的三角形，这个三角形称为示误三角形。示误三角形的最大边长，在建筑墩、台下部时不应大于25mm，上部时不应大于15mm。如果在限差范围内，则将交会点E‘投影至桥轴线上，作为墩中心的点位。•随着工程的进展，需要经常进行交会定位。为了工作方便，提高效率，通常都是在交会方向的延长线上设立标志，如图13－5所示。在以后交会时即不再测设角度，而是直接照准标志即可。•当桥墩筑出水面以后，即可在墩上架设反光镜，利用光电测距仪，以直接测距法定出墩中心的位置。曲线桥的墩、台中心测设•在直线桥上，桥梁和线路的中线都是直的，两者完全重合。但在曲线桥上则不然，曲线桥的中线是曲线，而每跨桥梁却是直的，所以桥梁中线与线路中线基本构成了符合的折线，这种折线称为桥梁工作线，如图13－6所示。墩、台中心即位于折线的交点上，曲线桥的墩、台中心测设，就是测设工作线的交点。曲线桥的墩、台中心测设•设计桥梁时，为使列车运行时梁的两侧受力均匀，桥梁工作线应尽量接近线路中线，所以梁的布置应使工作线的转折点向线路中线外侧移动一段距离E，这段距离称为“桥墩偏距”。偏距E一般是以梁长为弦线的中矢的一半。相邻梁跨工作线构成的偏角α称为“桥梁偏角”；每段折线的长度L称为“桥墩中心距”。E、α、L在设计图中都已经给出，根据给出的E、α、L即可测设墩位。•在曲线桥上测设墩位与直线桥相同，也要在桥轴线的两端测设出控制点，以作为墩、台测设和检核的依据。测设的精度同样要求满足估算出的精度要求。曲线桥的墩、台中心测设•控制点在线路中线上的位置，可能一端在直线上，而另一端在曲线上（图13－7），也可能两端都位于曲线上（图13－8）。与直线不同的是曲线上的桥轴线控制桩不能预先设置在线路中线上，再沿曲线测出两控制桩间的长度，而是根据曲线长度，以要求的精度用直角坐标法测设出来。用直角坐标法测设时，是以曲线的切线作为x轴。为保证测设桥轴线的精度，则必须以更高的精度测量切线的长度，同时也要精密地测出转向角α曲线桥的墩、台中心测设•测设控制桩时，如果一端在直线上，而另一端在曲线上（图13－7），则先在切线方向上设出A点，测出A至转点ZD5－3的距离，则可求得A点的里程。测设B点时，应先在桥台以外适宜的距离处，选择B点的里程，求出它与ZH（或HZ）点里程之差，即得曲线长度，据此，可算出B点在曲线坐标系内的x、y值。ZH及A的里程都是已知的，则A至ZH的距离可以求出。这段距离与B点的x坐标之和，即为A点至B点在切线上的垂足ZD5-4的距离。从A沿切线方向精密地测设出ZD5-4,再在该点垂直于切线的方向上设出y，即得B点的位置。•在设出桥轴线的控制点以后，即可据以进行墩、台中心的测设。根据条件，也是采用直接测距法或交会法。直接测距法•在墩、台中心处可以架设仪器时，宜采用这种方法。•由于墩中心距L及桥梁偏角α是已知的，可以从控制点开始，逐个测设出角•度及距离，即直接定出各墩、台中心的位置，最后再符合到另外一个控制点上，以检核测设精度。这种方法称为导线法。•利用光电测距仪测设时，为了避免误差的积累，可采用长弦偏角法，或称极坐标法。•由于控制点及个墩、台中心点在曲线坐标系内的坐标是可以求得的，故可据以算出控制点至墩、台中心的距离及其与切线方向的夹角。自切线方向开始设出，再在此方向上设出，如图13-9所示，即得墩、台中心的位置。此种方法因各点是独立测设的，不受前一点测设误差的影响。但在某一点上发生错误或有粗差也难于发现，所以一定要对各个墩中心距进行检核测量。交会法•当墩位于水中，无法架设仪器及反光镜时，宜采用交会法。•由于这种方法是利用控制网点交会墩位，所以墩位坐标系与控制网的坐标系必须一致，才能进行交会数据的计算。如果两者不一致时，则须先进行坐标转换。•为了具体起见，现举例说明交会数据的计算及交会方法。交会法•在图13-10中，A、B、C、D为控制点，E为桥墩中心。在A点进行交会时，要算出自AB、AD作为起始方向的角度及。•控制点及墩位的坐标是已知的，可据以算出AE的坐标方位角•在控制网资料中，已知AB的坐标方位角为，AD的坐标方位角为，则•同法可求出在B、C、D各点交会时的角值。•在A点交会时，可以AB或A