13第十三章 橋梁測量

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1、第十三章 橋梁測量 第十三章 橋梁測量 1 §13—1 橋軸線長度所需精度的估算 1 §13—2 橋梁的平面和高程控制測量 2 一、平面控制網(wǎng)的布設及測量 2 二、高程控制點的布設及測量 4 §13－3 橋梁墩、臺中心的測設 4 一、直線橋的墩、臺中心測設 4 二、曲線橋的墩、臺中心測設 6 § 13—4 墩臺縱、橫軸線的測設 8 § 13—5 橋梁施工測量 9 建設一座橋梁，需要進行各種測量工作，其中包括：勘測、施工測量、竣工測量等；在施工過程中及竣工通車后，還要進行變形觀測工作。根據(jù)不同的橋梁類型和不同的施工方法，測量的工作內(nèi)容和測量方法也有所不同。橋梁的

2、測量工作概括起來有：橋軸線長度測量；施工控制測量；墩、臺中心的定位；墩、臺細部放樣及梁部放樣等。 近代的施工方法，日益走向工廠化和拼裝化，梁部構件一般都在工廠制造，在現(xiàn)場進行拼接和安裝，這就對測量工作提出了十分嚴格的要求。 §13—1 橋軸線長度所需精度的估算 在選定的橋梁中線上，于橋頭兩端埋設兩個控制點，兩控制點間的連線稱為橋軸線。由于墩、臺定位時主要以這兩點為依據(jù)，所以橋軸線長度的精度直接影響墩、臺定位的精度。為了保證墩、臺定位的精度要求，首先需要估算出橋軸線長度需要的精度，以便合理地擬定測量方案。 在現(xiàn)行的《鐵路測量技術規(guī)則》中，根據(jù)梁的結構形式、施工過程中可能產(chǎn)生的誤差，推

3、導出了如下的估算公式： 1． 鋼筋混凝土簡支梁 （13-1） 2． 鋼板梁及短跨（≤64m）簡支鋼珩梁 單跨： （13-2） 多跨等跨： （13-3） 多跨不等跨： （13-4） 3． 連續(xù)梁及長跨（≥64m）簡支鋼珩梁 單聯(lián)（跨）： （13-5）

4、 多聯(lián)（跨）等聯(lián)（跨）： （13-6） 多聯(lián)（跨）不等聯(lián)（跨）： （13-7） 式中 ——單跨長度中誤差； ——橋軸線（兩橋臺間）長度中誤差； ——梁長； N——聯(lián)（跨）數(shù)； n——每聯(lián)（跨）節(jié)間數(shù)； ——墩中心的點位放樣限差（設為±10mm）； ——節(jié)間拼裝限差（±2mm）； ——固定支座安裝限差（±7mm）； 1/5000——梁長制造限差。 §13—2 橋梁的平面和高程控制測量 一、平面控制網(wǎng)的布設及測量 建立平面控制網(wǎng)的目的是測定橋軸線長度和據(jù)以進行墩、臺位置的放樣；同時

5、，也可用于施工過程中的變形監(jiān)測。對于跨越無水河道的直線小橋，橋軸線長度可以直接測定，墩、臺位置也可直接利用橋軸線的兩個控制點測設，無需建立平面控制網(wǎng)。但跨越有水河道的大型橋梁，墩、臺無法直接定位，則必須建立平面控制網(wǎng)。 根據(jù)橋梁跨越的河寬及地形條件，平面控制網(wǎng)多布設成如圖13－1所示的形式。 選擇控制點時，應盡可能使橋的軸線作為三角網(wǎng)的一個邊，以利于提高橋軸線的精度。如不可能，也應將橋軸線的兩個端點納入網(wǎng)內(nèi)，以間接求算橋軸線長度，如圖13－1(d)。 對于控制點的要求，除了圖形剛強外，還要求地質(zhì)條件穩(wěn)定，視野開闊，便于交會墩位，其交會角不致太大或太小。 在控制點上要埋設標石及刻有“

