10-第十章-桥梁工程测量

第十章桥梁工程测量主要内容桥梁结构基本知识桥址选线测量桥梁施工控制测量桥墩台基础的施工放样大型斜拉桥、悬索桥高塔柱施工测量大型斜拉桥索道精密定位测量重点桥梁勘测、施工及运营阶段的测量工作大型桥梁高塔施工测量10.1桥梁结构基础知识一、桥梁的组成部分及概念(1)荷载——桥梁所承受的重力（竖直的）或外力（竖直的或水平的），叫做荷载；（2）承重结构——起承受重力作用的部分叫做承重结构。桥面与承重结构统称桥的上部结构。（3）桥墩——支撑承重结构的支承物称作桥墩；（4）桥台——岸边的支承物兼挡墙称作桥台。（5）下部结构——桥墩与桥台统称为桥的下部结构。（6）上部结构称作跨越结构或桥跨结构；（7）下部结构称作支承结构。10.1桥梁结构基础知识二、桥梁的分类（1）按使用性分：公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥等。（2）按跨径大小和多跨总长分为：特大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞。特大桥：多孔跨径总长≥500米，单孔跨径≥100米大桥：多孔跨径总长≥100米，单孔跨径≥40米中桥：30米多孔跨径总长100米，20≤单孔跨径40米小桥：8米≤多孔跨径总长≤300米，5单孔跨径20米涵洞：多孔跨径总长8米，单孔跨5米（3）按行车道位置分为：上承式桥、中承式桥、下承式桥。（4）按承重构件受力情况可分为：梁桥、板桥、拱桥、钢结构桥、吊桥、组合体系桥（斜拉桥、悬索桥）。（5）按使用年限可分为：永久性桥、半永久性桥、临时桥。（6）按材料类型分为：木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥。铁路钢衍梁组成部分的示意图桥墩与桥台的浅基础和深基础一、桥址平面地形测绘（一）测绘范围（1）原则：满足设计桥梁孔径、桥头路堤和导流建筑物和施工场地的需要，个别情况下应满足水工模型试验之用。（2）范围1）顺线路方向：最高洪水位或设计水位以上0.5～1.0m，对于平坦地区河滩过宽时测绘范围不应小于桥梁全长加导流堤并稍有余量。2）上下游方向测量长度根据实际需要而定，亦可考虑上游测至3B槽+0.12B滩，下游测至1.5B槽+0.06B滩，（式中，B槽为河槽宽度，B滩为二岸河滩宽度之和）；平坦地区上游测至桥长的2倍且大于200m，下游为桥长的1～1.5倍且大于100m；对于改建既有线或增建第二线，施测范围应酌情增减。10.2桥址选线测量（二）测绘内容（1）地形、地物、地貌、水下地形图（2）线路导线、中线、既有线中线、桥梁和导流建筑物平面、桥头控制桩（3）水准基点、农田分类及边界（4）历史最高洪水泛滥线、水流方向（5）地质测绘地形等高线间距，平坦地区0.5～2.0m，困难地区5～10m；10.2桥址选线测量（三）测量方法陆上地形测量水下地形（直接法、简易断面索法、迂回测深法、三船并进法、悬空断面索，绞索拉船）（1）直接法：直接用皮尺或绳尺量距，花杆或竹竿测深。10.2桥址选线测量（2）简易断面索法水道断面的测量，是在断面上布设一定数量的测深垂线，如图，施测各条垂线的水深，同时测得每条测深垂线与岸上某一固定点（断面的起点桩，一般设在左岸）的水平距离（称为起点距），并同时观测水位，用施测时的水位减去水深，得到各测深垂线处的河底高程。测深杆测深锤回声测深仪测量示意图10.2桥址选线测量（3）悬空断面索：①断面索法：断面索法是在断面上架设钢丝缆索，每隔适当距离做上标记，并事先测量好它们的位置，测量水深的同时，直接在断面索上读出起点距。这种方法适合于河宽较小、水上交通不多、有条件架设断面索的河道测站，精度较高。10.2桥址选线测量绘制桥址平面地形图桥址平面地形图一般为比例尺1∶500～1∶5000桥梁测量工作贯穿于建桥始末。