《桥梁测量》PPT课件.ppt

测量学 第十三章,本 章 要 点1、桥梁控制测量；（重点）2、桥梁墩台中心定位及轴线测设；（难点）3、桥梁细部放样。（重点）,桥 梁 施 工 测 量,测绘工程系,2,目 录,第一节 桥轴线长度的 确定及控制测量第二节 桥梁墩、台中 心定位及轴线测设第三节 桥梁细部放样,3,桥梁是道路工程的重要组成部分。桥梁测量工作内容：勘测选址、地形测量、施工测量、竣工测量、变形观测。桥梁：有铁路桥梁、公路桥梁、铁路公路两用桥梁以及陆地上的立交桥和高架道路。平面形状可分为直线桥和曲线桥两种，按结构形式简支梁桥、连续梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等。桥梁施工测量的方法及精度要求随桥梁轴线长度而定，内容有平面控制测量、高程控制测量、墩台定位和墩台基础及其顶部放样等。桥梁按其轴线长度分类：一般分为特大型桥（500 m）、大型桥（100500 m）、中型桥（30100 m）和小型桥（30 m）四类。,13-1 桥轴线长度的确定及控制测量,4,桥梁施工阶段的测量工作:（本章主要讨论）桥轴线长度测量；桥梁控制测量；墩台定位及轴线测设；墩台细部放样及梁部放样等。另外，还要按规范要求等级进行水准测量。对于小型桥一般不进行控制测量。铁路桥梁，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。,5,一、桥轴线长度所需精度估算桥轴线在选定的桥梁中线上，于桥头两端埋设两个控制点，两控制点间的连线称.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。估算公式：在现行的测规中，根据梁的结构形式、施工过程中可能产生的误差，推导出估算公式。1.钢筋混凝土简支梁:式中mL桥轴线（两桥台间）长度 L 的中误差（mm）；D墩中心的点位放样限差（10mm）；N跨数。,（13-1）,6,2.钢板梁及短跨（l64m）简支钢桁梁:单跨：,（13-2）,3.连续梁及长跨（l64m）简支钢桁梁单联（跨）：,（13-5）,7,桥轴线长度测量方法直线桥或曲线桥的桥轴线长度可用光电测距仪或钢卷尺直接测定。如果精度需要时或对于复杂特大桥，则应布置三角网或小三角网，进行平面控制测量，这时桥轴线长度的精度估算还应考虑利用三角点交会墩位的误差影响。,8,二、桥梁平面控制测量,为保证桥梁与相邻线路在平面位置上正确衔接，必须在桥址两岸的线路中线上埋设控制桩。桥梁平面控制测量的目的：是测定桥轴线长度并据以进行墩、台位置的放样；同时，也可用于施工过程中的变形监测。平面控制网布设形式：根据桥梁跨越的河宽及地形条件，平面控制网多布设成如图13-1所示的形式。桥位平面控制可以采用三角测量、边角测量或GPS测量的方法建立，常用桥位控制网的图形为双三角形(图13-1a)、大地四边形(图13-1b)和双大地四边形(图13-1c)。,9,图13-1,10,控制网：采用测角网时宜测定两条基线，如图13-1中的双线所示；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测。一般说来，在边、角精度互相匹配的条件下，边角网的精度较高。布设要求：图形简单、图形强度良好，地质条件稳定，视野开阔，便于交会墩位，其交会角不大于120 或小于30。基线应与桥梁中线近似垂直，其长度宜为桥轴线的0.7倍，困难时也不应小于其0.5倍。桥的轴线作为三角网的一个边，并与基线一端相连。如不可能，也应将桥轴线的两个端点纳入网内。如图13-1（d）。曲线桥至少有一个轴线控制点为桥控网的控制点；在控制点上要埋设标石及刻有“+”字的金属中心标志。如果兼作高程控制点用，则中心标志宜做成顶部为半球状。,11,桥梁控制网分为五个等级，它们分别对测边和测角的精度有所规定，如表13-1所示。表13-1 测边和测角的精度规定,12,基线精度：测角网桥轴线长度及各个边长都是根据基线及角度推算的，为保证轴线有可靠的精度，基线精度要高于桥轴线精度23倍(见表13-1)。