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(shè)及測量 2 二、高程控制點的布設(shè)及測量 4 §13－3 橋梁墩、臺中心的測設(shè) 4 一、直線橋的墩、臺中心測設(shè) 4 二、曲線橋的墩、臺中心測設(shè) 6 § 13—4 墩臺縱、橫軸線的測設(shè) 8 § 13—5 橋梁施工測量 9 建設(shè)一座橋梁，需要進(jìn)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(jìn)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(xì)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(gòu)件一般都在工廠制造，在現(xiàn)場進(jìn)行拼接和安裝，這就對測量工作提出了十分嚴(yán)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(shè)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(shù)規(guī)則》中，根據(jù)梁的結(jié)構(gòu)形式、施工過程中可能產(chǎn)生的誤差，推

3、導(dǎo)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(shè)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(shè)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(jìn)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(shè)，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(shè)成如圖13－1所示的形式。 選擇控制點時，應(yīng)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(yīng)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(shè)標(biāo)石及刻有“

6、十”字的金屬中心標(biāo)志。如果兼作高程控制點使用，則中心標(biāo)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(shù)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(dāng)即可。 由于橋梁三角網(wǎng)一般都是獨立的，沒有坐標(biāo)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(biāo)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(shè)計里程即為該點的X坐標(biāo)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(jìn)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(biāo)不得變更。 二、高程控制點的布設(shè)及測量 在橋梁的施工階段，為了作為放樣的高程依據(jù)，應(yīng)建立高程

9、控制，即在河流兩岸建立若干個水準(zhǔn)基點。這些水準(zhǔn)基點除用于施工外，也可作為以后變形觀測的高程基準(zhǔn)點。 水準(zhǔn)基點布設(shè)的數(shù)量視河寬及橋的大小而異。一般小橋可只布設(shè)一個；在200m以內(nèi)的大、中橋，宜在兩岸各布設(shè)一個；當(dāng)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(shè)置兩個。 水準(zhǔn)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(hù)外，根據(jù)地質(zhì)條件，可采用混凝土標(biāo)石、鋼管標(biāo)石、管柱標(biāo)石或鉆孔標(biāo)石。在標(biāo)石上方嵌以凸出半球狀的銅質(zhì)或不銹鋼標(biāo)志。 為了方便施工，也可在附近設(shè)立施工水準(zhǔn)點，由于其使用時間較短，在結(jié)構(gòu)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(zhǔn)點與線路水準(zhǔn)點應(yīng)采用同一高程系統(tǒng)。與線路水準(zhǔn)點連測的精度不需要很高，當(dāng)包括引橋在內(nèi)的橋長小于500m時，可用四等水準(zhǔn)連測，大于500m時可用三等水準(zhǔn)進(jìn)行測量。但橋梁本身的施工水準(zhǔn)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(dāng)跨河距離大于200m時，宜采用過河水準(zhǔn)法連測兩岸的水準(zhǔn)點。跨河點間的距離小于800m時，可采用三等水準(zhǔn)，大于800m時則采用二等水準(zhǔn)進(jìn)行測量。 §13－3 橋梁墩、臺中心的測設(shè) 在橋梁墩、臺的施工過程中，首要的是測設(shè)出墩、臺的中心位置，其測設(shè)數(shù)據(jù)是根據(jù)控制點坐標(biāo)和設(shè)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(shè)或交會的方法。

11、 一、直線橋的墩、臺中心測設(shè) 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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)出的距離。在調(diào)整好的位置上訂一個小釘，即為測設(shè)的點位。 如用光電測距儀測設(shè)，則在橋軸線起點或終點架設(shè)儀器，并照準(zhǔn)另一個端點。在橋

12、軸線方向上設(shè)置反光鏡，并前后移動，直至測出的距離與設(shè)計距離相符，則該點即為要測設(shè)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(shè)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(dāng)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(biāo)求出。 在C、D點上架設(shè)經(jīng)緯儀，分別自CA及DA測設(shè)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(yīng)大于25mm，上部時不應(yīng)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(jìn)展，需要經(jīng)常進(jìn)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(shè)立標(biāo)志，如圖13－5所示。在以后交會時即不再測設(shè)角度，而

14、是直接照準(zhǔn)標(biāo)志即可。 當(dāng)橋墩筑出水面以后，即可在墩上架設(shè)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(shè) 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(gòu)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(shè)，就是測設(shè)工作線的交點。 設(shè)計橋梁時，為使列車運行時梁的兩側(cè)受力均勻，橋梁工作線應(yīng)盡量接近線路中線，所以梁的布置應(yīng)使工作線的轉(zhuǎn)折點向線路中線外側(cè)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(gòu)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(shè)計圖中都已經(jīng)給出，根據(jù)給出的E、α、L即可測設(shè)墩位。 在曲線橋上測設(shè)墩位與直線橋相同，也要在橋軸線的兩端測設(shè)出控制點，以作為墩、臺測設(shè)和檢核的依據(jù)。測設(shè)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(yù)先設(shè)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(biāo)法測設(shè)出來。用直角坐標(biāo)法測設(shè)時，是以曲