设计前必须进行桥位图、桥址地形图的测量工作，施工阶段须建立控制网，跨河水准测量，放样桥台、桥墩及测量桥梁中线，竣工后进行变形测量。勘测设计阶段：为了选择桥址，需要搜集比例尺为1:25000或1:50000的地形图，为桥梁设计需测绘较大比例尺(1:10000)的桥渡位置图及1:1000或1:500的桥址地形图，并选择水文断面测定水深、流向、流速及计算流量。10.2桥址选线测量二、桥址纵断面及辅助断面测量1．测绘范围两岸应测宽度根据路肩高程而定，以满足在图上足够布置全部桥孔及导流堤的需要为原则，包括导流堤在桥址中线上的投影长度，并能设计桥头填土。10.2桥址选线测量路肩最高水位或设计水位二、桥址纵断面及辅助断面测量1．测绘范围如两岸或一岸为山地时（包括高架桥），以在图上能正确决定桥址及台尾附属工程为原则。特大桥及大中桥两岸应埋设桥址控制桩作为桥址定测和施工复测的依据，其位置不受洪水淹没，必要时应设立护桩或中线方向桩。10.2桥址选线测量2．测量方法及精度尽量在线路中线测量，按要求一次完成。如线路中线加桩不足，可根据中线桩在地形变化处加密。测点距离：在山区不得大于5m，平坦地区不得大于20～40m。加桩高程施测误差不得大于±0.1m，与水准点闭合差的限差为（L以km计）。3．绘制桥址纵断面图绘制桥址纵断面图测绘比例尺为1∶200～1∶500，特长桥可采用1∶1000。二、桥址纵断面及辅助断面测量10.2桥址选线测量辅助断面•1.线路走行于陡峻的山坡地段，为了防止桥址线路纵断面在设计中发生墩台基础有落空现象，可根据实际需要加测上、下游平行于桥址线路纵断面的辅助断面，间距一般为3～5m。该项断面与资料应与桥址线路纵断面合并绘制，其中桥址线路纵断面用实线表示，上、下游断面用虚线表示，并注明与线路纵断面的距离。•2.对于小桥，为了正确布置陡坡建筑物，上、下游可加测顺沟方向河床纵断面，上游应连接原沟心，下游也连接原沟心或接至有出路之处。当需要计算水深，判断水流状态或考虑蓄水情况时，应加测河床纵坡和下游原沟槽有代表性横断面。二、桥址纵断面及辅助断面测量10.2桥址选线测量三、既有桥梁丈量•1.需进行技术改造的大中桥或修建第二线桥与既有桥有关联时，既有大中桥应进行丈量挖探基础，内容包括上、下部结构尺寸、墩台中心线与线路中心线的关系、各部位高程、结构病害和病害部位等。•2.既有桥墩台需要加高在0.4m以内，或运营情况良好，与增建第二线桥无影响时，其基础部分可不进行挖探。•3.确定原式利用的或经调查研究确定报废的既有桥，只丈量主要尺寸，绘制轮廓尺寸图，注明中心里程和主要部分高程。10.2桥址选线测量三、既有桥梁丈量•4.桩基、沉井及气压沉箱等深基础既有桥应尽量了解其确实类型、顶部尺寸及埋置深度，不进行挖探。•5.小桥需丈量主要尺寸，需改建检算和对增建第二线桥有影响时，应挖探基础，以取得基础埋置深度及襟边尺寸等有关资料。•6.需改建或加固的桥梁缺少所需的隐蔽部分尺寸或控制新旧桥梁线间距的基础尺寸时，应进行必要的开挖和丈量。同一线路同类型的桥梁，可选择有代表性的进行开挖和丈量。10.2桥址选线测量一、概述布设形式——分级布设：首级控制网——主要控制桥的轴线；为了满足施工中放样每个桥墩的需要二级控制网——在首级网下需要加设一定数量的插点或插网构成。二级控制网的精度应不低于首级网。高程控制网——提供具有统一高程系统的施工控制点。10.3桥梁施工控制测量二、桥轴线长度和桥梁墩台定位必要精度的确定桥梁控制网是为保证桥轴线的放样、桥梁墩台中心定位和轴线测设的精度而布设。因此，首先要知道桥轴线长度、墩台中心定位精度要求的计算方法。(一)根据桥梁跨越结构的架设误差确定桥轴线长度的精度（1）误差来源：1）制造误差2）拼装和安装误差3）架设误差10.3桥梁施工控制测量（2）桥梁跨越结构的形式简支梁——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——只在一个桥墩上设活动支座。