测边网或边角网边长是直接测定的，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。坐标系：直线桥以桥轴线作为x轴，曲直线桥以切线作为x轴，桥轴线始端控制点的里程作为该点的x值。插点：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。,13,三、高程控制测量,水准基点布设：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，宜在两岸各设一个；当桥长超过200m时，由于两岸连测不便，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。施工水准点的布设：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。水准点应埋设在桥址附近安全稳固、便于观测的位置，桥址两岸至少应各设一个水准点；引桥较长时，应适当增设。对于地质条件较差或易受破坏的地段，应加设辅助水准点或明、暗标志。桥位水准点应与路线水准点联测，必要时应与桥位附近其它单位的水准点或工程设施联测。水准点的高程一般采用国家水准点高程，如相距太远，联测有困难时，可引用桥位附近其它单位的水准点，亦可使用假定高程.桥梁施工要求在河流两岸建立统一的高程系统，需要进行跨河水准测量。如在桥位上、下游不远处，国家测绘部门或其它单位进行过跨河水准测量观测方法和成果精度符合要求的则可利用，否则需要自行测量。,14,高程系统：桥梁水准点与线路水准点应采用同一高程系。水准测量的等级：由桥轴线长短据测规而定。从国家水准点引测的精度：可用三等水准进行测量。跨河水准测量：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。,15,跨河水准测量的地点应尽量选择在桥渡附近河宽最窄处，两岸测站点和立尺点可布成对称图形。图中1，2为测站点，A，B为立尺点，要求1与2，1与2距离尽量相等，并使1，2大于10m，观测时，视线距水面的高度宜大于3m。,16,17,跨河水准测量视线较长，读数困难，在水准尺上安装一块可以沿尺上下移动的觇板,觇板用铝或金属或有机玻璃制造，背面设有夹具，可沿水准标尺面滑动，并能用固定螺丝控制，将觇板固定于标尺任一位置；觇板中央开一小窗，小窗中央安一水平指标线。由观测者指挥立尺员上下移动觇板，使觇板上的水平指标线落在水准仪十字丝横丝上，立尺员在水准尺上读取标尺读数。,18,13-2桥梁墩、台中心定位及轴线测设,在桥梁施工测量中，最主要的工作是:测设出墩、台的中心位置和它的纵横轴线。其测设数据由控制点坐标和墩、台中心的设计位置计算,若是曲线桥还需桥梁偏角、偏距及墩距等原始资料。测设方法则视河宽、水深及墩位的情况。桥墩的测设(pier location)要进行两次。水中桥墩基础(墩底)一般采用浮运法施工，目标处于浮动中的不稳定状态，在其上无法安置测量仪器，因此墩底测设一般采用方向交会法；在已经稳固的墩台基础上定位时，可以采用直接法、方向交会法或极坐标法。墩、台中心位置定出以后，还要测设出墩、台的纵横轴线，以固定墩台方向，同时它也是墩台施工中细部放样的依据。,19,一、直线桥的墩、台中心定位,直线桥的墩，台中心都位于桥轴线的方向上。已知墩、台中心的设计里程及桥轴线起点的里程，如图13-2所示，相邻两点的里程相减即可求得它们之间的距离。测设墩、台中心的位置的方法：直接测距法或交会法。,图13-2 直线桥墩台,20,1.直接测距法,这种方法适用于无水或浅水河道,直线桥梁的墩台测设。如图13-2（1）用检定过的钢尺测设：根据计算出的距离，从桥轴线的一个端点开始，逐个测设出墩、台中心，并附合于桥轴线的另一个端点上。若在限差范围之内，则依各端距离的长短按比例调整已测设出的距离。在调整好的位置上钉一小钉，即为测设的点位。（2）用光电测距仪测设：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。,21,2.角度交会法,当桥墩位于水中，无法直接丈量距离及安置反光镜时，则采用角度交会法。