公路工程测量

第13章公路工程测量13.1公路测量概述13.2公路踏勘选线及中线测量13.3圆曲线主点计算与测设13.4圆曲线细部测设13.5复合曲线与反向曲线的测设13.6缓和曲线的测设13.7路线纵断面水准测量与纵断面图的绘制13.8路线横断面水准测量与横断面图的绘制13.9公路竖曲线测设13.10土石方的计算13.1公路测量概述公路测量又称公路勘测，业务包括勘察与测量，依据公路技术标准的高低和地形复杂的程度，公路勘测分一阶段勘测与两阶勘测。1.一阶段勘测一阶段勘测主要是针对路线方案比较明确、或修建任务比较急、或技术等级较低的公路，在现场参照图上设计方案，在现场一次定测。2.定测：方案选定后，进入技术设计阶段，为技术设计阶段所进行的中线测量、纵横断面测量等详细测量，称为定测。任务：进行中线测量纵断面和横断面测量局部地区的大比例尺地形图的测绘等作用：为路线纵坡设计，工程土石方量计算等道路的技术设计提供详细的测量资料。1.初测：为公路的初步设计提供带状地形图和有关资料的踏勘测量，称为初测。任务：(1)在指定的范围内布设导线；(2)测量各方案的带状地形图和纵断面图；(3)收集沿线水文，地质等相关资料。作用：为纸上定线、编制比较方案、初步设计提供依据。2.两阶勘测14.2公路踏勘选线及中线测量14.2.1公路踏勘选线公路选线应考虑地区经济发展近期的要求，也要顾及今后发展的需要，通过图上与实地踏勘选线，达到工程造价最低，线路最优。1.图上选线收集中、小比例尺的地形图，在图上选定一条或几条较为合理的路线。2.实地踏勘选线在图上选线的基础上，沿图上选择的路线进行实地踏查。根据公路建设目的、等级，结合线路地质地形条件，确定一条最经济、最合理的路线。选线工作是一项政策性很强的工作，既要充分利用地形地物，节约用地，少占农田，保护历史文物等，又要考虑今后发展的需要。(1)平原微丘区路线，应处理好线路与农田水利、道路、村庄和其他建筑物的关系，路线应短捷、舒顺，并注意整体线形的协调和连续性。(2)越岭路线，应选择好垭口和坡面，需要展线时，应充分利用自然坡面展线，不得已时可用回头展线。(3)沿河线，应根据河岸两侧自然条件、农田、水利、居民点分布和洪水淹没等情况，确定应走的河岸及跨河换岸的位置；调查洪水位，合理控制线路高程。(4)山腰线，应布设于地形、地质、水文情况良好的一侧山坡，并应通过纵坡调整，避开支沟发育、剥蚀严重的“鸡瓜”地形和悬岩陡坡。(5)山脊线，应对分水岭各垭口进行放坡试线，确定垭口控制点，尽量利用平顺、开阔的山脊布线；如需沿分水岭侧面布设时，应按山腰线的要求处理。对于低等级公路，一般采用一阶段勘测，现场选线，在路线转折处打交点桩，编号冠以JD，即JD1、JD2、JD3、……。高等级公路采用两阶段勘测，选线由工程师执行，路线转折处插大旗。中线测量是把公路的中心线（中线）标定在实地上。从平面上看，公路一般由直线和各种曲线组成，如下图所示。14.2.2中线测量复曲线回头曲线圆曲线缓和曲线段圆曲线反向曲线中线测量的工作包括：测设公路各交点（JD）、量距和钉桩、测量路线各偏角（）及测设曲线等。如下图所示。圆曲线圆曲线缓和曲线缓和曲线ΔΔRL右转角左转角JD1JD2K0+000交点交点路线的转折点称为交点,以JD表示。当两相邻转折点之间距离较长或通视条件较差时，则要在其连线或延长线上增设一点（或数点），以传递方向，此增设点称为转点，以ZD表示。13.2.1交点与转点的测设道路经规划设计后，其起点、转折点及终点(统称为线路主点)的设计位置均已标注在总平面图上。中线在路转折处要测设曲线，以使线路顺适，行车安全。中线测量的任务就是按给定的设计位置，将这些主点测设于实地，并用木桩进行标定。1.交点的测设如下图所示，在一些有固定建筑物的地区，可根据设计交点与建筑物的位置在地形图上事先量出交点到建筑物的距离，在现场用距离交会法或直角坐标法测设出交点的实际位置。