16、線的切線作為x軸。為保證測設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)B點時，應(yīng)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(biāo)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(biāo)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(shè)出ZD5-4,再在該點垂直于切線的方向上設(shè)出y，即得

17、B點的位置。 在設(shè)出橋軸線的控制點以后，即可據(jù)以進(jìn)行墩、臺中心的測設(shè)。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(shè)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(shè)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(shè)精度。這種方法稱為導(dǎo)線法。 利用光電測距儀測設(shè)時，為了避免誤差的積累，可采用長弦偏角法，或稱極坐標(biāo)法。 由于控制點及個墩、臺中心點在曲線坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)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(shè)出，再在此方向上設(shè)

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(shè)的，不受前一點測設(shè)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(jìn)行檢核測量。 (二) 交會法 當(dāng)墩位于水中，無法架設(shè)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(biāo)系與控制網(wǎng)的坐標(biāo)系必須一致，才能進(jìn)行交會數(shù)據(jù)的計算。如果兩者不一致時，則須先進(jìn)行坐標(biāo)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(jìn)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(biāo)是已知的，

19、可據(jù)以算出AE的坐標(biāo)方位角 在控制網(wǎng)資料中，已知AB的坐標(biāo)方位角為，AD的坐標(biāo)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(shè)出相應(yīng)的角值，即得AE方向，在交會時，一般需用三個方向，當(dāng)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(shè) 為了進(jìn)行墩、臺施工的細(xì)部放樣，需要測設(shè)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(shè)儀器，自線路中線方向測設(shè)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(shè)儀器，照準(zhǔn)相鄰的墩、臺中心，測設(shè)角，即為縱軸線的方向。自縱軸線方向測設(shè) 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(jìn)展，又要經(jīng)常需要恢復(fù)墩、臺中心的位置，因而要在施工范圍以外訂設(shè)護(hù)樁，據(jù)以恢復(fù)墩臺中心的位置。 所謂護(hù)樁即在墩、臺的縱、橫軸線上，于兩側(cè)各訂設(shè)至少兩個木樁，因為有兩個樁點才可恢復(fù)軸線的方向。為防破壞，可以多設(shè)幾個。在曲線橋上的護(hù)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(jìn)展，隨時都要進(jìn)行放樣工作，但橋梁的結(jié)構(gòu)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。總的來說，主要包括基礎(chǔ)放樣、墩、臺放樣及架梁時的測量工作。 中小型橋梁的基礎(chǔ)，最常用的是明挖基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。明挖基礎(chǔ)的構(gòu)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(chǔ)及墩身。根據(jù)已經(jīng)設(shè)出的墩中心位置，縱、橫軸線及基坑的長度和寬度，測設(shè)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(yīng)根據(jù)基坑深度及坑壁坡度設(shè)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(chǔ)的構(gòu)造如圖13-15所示，它是在基礎(chǔ)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(biāo)軸，按設(shè)計位置用直角坐標(biāo)法測設(shè)。在基樁施工完成以后，承臺修筑以前，應(yīng)再次測定其位置，以作竣工資料。 明挖基礎(chǔ)的基礎(chǔ)部分、樁基的承臺以及墩身的施工放樣，都是先根據(jù)護(hù)樁測設(shè)出墩、臺的縱、橫軸線，再根據(jù)軸線設(shè)立模板。即在模板上標(biāo)出中線位置，使模板中線與橋墩的縱、橫軸線對齊，即為其應(yīng)有的位置。 墩、臺施工中的高程放樣，通常都在墩臺附近設(shè)立一

23、個施工水準(zhǔn)點，根據(jù)這個水準(zhǔn)點以水準(zhǔn)測量方法測設(shè)各部分的設(shè)計高程。但在基礎(chǔ)底部及墩、臺的上部，由于高差過大，難于用水準(zhǔn)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(yù)先按設(shè)計尺寸做好，再運到工地架設(shè)。 梁的兩端是用位于墩頂?shù)闹ё危ё旁诘装迳?，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(shè)支座底板的位置，測設(shè)時也是先設(shè)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(guān)系是在設(shè)計圖上給出的。因而在墩、臺頂部的縱橫軸線設(shè)出以后，即可根據(jù)它們的相互關(guān)系，用鋼尺將支座底板的縱、橫中心線設(shè)放出來。