（3）误差分析《铁路钢桥制造规则》规定：钢桁梁节间长度制造容许误差为±2mm，两节间拼装孔距误差为±0.5mm，则每一节间的制造和拼装误差为：（一般取2mm）mmmml12.25.022210.3桥梁施工控制测量由n个节间拼装的桁式钢梁构成一跨或一联，其长度误差包括拼装误差ΔL和支座安装容许误差δ，对于连续梁及长跨（＞64m）简支钢桁梁长度拼装误差按规范取为：而目前一般取δ=±7mm。故每跨（联）钢梁安装后的容许误差为：2lnL2222lnLd10.3桥梁施工控制测量而对于钢板梁及短跨（≤64m）简支钢桁梁、钢筋混凝土梁与预应力混凝土梁等结构形式，其长度拼装误差ΔL按规范取为：式中L为梁长。故这时计算每跨（联）钢梁安装后的容许误差为：设桥梁全长有N跨（联），则对于等跨的情况其全长的极限误差：LL000512222)0005(LLddND10.3桥梁施工控制测量对于不等跨时其全长的极限误差：取1/2的极限误差为中误差，则全桥轴线长的相对中误差为：对长度相同的桥梁，桥式及跨不同，精度要求也不相同。一般来说，连续梁比简支梁精度要求高，大跨距比小跨距精度要求高。22221ndddDDDDmD210.3桥梁施工控制测量（二）桥梁墩台中心放样的精度要求钢梁墩台中心在桥轴线方向的位置中误差不应大于1.5cm～2.0cm。（三）平面控制网精度估算（1）根据“控制点误差对放样点位不发生显著影响”的原则确定控制网的精度设M为放样后所得点位的总误差；m1为控制点误差所引起的点位误差；m2为放样过程中所产生的点位误差。10.3桥梁施工控制测量22122221)/(1mmmmmM当控制点误差m1所引起的放样误差m2为总误差的0.4倍时，则m1使放样点位总误差仅增加1/10，即控制点误差对放样点位不发生显著影响。同时易知m2=0.9M。现在，若考虑以桥墩中心在桥轴线方向的位置中误差不大于2.0cm作为研究控制网必要精度的起算数据，由上面的分析，要求m10.4M=0.4×20=8（mm）。此即为放样墩台中心时控制网误差的影响应满足的要求。由此算出放样的精度应达到的要求是m20.9M=0.9×20=18（mm）。10.3桥梁施工控制测量三、桥梁平面高程控制网的建立★建立平面控制网的目的：▲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。10.3桥梁施工控制测量原则要求：（1）图形尽量简单，未知数的协因数阵主对角元素应尽量小，并能用这些点按前方交会法对桥墩进行放样。（2）控制网边长与河宽有关，一般在0.5～1.5倍河宽的范围内变动。（3）将河流两岸桥轴线上的点作为控制点，两点连线作为控制网的一条边，使桥轴线与控制网紧密联系在一起。控制点与墩台设计位置相距不应太远，以方便墩台的施工放样。（4）控制点不应位于淹没地区和土壤松软地区，并尽量避开施工区，堆放材料及交通干扰的地方。（一）布设形式10.3桥梁施工控制测量•在满足桥轴线长度测定和墩台中心定位精度的前提下，力求图形简单并具有足够的强度，以减少外业观测工作和内业计算工作。•根据桥梁的大小、精度要求和地形条件，桥梁施工平面控制网的网形布设有三角网、导线网和GPS网几种形式：（一）布设形式10.3桥梁施工控制测量•三角网又可分为以下几种形式几种形式：（一）布设形式10.3桥梁施工控制测量BACDABCD图6桥梁施工平面控制网示意图(a)双三角形控制网(b)大地四边形控制网双三角形大地四边形图形适用于桥长较短而需要交会的水中墩、台数量不多的一般桥梁的施工放样BCADFEDCAEFB(a)双大地四边形控制网(b)加强型双大地四边形控制网图6桥梁施工平面控制网示意图双大地四边形加强型大地四边形图形的控制点数多、图形坚强、精度高，适用于大型、特大桥。ABCDEF图6桥梁施工平面控制网示意图大地四边形加三角形在《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。精密导线网—