坐标系:如图13-3所示，C、A、D为控制网的三角点，且A为桥轴线的端点，E为墩中心设计位置。C、A、D各控制点坐标已知，若墩心E的坐标与之不在同一坐标系，可将其进 行改算至统一坐标系中。计算测设数据：利用坐标反算公式可推导出交会角、。,图13-3,22,其中：pol 为直角坐标、极坐标的换算功能；W 为极角的存储区，W0时，加360赋于方位角。同理可求出交会角。当然也可以根据正弦定理或其它方法求得。,利用坐标反算公式即可推导出交会角、。如利用计算器的坐标换算功能，则的计算过程更为简捷。以CASIO fx-4500P为例：,23,测设：在C、D点上安置经纬仪，分别自CA及DA测设出交会角、，则两方向的交点即为墩心E点的位置。为了检核精度及避免错误，通常还利用桥轴线AB方向，用三个方向交会出E点。示误三角形：由于测量误差的影响，三个方向一般不交于一点，而形成一如图示的三角形E1、E2、E，该三角形称。检核：示误三角形的最大边长，在建筑墩台基础时不应大于25mm，墩身时不应大于15mm。墩中心E 的点位：如果在限差范围内，则将交会点E投影至 桥轴轴线上，作为 墩中心E的点位。,图13-3,24,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置标志，以后交会时可不再测设角度，而直接瞄准该标志即可。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。,25,二、曲线桥的墩、台中心定位,曲线桥墩、台中心定位的测量工作有：曲线线路复测、桥轴线控制桩的测设、控制测量、墩台中心及墩台轴线的测设。曲线桥上线路中线是曲线1-2-3-4，每跨梁中心线的连线是折线1-2-3-4，两者不能完全吻合，如图13-4所示。,图13-4曲线桥墩台,26,曲线桥的几个术语:桥梁工作线：各跨梁的中线联结起来的折线1-2-3-4-K。墩、台中心：位于桥梁工作线转折角的顶点上(1、2、3K)，所谓墩台定位，就是测设这些转折角顶点的位置。桥墩偏距：墩、台中心与线路中心的距离E,(1-1,2-2,3-3等。偏距E一般是以梁长为弦线的中矢值的一半，这是铁路桥梁的常用布置方法，称为平分中矢布置。桥梁偏角：相邻两梁跨工作线构成的偏角称为。桥墩交点距(中心距)Li：桥梁工作线每段折线的长度L(如L1,L2,L3)。跨梁间隙2a：相邻两跨梁的端点在桥梁上（曲线内侧）要留一间隙（热胀冷缩）；2a 10cm,27,2、曲线桥墩、台放样 E、L在设计图中都已经给出，结合这些资料即可测设桥墩、台中心位置（1、2 K）。曲线上的桥梁是线路组成的一部分，故要使桥梁与曲线正确的联结在一起，曲线桥测设的精度要求较高，需要用精确的方法重新测定曲线转向角，重新计算曲线综合要素，精密地测设曲线主点，需对线路进行复测。由于桥轴线的精度要求较高，要设置桥轴线控制点（桩）。曲线桥墩、台点位的测设精要求较高，距离和角度要精密测设，在测设过程中一定要多方检核。,28,1）曲线线路复测和桥轴线控制桩的测设:在桥轴线的两端测设出两个控制点，以作为墩、台测设和检核的依据。两个控制点测设精度同样要满足估算出的精度要求。在测设之前，首先要从线路平面图上弄清桥梁在曲线上的位置及墩台的里程。A、复测：对原线路上的曲线控制点以精密的方法进行测设。检查切线上的线路控制点要位于相应的直线上；精测转向角，计算综合要素，精测切线距离T；(两控制桩从两条切线测设)；注:两控制桩从一条切线测设时,只精测一条切线不精测.B、测设控制桩A、B：据切线方向用切线支距法进行；在图上先设计好点位，把A、B两点在切线坐标系内的x.y算出；精确地将桥轴线上的控制桩A、B测设出来，打桩钉钉。,29,2）墩台中心的测设：根据控制桩A、B及给出的设计资料进行墩、台的定位。根据条件，也是采用直接测距法或交会法。A、直接测距法（适用于干旱河沟）导线法：由于墩中心距Li及桥梁偏角i是已知的，可以从控制点A开始，逐个测设出角度(i)及距离(Li)，即直接定出各墩、台中心的位置，最后再附合到另外一个控制点B上，以检核测设精度。(偏角应以J2经纬仪测设两测回)。