6、十”字的金屬中心標志。如果兼作高程控制點使用，則中心標志宜做成頂部為半球狀。 控制網(wǎng)可采用測角網(wǎng)、測邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)。采用測角網(wǎng)時宜測定兩條基線，如圖13－1的雙線所示。過去測量基線是采用因瓦線尺或經(jīng)過檢定的鋼卷尺，現(xiàn)在已被光電測距儀取代。測邊網(wǎng)是測量所有的邊長而不測角度；邊角網(wǎng)則是邊長和角度都測。一般來說，在邊、角精度互相匹配的條件下，邊角網(wǎng)的精度較高。 在《鐵路測量技術規(guī)則》里，按照橋軸線的精度要求，將三角網(wǎng)的精度分為五個等級，它們分別對測邊和測角的精度規(guī)定如表13－1所示。 表13－1 測邊和測角的精度規(guī)定 三角網(wǎng)等級 橋軸線相對中誤差 測角中誤差（″） 最弱邊相對中誤差

7、基線相對中誤差 一 1/175 000 ±0.7 1/150 000 1/400 000 二 1/125 000 ±1.0 1/100 000 1/300 000 三 1/75 000 ±1.8 1/60 000 1/200 000 四 1/50 000 ±2.5 1/40 000 1/100 000 五 1/30 000 ±4.0 1/25 000 1/75 000 上述規(guī)定是對測角網(wǎng)而言，由于橋軸線長度及各個邊長都是根據(jù)基線及角度推算的，為保證橋軸線有可靠的精度，基線精度要高于橋軸線精度2～3倍。如果采用測邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)，由于邊長是直接

8、測定的，所以不受或少受測角誤差的影響，測邊的精度與橋軸線要求的精度相當即可。 由于橋梁三角網(wǎng)一般都是獨立的，沒有坐標及方向的約束條件，所以平差時都按自由網(wǎng)處理。它所采用的坐標系，一般是以橋軸線作為X軸，而橋軸線始端控制點的里程作為該點的X值。這樣，橋梁墩臺的設計里程即為該點的X坐標值，可以便于以后施工放樣的數(shù)據(jù)計算。 在施工時如因機具、材料等遮擋視線，無法利用主網(wǎng)的點進行施工放樣時，可以根據(jù)主網(wǎng)兩個以上的點將控制點加密。這些加密點稱為插點。插點的觀測方法與主網(wǎng)相同，但在平差計算時，主網(wǎng)上點的坐標不得變更。 二、高程控制點的布設及測量 在橋梁的施工階段，為了作為放樣的高程依據(jù)，應建立高程

9、控制，即在河流兩岸建立若干個水準基點。這些水準基點除用于施工外，也可作為以后變形觀測的高程基準點。 水準基點布設的數(shù)量視河寬及橋的大小而異。一般小橋可只布設一個；在200m以內(nèi)的大、中橋，宜在兩岸各布設一個；當橋長超過200m時，由于兩岸連測不便，為了在高程變化時易于檢查，則每岸至少設置兩個。 水準基點是永久性的，必須十分穩(wěn)固。除了它的位置要求便于保護外，根據(jù)地質(zhì)條件，可采用混凝土標石、鋼管標石、管柱標石或鉆孔標石。在標石上方嵌以凸出半球狀的銅質(zhì)或不銹鋼標志。 為了方便施工，也可在附近設立施工水準點，由于其使用時間較短，在結構上可以簡化，但要求使用方便，也要相對穩(wěn)定，且在施工時不致破壞。

10、 橋梁水準點與線路水準點應采用同一高程系統(tǒng)。與線路水準點連測的精度不需要很高，當包括引橋在內(nèi)的橋長小于500m時，可用四等水準連測，大于500m時可用三等水準進行測量。但橋梁本身的施工水準網(wǎng)，則宜用較高精度，因為它是直接影響橋梁各部放樣精度的。 當跨河距離大于200m時，宜采用過河水準法連測兩岸的水準點?？绾狱c間的距離小于800m時，可采用三等水準，大于800m時則采用二等水準進行測量。 §13－3 橋梁墩、臺中心的測設 在橋梁墩、臺的施工過程中，首要的是測設出墩、臺的中心位置，其測設數(shù)據(jù)是根據(jù)控制點坐標和設計的墩、臺中心位置計算出來的。放樣方法則可采用直接測設或交會的方法。

