5-4桥梁工程施工测量1

262第四章桥梁工程施工测量4-1桥梁施工控制网的布设一、概述任何一项测量工作都必须遵循从整体到局部的原则。桥梁施工测量也不例外。桥梁施工开始之前，必须在桥址地区建立统一的施工控制基准，布设施工控制网。结合桥梁工程的结构、形状和施工特点，桥梁施工控制网的作用主要用于桥墩放样和主梁架设。根据桥梁的桥长、桥式、跨度大小的不同，它们的桥墩放样精度要求和主梁架设精度亦有差别。一般来讲，桥址地区在勘测设计阶段已有测量控制网，但精度要求、点的密度等方面都无法满足放样桥墩的要求，因此，必须建立桥梁施工控制网。为了满足桥梁不同施工阶段、不同施工部位和结构的施工放样需要，桥梁施工控制网一般布设成控制整个桥址地区的首级控制网（常称为主网），在主网下面加密供直接满足施工放样的插点或插网，在局部工程地区，有时还需要布设分部工程施工控制网。主网的主要作用是桥梁施工期间的整体控制，在插点、插网受到破坏时也可用于恢复其位置。因此，要求主网图形简单而又有足够的强度和精度，点位必须稳定。如有条件，尽可能利用它们直接放样桥墩。插网（点）的作用是直接用于放样桥墩，因此，它们布置在距桥墩较近的岸边，以便于用前方交会法放样时有较好的图形。随着全站仪的普及应用，采用极坐标法和三维坐标法进行桥墩放样，给插网（点）的布置带来很大的灵活性。与一般桥梁相比较，斜拉桥的结构比较复杂，为了满足高塔柱和主梁的施工要求，在施工过程中必须建立分部工程施工控制网。它必须以主网控制为依据，进行联测和定期检测。其具体布设办法在以后有关的章节中具体叙述。测量仪器的更新和测量方法的改进，给桥梁控制网的布设带来很大的灵活性。近几年来，GPS技术用于建立桥梁施工控制网逐渐增多，由于该方法具有全天候作业，不需要控制点之间的相互通视等优点，在建立跨越大江、大河或海域等视线较长的控制网、或由于天气条件影响通视的特大型桥梁控制网时，就更加显示出该方法的优越性。并且，应用该技术对控制网进行加密时，对控制点的增补提供了统一的坐标基准，减少了变形分析的困难。一般来讲，桥梁施工工期较长，限于桥址地区的条件，大量的控制点（包括主网和插点）多位于江河岸边或大堤附近，其地形条件并不十分稳定，随着时间的变化，点位有可能发生变化，因此，在施工期间必须进行复测，以确定控制点的稳定性和变化情况，这是确保测量成果质量的重要工作。控制网的复测周期应根据工程施工进度、工期等，结合桥墩中心检测的要求情况确定。与平面控制测量一样，在桥梁施工期间同样也必须在桥址区建立统一的高程控制基准，它是整个桥梁施工期间全桥的高程控制系统。对于跨越大江、大河的大型桥梁工程，统一两岸的高程控制进行高程联测显得更加重要。高程联测通常采用跨河水准测量方法，根据其地263形条件，也可以采用微倾螺旋法或经纬仪倾角法。现代测量仪器的发展和精度的提高，利用电磁波三角高程法也能达到较高的精度，可以满足桥梁高程施工放样的要求，且具有作业方便、简单等优点。为了克服桥墩施工误差对主梁架设的影响，并检查验收已完工程的施工质量，在桥墩竣工后和主梁架设之前，应进行全桥贯通测量（有时也称为全桥联测），即实际测量各桥墩中心的竣工位置。根据联测后的成果，当偏差在设计允许范围内时，对墩台中心位置和高程进行调整，并以调整后的位置作为主梁架设的依据。二、桥梁施工控制网布设形式在桥梁施工中，控制网的主要任务在于测定桥轴线的长度，并精确地放样桥墩、桥台的位置和跨越结构的各个部分，同时要随时检查施工质量。一般来讲，对于中小型桥，由于河窄水浅，桥台、桥墩间的距离可用直接丈量的方法进行放样，或利用桥址勘测阶段的测量控制作为施工放样的依据。但是，对于大桥或特大桥来说，用勘测阶段的测量控制来进行施工放样，一般就不能满足要求，必须建立平面和高程控制网，作为施工放样的依据。大桥或特大桥跨越的江河，通常河宽水深，放样工作一般多采用前方交会法或极坐标法。因此，在桥梁建设地区常布设专用的三角网或导线网作为桥梁施工的平面控制网。