工程测量学第十章

桥梁工程测量《工程测量学》第十章主要内容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10.1桥梁结构基本知识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10.1桥梁结构基本知识承重结构——梁承重结构——拱承重结构——拱承重结构——拱承重结构——斜拉索（塔）承重结构——悬索10.1桥梁结构基本知识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∶500010.2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。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。辅助断面测量10.2.3既有桥梁丈量10.2.3既有桥梁丈量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。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：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。mm02.6±=7+2×2421±=+Δ21±=2222δnmllmm43.10±=3=+++±=22221llllLmmmmmN［解］单联中误差为全桥桥轴线中误差为［例1］桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定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。BACDABCD图6桥梁施工平面控制网示意图(a)双三角形控制网(b)大地四边形控制网双三角形大地四边形控制网常见形式－（1）（2）BCADFEDCAEFB(a)双大地四边形控制网(b)加强型双大地四边形控制网图6桥梁施工平面控制网示意图双大地四边形加强型大地四边形常见形式－（3）（4）ABCDEF图6桥梁施工平面控制网示意图大地四边形加三角形常见形式－（5）桥梁平面控制网的建立桥梁平面控制网的建立3平面控制网精度估算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：满足原则桥梁平面控制网的建立3平面控制网精度估算桥梁平面控制网的建立4桥梁平面控制测量的外业工作桥梁高程控制网的建立桥梁高程控制网的建立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☆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：RnmΔΔ41Δ=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。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10.4.1桥梁定位资料计算35.21775.000100.00075.00032.701BADK7+851.845+819.144+744.144+644.144+569.144DK7+533.927图60直线桥平面布置示意图yx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桥梁定位资料计算曲线桥梁墩台中心坐标的计算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墩台中心定位和轴线测设直线桥的墩台定位•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。ADK256+353.242+396.4270#+421.1771#+453.8772#3#+486.5774#BDK256+548.844+511.32743.15824.75032.70032.70024.75037.517图6直线桥布置示意图10.4.2墩台定位及横轴线测设“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。直接量距”的作业方法（图）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BCP1APP2P3DBAiDCβiαiγ图6前方交会示意图图6示误三角形示意图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。CAiDAiBDCγγ图6异侧交会示意图图6同侧交会示意图αiβi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。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。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现场测设方法在控制点