长弦偏角法（极坐标法）：,30,长弦偏角法（极坐标法）：用测距仪测距较方便。桥轴线控制桩A、B及各墩、台中心点1、2、3在切线坐标系内的坐标是可以求得的，故可反算出控制点A至墩、台中心的距离Di及其与切线方向间的夹角 i。架仪器于控制点A，后视JD 配盘0，拨出偏角 i，再在此方向上测设出Di，如图13-5所示，即得墩、台中心的位置,图13-5,该方法特点：是独立测设，各点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台中心距进行检核测量，可检核相邻墩台中心间距，若误差在2cm以内时，则认为成果是可靠的。,31,B、角度交会法 当桥墩位于水中，无法架设仪器及反光镜时，宜采用交会法。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。x轴：桥梁所在曲线的一条切线；原点：以ZH(HZ)或位于直线上的控制点(如A点)。墩中心位置:在三方向交会时，当示误三角形的边长在容许范围内时，可取其重心作为墩中心位置。交会数据的计算:与直线桥时类似，根据控制点及墩位的坐标，通过坐标反算出相关方向的坐标方位角，再依此求出相应的交会角度。,32,三、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。纵轴线：过墩、台中心平行于线路方向的轴线；横轴线：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。,图13-6 直线桥纵横轴线,1、直线桥：墩台的纵轴线：于线路的中线方向重合，不另测设。墩台的横轴线：在墩台中心置镜,自线路中线方向测设90角.,33,2、曲线桥 墩台纵轴线：位于桥梁偏角的分角线上，纵轴线测设：在墩、台中心架设仪器，照准相邻的墩、台 中心，测设/2角，即为纵轴线的方向。横轴线测设：自纵轴线方向测设90角，即为横轴线方向,图13-7,34,3、纵横轴线的护桩：墩、台中心的定位桩在在基础施工过程中要被挖掉，实际上，随着工程的进行，原定位桩常被覆盖或破坏，但又经常需要恢复以便于指导施工。因而需在施工范围以外钉设护桩，以方便恢复墩台中心的位置。护桩在墩台每侧的纵、横轴线上，各钉设至少三个木桩。在曲线桥上相近墩台的护桩纵横交错，使用时极易弄错，所以在桩上一定注意要注明墩台的编号。,35,13-3 桥梁细部放样,放样原则：即先放样轴线，再依轴线放样细部。就一座桥梁而言，应先放样桥轴线，再依桥轴线放样墩、台位置；就每一个墩台而言，应先放样墩台本身的轴线，再根据墩台轴线放样各个细部。其它各个细部也是如此。这就是所谓“先整体，后局部”的测量基本原则。在桥梁的施工放样：主要有 基础放样、墩台细部放样及架 梁时的测设工作。,36,一、中小型桥梁的基础(最常用的是明挖基础和桩基础)1.明挖基础：构造如图13-8（a）所示。它是在墩、台位置处挖出一个基坑，将坑底平整后，再灌注基础及墩身。根据已经测设出的墩中心位置及纵、横轴线及基坑的长度和宽度，测设出基坑的边界线。在开挖基坑时，根据基础周围地质条件坑壁需放有一定的坡度，可根据基坑深度及坑壁坡度测设出开挖边界线。边坡桩至墩、台轴线的距离D依下式计算：D=b/2+hm+l 式中:b基础底边的长度或宽度；h坑底与地面的高差：m坑壁坡度系数的分母。L基底每侧加宽度。,图13-8(a)明挖基础,37,2、桩基础:构造如图13-8(b)所示，它是在基础的下部打入基桩，在桩群的上部灌注承台，使桩和承台连成一体，再在承台以上灌筑墩身。基桩位置的放样如图13-9所示，它是以墩、台纵、横轴线为坐标轴，按设计位置用直角坐标法测设；或根据基桩的坐标依极坐标的方法置仪器于任一控制点进行测设。后者更适合于斜交桥的情况。在基桩施工完成以后，承台修筑以前，应再次测定其位置，以作竣工资料。,38,3、高程放样：墩台施工中的高程放样，通常都在墩台附近设立一个施工水准点，根据这个水准点以水准测量方法测设各部的设计高程。在基础底部及墩、台的上部，由于高差过大，难于用水准尺直接传递高程时，可用悬挂钢尺的办法传递高程。,