11、 一、直線橋的墩、臺中心測設 直線橋的墩、臺中心位置都位于橋軸線的方向上。墩、臺中心的設計里程及 橋軸線起點的里程是已知的，如圖13－2所示，相鄰兩點的里程相減即可求得它們之間的距離。根據(jù)地形條件，可采用直接測距法或交會法測設出墩、臺中心的位置。 (一)直接測距法 這種方法使用于無水或淺水河道。根據(jù)計算出的距離，從橋軸線的一個端點開始，用檢定過的鋼尺逐段測設出墩、臺中心，并附合于橋軸線的另一個端點上。如在限差范圍之內(nèi)，則依據(jù)各段距離的長短按比例調(diào)整已測設出的距離。在調(diào)整好的位置上訂一個小釘，即為測設的點位。 如用光電測距儀測設，則在橋軸線起點或終點架設儀器，并照準另一個端點。在橋

12、軸線方向上設置反光鏡，并前后移動，直至測出的距離與設計距離相符，則該點即為要測設的墩、臺中心位置。為了減少移動反光鏡的次數(shù)，在測出的距離與設計距離相差不多時，可用小鋼尺測出其差數(shù)，以定出墩、臺中心的位置。 (二)交會法 當橋墩位于水中，無法丈量距離及安置反光鏡時，則采用角度交會法。 如圖13－3所示，A、C、D位控制網(wǎng)的三角點，且A為橋軸線的端點，E為墩中心位置。在控制測量中、、、已經(jīng)求出，為已知值。AE的距離可根據(jù)兩點里程求出，也為已知。則 （13－8） （13－9） 、也可以根據(jù)

13、A、C、D、E的已知坐標求出。 在C、D點上架設經(jīng)緯儀，分別自CA及DA測設出及角，則兩方向的交點即為E點的位置。 為了檢核精度及避免錯誤，通常都用三個方向交會，即同時利用橋軸線AB的方向。 由于測量誤差的影響，三個方向不交于一點，而形成如圖13－4所示的三角形，這個三角形稱為示誤三角形。示誤三角形的最大邊長，在建筑墩、臺下部時不應大于25mm，上部時不應大于15mm。如果在限差范圍內(nèi)，則將交會點E‘投影至橋軸線上，作為墩中心的點位。 隨著工程的進展，需要經(jīng)常進行交會定位。為了工作方便，提高效率，通常都是在交會方向的延長線上設立標志，如圖13－5所示。在以后交會時即不再測設角度，而

14、是直接照準標志即可。 當橋墩筑出水面以后，即可在墩上架設反光鏡，利用光電測距儀，以直接測距法定出墩中心的位置。 二、曲線橋的墩、臺中心測設 在直線橋上，橋梁和線路的中線都是直的，兩者完全重合。但在曲線橋上則不然，曲線橋的中線是曲線，而每跨橋梁卻是直的，所以橋梁中線與線路中線基本構成了符合的折線，這種折線稱為橋梁工作線，如圖13－6所示。墩、臺中心即位于折線的交點上，曲線橋的墩、臺中心測設，就是測設工作線的交點。 設計橋梁時，為使列車運行時梁的兩側受力均勻，橋梁工作線應盡量接近線路中線，所以梁的布置應使工作線的轉(zhuǎn)折點向線路中線外側移動一段距離E，這段距離稱為“橋墩偏距”。偏距E一