(1)根据与已有地物的关系测设交点JD15D1D2D3(2)根据导线点的坐标和交点的设计坐标测设交点按导线点的已知坐标和交点的设计坐标，事先算出有关测设数据，按极坐标法，角度交会法或距离交会法测设交点，如下图，首先计算出A8到JD16之间的距离D，以及夹角β，然后用极坐标法测设交点D16。JD16DA8A7A9β(a)放点放点常用的方法有极坐标法和支距法。极坐标法放点支距法放点12345l1l2l3β1β2β36745l4l5(3)穿线放线法测设交点当线路主点不能直接测设出、且定测中线离初测导线不远时，常采用此方法。(b)穿线穿线123AB(c)交点dbABCDJDca2.转点的测设(1)在两交点间设转点JD5，JD6为相邻而互不通视的交点，ZD´为初定转点。为检查ZD´是否在两交点的连线上，先将经纬仪安置于目估的转点ZD´上，以正、倒镜分中延长直线的方法在JD6点附近标fbaae式中：a、b距离可直接丈量或用视距测出ZDZDZDˊ出JD6´，丈量出JD6-JD6´=f，如f超过允许偏离范围，则须将测站ZD´横向移动至ZD点，移动量e：(2)延长线上设转点当在互不通视的两交点JD7、JD8的延长线上设立转点ZD时，可先将经纬仪安置于目估的转点ZD´上，分别用正、倒镜照准DJ7，并以相同竖盘位置俯视JD8，得两点后取其中点得JD8´。若JD8´与DJ8点重合，或偏差值f在容许范围之内，即可fbaaeJD8ZDˊZDJD8ZD将ZD´点作为转点。否则应丈量出JD8-JD8´=f，将测站ZD´横向移动至ZD点，移动量e可按下式计算：13.2.2路线转角的测量180L在路线的转折处，为了设置曲线通常需要测定转角。所谓转角，就是指路线由一个方向偏转至另一方向时，偏转后的方向与原来方向间的夹角，以Δ表示。如下图，偏转后的方向位于原来方向右侧时，称为右转角，如ΔR；偏转后的方向位于原来方向左侧时，称为左转角，如ΔL。当β180º时，为左转角，路钱向左转：当β180º时，为右转角，路线向右：180RJDJDβΔΔ56RLβ56路线前进方向转角通常采用J6型经纬仪，用测回法观测一个测回。两个半测回角值的不符值随公路的等级不同而定，如果符合要求，则取其平均值作为一测回的观测角值。对于高速公路、一级公路，两半测回间应变动度盘位置，半测回限差为±20，取位至1。二级及二级以下公路半测回限差为±60，取位至30（即10舍去，20、30、40取位30，50进位为1´）。转角的观测方法14.2.4里程桩的测设路线中线上设置里程桩的作用是：(1)标定路线中线的位置的长度；(2)作为施测路线纵、横断面的依据。设置里程桩的工作主要是定线、量距和打桩。距离测量可以用钢尺或测距仪。在公路中线处打桩，以表示该点至路线起点的里程，均称为里程桩。里程桩分为整桩和加桩两种。是由路线起点开始，每隔10m，20m，或50m的整倍数桩号而设置的里程桩。百米桩、公里桩属于整桩里程桩整桩：加桩是指沿中线地面起伏突变化处、横向坡度变化处以及天然河沟处等所设置的里程桩。是指曲线上设置的主点桩，即圆曲线起点（ZY）、圆曲线中点（QZ）、圆曲线终点（YZ）。是指路线上的转点（ZD）桩和交点（JD）桩。路线与其他公路、铁路、渠道、高压线等交叉处、拆迁建筑物处、土壤地质变化处加设的里程桩。是指沿中线有人工构筑物的地方，如桥梁、涵洞处。地物加桩：地形加桩：曲线加桩：关系加桩：每个桩的桩号表示该桩距路线起点的里程。如某加桩距路线起点的距离为1934.16m，则其桩号记为K1+934.16，如图a。(a)(b)(c)加桩的书写(d)里程桩尺寸(e)指示桩尺寸钉桩时，对于交点桩、转点桩以及距路线起点每隔500m处的整桩、公里桩、重要地物加桩以及曲线主点桩，均应打下断面为6cm×6cm的方桩（如图d），桩顶钉以中心钉，桩顶露出地面约2cm，并在其旁边钉一指示桩（如图e，为指示交点桩的板桩）。