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1、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,
2、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
3、(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。,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
4、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131(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131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
5、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。,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23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
6、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
7、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。
8、 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132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
9、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133所示,A、C、D位控制网的
10、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。,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134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。
11、 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135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136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
12、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称为“桥梁偏角”;每段折线的长度L称为“桥墩中心距”。E、L在设计图中都已经给出,根据给出的E、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137),也可能两端都位于曲线上(图138)。与直线不同的
13、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,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137),则先在切线方向上设出A点,测出A至转点ZD53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
14、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
15、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、
16、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AD作为起始方向,设出相应的角值,即得AE方向,在交会时,一般需用三个方向,当示误三角形的边长在容许范围内时,取其重心作为墩中心位置。,墩台纵、横轴线的测设,为了进行墩、台施工的细部放样,需要测设其纵、横轴线。所谓纵轴线是指过墩、台中心平行与线路方向的轴线,而横轴线是指过墩、台中心垂直于线路方向的轴线;桥台的横轴线是指桥台的胸墙线。 直线桥墩、台的纵轴线与线路中线的方向重合,在墩、台中心架设仪器,自线路中线方向测设90角,即为横轴线的方向(图13-11)。,