15、般是以梁長為弦線的中矢的一半。相鄰梁跨工作線構成的偏角α稱為“橋梁偏角”；每段折線的長度L稱為“橋墩中心距”。E、α、L在設計圖中都已經(jīng)給出，根據(jù)給出的E、α、L即可測設墩位。 在曲線橋上測設墩位與直線橋相同，也要在橋軸線的兩端測設出控制點，以作為墩、臺測設和檢核的依據(jù)。測設的精度同樣要求滿足估算出的精度要求。 控制點在線路中線上的位置，可能一端在直線上，而另一端在曲線上（圖13－7），也可能兩端都位于曲線上（圖13－8）。與直線不同的是曲線上的橋軸線控制樁不能預先設置在線路中線上，再沿曲線測出兩控制樁間的長度，而是根據(jù)曲線長度，以要求的精度用直角坐標法測設出來。用直角坐標法測設時，是以曲

16、線的切線作為x軸。為保證測設橋軸線的精度，則必須以更高的精度測量切線的長度，同時也要精密地測出轉(zhuǎn)向角α。 測設控制樁時，如果一端在直線上，而另一端在曲線上（圖13－7），則先在切線方向上設出A點，測出A至轉(zhuǎn)點ZD5－3的距離，則可求得A點的里程。測設B點時，應先在橋臺以外適宜的距離處，選擇B點的里程，求出它與ZH（或HZ）點里程之差，即得曲線長度，據(jù)此，可算出B點在曲線坐標系內(nèi)的x、y值。ZH及A的里程都是已知的，則A至ZH的距離可以求出。這段距離與B點的x坐標之和，即為A點至B點在切線上的垂足ZD5-4的距離。從A沿切線方向精密地測設出ZD5-4,再在該點垂直于切線的方向上設出y，即得

17、B點的位置。 在設出橋軸線的控制點以后，即可據(jù)以進行墩、臺中心的測設。根據(jù)條件，也是采用直接測距法或交會法。 (一) 直接測距法 在墩、臺中心處可以架設儀器時，宜采用這種方法。 由于墩中心距L及橋梁偏角α是已知的，可以從控制點開始，逐個測設出角 度及距離，即直接定出各墩、臺中心的位置，最后再符合到另外一個控制點上，以檢核測設精度。這種方法稱為導線法。 利用光電測距儀測設時，為了避免誤差的積累，可采用長弦偏角法，或稱極坐標法。 由于控制點及個墩、臺中心點在曲線坐標系內(nèi)的坐標是可以求得的，故可據(jù)以算出控制點至墩、臺中心的距離及其與切線方向的夾角。自切線方向開始設出，再在此方向上設

18、出，如圖13-9所示，即得墩、臺中心的位置。此種方法因各點是獨立測設的，不受前一點測設誤差的影響。但在某一點上發(fā)生錯誤或有粗差也難于發(fā)現(xiàn)，所以一定要對各個墩中心距進行檢核測量。 (二) 交會法 當墩位于水中，無法架設儀器及反光鏡時，宜采用交會法。 由于這種方法是利用控制網(wǎng)點交會墩位，所以墩位坐標系與控制網(wǎng)的坐標系必須一致，才能進行交會數(shù)據(jù)的計算。如果兩者不一致時，則須先進行坐標轉(zhuǎn)換。 為了具體起見，現(xiàn)舉例說明交會數(shù)據(jù)的計算及交會方法。 在圖13-10中，A、B、C、D為控制點，E為橋墩中心。在A點進行交會時，要算出自AB、AD作為起始方向的角度及。 控制點及墩位的坐標是已知的，

19、可據(jù)以算出AE的坐標方位角 在控制網(wǎng)資料中，已知AB的坐標方位角為，AD的坐標方位角為，則 同法可求出在B、C、D各點交會時的角值。 在A點交會時，可以AB或AD作為起始方向，設出相應的角值，即得AE方向，在交會時，一般需用三個方向，當示誤三角形的邊長在容許范圍內(nèi)時，取其重心作為墩中心位置。 § 13—4 墩臺縱、橫軸線的測設 為了進行墩、臺施工的細部放樣，需要測設其縱、橫軸線。所謂縱軸線是指過墩、臺中心平行與線路方向的軸線，而橫軸線是指過墩、臺中心垂直于線路方向的軸線；橋臺的橫軸線是指橋臺的胸墻線。 直線橋墩、臺的縱軸線與線路中線的方向重合，在墩、