根据地形条件，桥梁三角网一般布设成如图5-4-1所示。图5-4-1桥梁三角网（a）为大地四边形，（b）为双大地四边形，（c）为中点多边形。图形的选择主要取决于桥长（或河宽）、设计要求、仪器设备和地形条件。桥梁施工控制网的布设，除满足一般三角测量的要求外，还要注意三角点不被水淹没，施工过程中便于保存，尽量避开施工区和堆放材料的地方。三角网中各点的布设应满足下列要求：1．图形简单并有足够的强度，以使所得的两桥台间距离的精度满足施工要求，并能用这些三角点以足够精度进行桥墩放样。当主网的三角点不够用时，还可根据需要增设插点。2．为了使三角网与桥轴线联系起来，应在河流两岸的桥轴线上各设立一个三角点（即将桥轴线作为三角网的一条边），三角点与桥台设计位置相距不应太远，以方便桥台的放样及保证两桥台间距离的精度要求。放样桥墩时，需要在桥轴线上的三角点上安置仪器进行交会或测量距离，以减少垂直于桥轴线方向的误差。3．桥梁三角网在施工过程中是经常要用到的。建筑各桥墩的工作历时很长，放样工作也很频繁，因此如能消除对中和照准点的偏心误差即可使放样工作大为便利。一般的大型桥梁施工控制点都是用固定观测墩的形式，如济南市纬六路斜拉桥五个主桥控制点都是固定观264测墩。4、桥梁三角网的边长与河宽有关，一般在0.5～1.5倍河宽的范围内变动。由于三角网的边长较短，一般直接丈量三角网的边长作为基线。为了提高三角网的精度，使其有较多的检核条件，在没有测距仪的情况下，通常丈量两条基线，两岸各设一条。如因地形条件限制，也可将两条基线布设在同一岸上。基线长度一般不小于桥轴线70%，特殊情况也不应小于50%。另外，当地形条件许可时，应使基线长度为基线尺的整数倍，这样可以避免用短尺丈量余长。此外，宜在基线上多设几个节点，埋设标石，以便用于交会近岸桥墩。当然，由于目前全站仪及测距仪的广泛使用，桥梁三角网基本上是用边角网的形式进行实测和平差的，因此可不受上述条件的限制。桥梁三角网的布设也比较灵活，布点时只要避开障碍物及将要建成的墩台，同时便于观测和施工放样即可。显然桥梁施工平面控制网不再受形式所限制。当有较长的引桥时，一般应将桥梁施工平面控制网布设成主网、副网形式，即主桥是采用以大地四边形为主的边角网，引桥采用从主网边出发的精密导线。例如，我国已建成或正在建设的桥梁施工平面控制网，除了南京长江大桥采用中点多边形主、引桥整体控制如图5-4-2(a)之外，其余均采用大地四边形为主网控制主桥，引桥另设导线网作副网，如图5-4-2(b)为京福高速公路济南黄河二桥施工控制网。a南京长江大桥三角网图b济南黄河二桥施工控制网图5-4-2大型桥梁三角网三、桥梁施工控制网的精度确定为了满足桥梁施工放样的要求，达到建立桥梁施工控制网的预期目的，控制网必须有足够的精度。如何确定控制网精度，目前存在着按桥式（上部结构）、桥长以及桥墩中心点点位误差式（下部结构）等不同方法来确定。1．根据上部结构的架设误差（它与桥长、桥跨及桥式有关）来确定三角网的必要精度265三角网的精度与桥长有关，但不是唯一的决定因素。另外，还应考虑桥跨度大小以及上部结构的形式。上部结构的形式一般分为简支梁和连续梁。简支梁在一端桥墩上设固定支座，另一端桥墩上设活动支座。连续梁只在一个桥墩上设固定支座，其余桥墩上设活动支座，如图5-4-3所示。Δ固定支座；〇活动支座（a）连续梁(b)简支梁图5-4-3桥梁上部结构形式根据《钢梁验收规范》的规定，钢梁各杆件长度的误差，不超过其设计长度的1/5000，可将此误差视为极限误差，支座垫板的安装限差为±5㎜。由温度变化而引起的杆件伸缩有一定的规律，可以认为是系统性的，在桥梁设计时应根据桥跨的大小和桥梁结构的型式以及桥梁所在地区的温度变化幅度进行计算，从而确定梁端应该留有的钢梁伸缩空隙。若预留的空隙比设计上要求的大时，可以吸收上述钢梁的制造误差、支座垫板的安装误差以及测量或其它施工误差。