其余里程桩一般使用板桩，一半露出地面，为了后续工组找桩方便，指示桩的背面循环书写1～10，，并面向后面的里程桩。40cm2.5cm(d)(e)6cm40cm6cm6cm(b)(c)(a)K1+934.16K5+285.73涵ZYK1+606.8214.3圆曲线主点测设公路中线由直线、平曲线所组成。当路线由一个方向转到另一个方向时，必须用曲线来连接。曲线的形式较多，其中圆曲线(又称单曲线)是最常用的一种平曲线。曲线长L外矢距ΔΔΔ2交点ETJDT圆直点YZ曲中点QZ切线长圆心O曲线半径RZY直圆点切线长转角1.主点测设元素的计算曲线主点是：起点（直圆点ZY）、中点（曲中点QZ）、终点（圆直点YZ），如图所示。LTJSecRRSecRERLRT2)12(21802tan切曲差外矢距曲线长切线长曲线元素是：曲线长L外矢距ΔΔΔ2交点ETJDT圆直点YZ曲中点QZ切线长圆心O曲线半径RZY直圆点切线长转角2.圆曲线主点里程的计算交点的里程由中线丈量求得，由此可以根据交点的里程桩号及圆曲线测设元素推求出圆曲线各主点的里程桩号。其计算公式为：直圆点（ZY）里程=JD里程-T曲中点（QZ）里程=ZY里程+L/2圆直点（YZ）里程=QZ里程+L/2为了避免计算错误，可用下列公式检验：YZ里程=JD里程+T-J【例1】已知JD6的桩号为K5+178.64，偏角为ΔR=39º27´，设计圆曲线半径为R=120m，求各测设元素及主点编号。JD6桩号K5+178.64-T43.03ZY桩号K5+135.61+L/241.31QZ桩号K5+176.92+L/241.31YZ桩号K5+218.23检核计算:YZ桩号=JD桩号+T-JYZ桩号=K5+178.64+43.03-3.44=K5+218.23392712082.62m3437.75L3927120(sec1)7.48m2E243.02582.6243.44mJ3927120tan43.03m2T切线长曲线长外矢距切曲差曲线长L外矢距ΔΔΔ2交点ETJDT圆直点YZ曲中点QZ切线长圆心O曲线半径RZY直圆点切线长转角3.圆曲线主点的测设(1)测设曲线的起点（ZY）与终点（YZ）将经纬仪安置于交点JD桩上，分别以路线方向定向，自JD点起分别向后、向前沿切线方向量出切线长T，即得曲线的起点和终点。(2)测设曲线的中点（QZ）后视曲线的终点，测设角度得分角线方向，沿此方向从交点JD桩开始，量取外矢距E,即得曲线的中点QZ。JDQZ交点(曲中点)E218014.4圆曲线细部测设在一般情况下，当地形条件较好、曲线长度不超过40米时，只要测设出曲线的三个主点即能满足工程施工的要求。但当地形变化复杂、曲线较长或半径较小时，就要在曲线上每隔一定的距离测设一个加桩，以便把曲线的形状和位置详细地表示出来，这个过程称为曲线的细部测设。公路中线测量中加桩一般采用整桩号法，即将曲线上靠近曲线起点（ZY）的第一个桩的桩号凑成整数桩号，然后按整桩距l0向曲线的终点（YZ）连续设桩。由于地形条件、精度要求和使用仪器的不同，细部点的测设主要有以下几种方法。13.4.1切线支距法（直角坐标法）切线支距法是以曲线的起点（ZY）或终点（YZ）为坐标原点，通过曲线上该点的切线为X轴，以过原点的半径方向为Y轴，建立直角坐标系，从而测定各加桩点的方法。如下图所示。QZJDOP1P2P3P4ZYOP3JDRXYRy2x2N2φ2曲线上某点Pi的坐标可依据曲线起点至该点的弧长li计算。设曲线的半径为R，li所对的圆心角ji，则计算公式为：180sin1cos(13-9)iiiiiilRxRyRjjj为了保证测设的精度，避免y值（垂线）过长。曲线分两部分测设，即由曲线的起点和终点向中点各测设曲线的一半。【例2】已知JD的桩号为K8+745.72，转角为ΔR=53º25´20，设计圆曲线半径为R=50m，取整桩距为10m。根据公式计算或查“圆曲线函数表”可知主点测设