20、臺中心架設儀器，自線路中線方向測設90°角，即為橫軸線的方向（圖13-11）。 曲線橋的墩、臺軸線位于橋梁偏角的分角線上，在墩、臺中心架設儀器，照準相鄰的墩、臺中心，測設角，即為縱軸線的方向。自縱軸線方向測設 90°角，即為橫軸線方向（圖13-12）。 在施工過程中，墩、臺中心的定位樁要被挖掉，但隨著工程的進展，又要經(jīng)常需要恢復墩、臺中心的位置，因而要在施工范圍以外訂設護樁，據(jù)以恢復墩臺中心的位置。 所謂護樁即在墩、臺的縱、橫軸線上，于兩側各訂設至少兩個木樁，因為有兩個樁點才可恢復軸線的方向。為防破壞，可以多設幾個。在曲線橋上的護樁縱橫交錯在使用時極易弄錯所以在樁上一定要注明墩

21、臺編號。 § 13—5 橋梁施工測量 隨著施工的進展，隨時都要進行放樣工作，但橋梁的結構及施工方法千差萬別，所以測量的方法及內(nèi)容也各不相同?？偟膩碚f，主要包括基礎放樣、墩、臺放樣及架梁時的測量工作。 中小型橋梁的基礎，最常用的是明挖基礎和樁基礎。明挖基礎的構造如圖13-13所示，它是在墩、臺位置處挖出一個基坑，將坑底平整后，再灌注基礎及墩身。根據(jù)已經(jīng)設出的墩中心位置，縱、橫軸線及基坑的長度和寬度，測設出基坑的邊界線。在開挖基坑時，如坑壁需要有一定的坡度，則應根據(jù)基坑深度及坑壁坡度設出開挖邊界線。邊坡樁至墩、臺軸線的距離D（圖13-14）依下式計算： 式中 b——坑底的長度或?qū)?/p>

22、度； h——坑底與地面的高差； m——坑壁坡度系數(shù)的分母。 樁基礎的構造如圖13-15所示，它是在基礎的下部打入基樁，在樁群的上部灌注承臺，使樁和承臺連成一體，再在承臺以上修筑墩身。 基樁位置的放樣如圖13-16所示，它是以墩、臺縱、橫軸線為坐標軸，按設計位置用直角坐標法測設。在基樁施工完成以后，承臺修筑以前，應再次測定其位置，以作竣工資料。 明挖基礎的基礎部分、樁基的承臺以及墩身的施工放樣，都是先根據(jù)護樁測設出墩、臺的縱、橫軸線，再根據(jù)軸線設立模板。即在模板上標出中線位置，使模板中線與橋墩的縱、橫軸線對齊，即為其應有的位置。 墩、臺施工中的高程放樣，通常都在墩臺附近設立一

23、個施工水準點，根據(jù)這個水準點以水準測量方法測設各部分的設計高程。但在基礎底部及墩、臺的上部，由于高差過大，難于用水準尺直接傳遞高程時，可用懸掛鋼尺的辦法傳遞高程。 架梁是建造橋梁的最后一道工序。無論是鋼梁還是混凝土梁，都是預先按設計尺寸做好，再運到工地架設。 梁的兩端是用位于墩頂?shù)闹ё?，支座放在底板上，而底板則用螺栓固定在墩、臺的支承墊石上。架梁的測量工作，主要是測設支座底板的位置，測設時也是先設計出它的縱、橫中心線的位置。支座底板的縱、橫中心線與墩、臺縱橫軸線的位置關系是在設計圖上給出的。因而在墩、臺頂部的縱橫軸線設出以后，即可根據(jù)它們的相互關系，用鋼尺將支座底板的縱、橫中心線設放出來。