若预留的空隙完全与设计一样，这时测量人员必须精确地控制两桥台间的距离，以使钢梁的安装工作顺利进行。为了确定三角网的精度，可按钢梁制造的误差和支座垫板安装的误差推算每联或每孔的极限误差，然后再利用误差传播定律计算全桥钢梁架设的极限误差。设极限误差等于二倍中误差，即可求得全桥钢梁架设的中误差。要使测量误差不致于影响工程质量，可取三角测量误差为钢梁架设误差的21，以求得三角网在桥轴线上边长相对中误差。例1．某地大桥为桁梁钢桥，共有九孔。每孔间距为160m，每孔分10个节间，其上、下弦杆的长度为16m，此大桥为连续桁梁，三孔为一联，联与联之间的支座中心距为2m。所以全桥总长D＝160×9+2×2.0＝1444m。两桥台支座及联与联间的支座安装限差均为±5㎜，每节间的极限差为16000/5000＝±3.2㎜。而每联的极限误差可按下式计算：222215000SnN（5-4-1）式中δ1和δ2为支座安装限差，N为一联的孔数，S为上、下弦杆长，n为每孔上（下）弦杆数。将上述数据代入（5-4-1）式，即可算出每联的极限误差：mm9.1855000160001035222全桥钢梁架设的极限误差为：mmD339.1833则全桥钢梁架设的相对中误差为：2668800011444000233DmD为了使三角测量误差不致于影响工程质量，取三角测量误差为钢梁架设误差的21，则三角网在桥轴线上的边长相对中误差应不低于1/124000。例2．如果该大桥的桥式不是连续的，而是由九孔160m的简支梁组成，墩上支座间的中心距设为1m，其它条件同上例所述。全桥总长mD1448189160，由（5-4-1）式算得每孔的极限误差为：mm125500016000105222全桥钢梁架设的极限误差为：mmD36129则全桥钢梁架设的相对中误差为：8000011448000236DmD仿例1，可求得三角网在桥轴线上的边长相对中误差应不低于1/114000。例3．如果该大桥为18孔80m的简支梁组成，节间长度为16m，墩上支座间的中心距也为1m，其它条件同上。全桥总长D＝18×80+17×1＝1457m，由式（5-4-1）算得的每孔的极限误差为mm10550001600055222全桥钢梁架设的极限误差为：mmD431018则全桥钢梁架设的相对中误差为：6800011457000243DmD仿例1，可求得三角网在桥轴线上的边长相对中误差应不低于1/96000。通过上面三个例子可以清楚地看出，桥长为1450m左右的桥梁，由于桥式不同及桥跨不同，对三角网的精度要求也不相同：连续梁比简支梁精度要求高，大跨度比小跨度精度要求高。2．根据桥墩放样的容许误差分析施工控制网的必要精度在桥墩的施工中，从基础至墩台顶部的中心位置要根据施工进度随时放样确定，常用的放样方法是采用三方向交会法、极坐标法和三维坐标法。但是，无论采用何种放样方法，由于放样的误差，使得实际位置与设计位置存在着一定的偏差。根据桥墩设计理论，当桥墩中心偏差在±20mm内时，产生的附加力在容许范围之内。267因此，目前在《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中，对桥墩支座中心点与设计里程纵向容许偏差作了规定，对于连续梁和跨度大于60m的简支梁，其容许偏差为±15mm，对于跨度小于60m的简支梁，容许偏差为±10mm。上述容许偏差，即可作为确定桥梁施工控制网必要精度时的依据。在桥墩的施工放样过程中，引起桥墩点位误差的因素包括两部分：一部分是控制测量误差的影响，另一部分是放样测量过程中的误差，它们可用下式表示：222放控mm（5-4-2）式中控m－为控制点误差对放样点处产生的影响；放m－为放样误差。在一般情况下，控制点误差与对放样点处产生的影响是不相等的，在布设施工控制网和选择放样方法时，应尽可能使两者相近。因此，为分析问题的简化，可取两者数值上相等，但在具体意义上是有