【学习目标】

在进行桥梁桥位测量时，根据桥梁施工的需要进行桥涵中线测量、桥涵施工的高程测量、桥梁墩台定位及轴线测量，学习进行控制网的布设。

【任务要求】

本任务要求学生根据所学桥涵中线测量、桥涵施工的高程测量、桥梁墩台定位及轴线测量的内容，能针对教师所提供的施工项目，完成桥梁施工测量控制网点的布设工作。

【任务指导】

一、概述

桥位施工测量的主要任务是精确地测定墩台中心位置，桥轴线测量以及对构造物各细部构造的定位和放样。对大型桥梁来讲，首先必须建立平面控制网、高程系统及测量桥位中线（桥轴线）的长度，以确保桥梁走向、跨距、高程等符合规范和设计要求。

中线测量包括对桥梁两端头设置控制桩的复测，丈量桥轴线长度，补充水准点测量等。补充水准点要对控制桥梁结构的高程、有效地建立施工水准网提供方便。

为使测量工作顺利进行，测量人员必须重视测量工作，有熟练的操作技能、良好的协作精神及严格遵守测量规范的习惯。测量前必须做好必要的技术和组织准备工作；要熟悉设计文件、图纸和有关测设资料；要与监理单位办理好现场固定桩的交接工作；应做好测量人员的分工、仪器的校验、施工步骤的制订等项准备工作。

二、桥涵中线测量

桥位中线（桥轴线）及其长度是用来作为设计预测设墩台位置的依据。所以，测量桥位中线的目的，是控制中线的长度和方向，从而确保墩台位置的正确，因此保证桥轴线测量的必要精度是十分重要的。

为了确保桥轴线长度的精度，有时需要建立独立的三角网与国家的控制点进行联测。为了与线路的坐标取得统一，也需要与线路上的国家平面控制点进行联测。桥位平面、水准控制测量及质量要求，参见《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）。

1.桥轴线长度的精度

在测量桥轴线长度之前，应预先估算桥轴线长度所需要的精度，以便合理地拟定测量方案和规定各项测量的限差。

桥轴线精度取决于桥长、上部结构制造和架设的精度。桥轴线测量相对中误差精度见表4-2。

表4-2 桥轴线测量相对中误差

2.桥轴线长度的测量方法

测量桥轴线长度的方法，通常采用光电测距法（目前使用电子全站仪测量更为方便）、直接丈量法、三角网法等。对于直线桥梁可以直接采用此三种方法进行测量；对于曲线桥梁，应结合曲线桥梁的轴线在曲线上的位置而定。

（1）光电测距法

近年来光电测距仪已得到广泛应用，因其精度高、操作快、计算简便，在通视方面不受地形限制，因此是测定桥轴线比较好的一种仪器。

观测时应在气象比较稳定、大气透明度好、附近没有光电信号干扰的情况下进行，且应在不同的时间进行往返观测。观测时间的选择，应注意不要使反光镜面对太阳的方向。

当照准方向时，待显示读数变化稳定后，测3、4次，取平均值，此平均值即为斜距。为了得到平距，还应读取垂直角，经倾斜改正后，即为单方向的水平距离观测值（如果用的是电子全站仪，可直接得到平距）。如果往返观测值之差在允许范围之内，则取往返观测值的平均值作为该边的距离观测值。

（2）直接丈量法

沿桥轴线方向，地势平坦、可以通视，则可采取直接丈量法测量桥轴线长度。这种方法所用设备简单，精度也可靠，是一般中小桥施工测量中常用的方法。

为了保证施工期间的长度丈量精度和量具精度的一致性，在量距之前应对所用的钢尺进行严格的检定，取得尺长改正数Δ_l。

用钢尺量距的方法如下：

①如图4-1所示，沿桥轴线AB方向，用经纬仪定线，钉出一系列木桩，桩的标志中心偏离直线最大不得超过±1cm，为了便于丈量，桩间距应比钢尺的全长略为短一些（约2cm）。

图4-1 桥轴线图

②用水准仪测出相邻桩顶间的高差，为了校核应测两次，读至mm，两次高差之差应不超过2mm。

③丈量时应对钢尺施以标准拉力，每一尺段可连续测量三次，每次读数时均应变换钢尺的前后位置，以防差错。读数取至0.1mm，三次测量结果的较差不得超过1～2mm。在测量距离的同时应记下当时的温度，以便进行温度改正。

④计算桥轴线长度。每一尺段的丈量结果，应进行尺长改正Δ_l、温度改正Δ_t以及倾斜改正Δ_h，即：

l_i=l_i′+Δ_l+Δ_t+Δ_h （4-1）

式中 l_i——各尺段经过各项改正后的长度（m）；

l_i′——各尺段未经过各项改正的实量长度（m）；

Δ_l——尺长改正数（m），Δ_l=L₀-L，L₀为检定时的标准长度，L为名义长度；

Δ_t——温度改正数（m），Δ_t=l_i′α（t-20℃），α为钢尺线膨胀系数，t为测量时温度；

Δh——倾斜改正值（m），，h为相邻桩顶高差。

桥轴线一次测量的总长为：

L_i=l₁+l₂+…+l_n （4-2）

取各次丈量结果的平均值，即为桥轴线的长度。

⑤评定丈量的精度。

桥轴线的中误差为：

桥轴线的相对中误差为：

式中 L——桥轴线的平均长度（m）；

V——桥轴线的平均长度与每次观测值之差（m）；

n——丈量的次数。

丈量结果的相对中误差应满足估算精度的要求。

（3）三角网法

采用直接丈量法有困难、或不能保证必要的精度时，可采用间接丈量法测定桥轴线。如图4-2所示，把桥轴线AB作为三角网的一个边长，测量基线长度AC、AD，用三角测量的原理测量并解算，即可得出桥轴线的长度AB。

布设桥梁三角网的目的是为了求出桥轴线长度及交汇处墩台的位置。因此，布网时应注意以下几点：

①三角点之间视野应开阔，通视要良好。

②三角点不应位于可能被淹没及土壤松软地区。

③三角网图形要简单，三角点基础应具有足够的强度。

图4-2 桥梁三角网图

④桥轴线应为三角网的一条边，并与基线的一端相连，以确保桥轴线的精度。

⑤桥梁三角网的边长与跨越障碍物的宽度有关，如跨河桥梁则与河宽有关，一般在0.5～1.5倍障碍物宽度范围内变动；由于桥梁三角网边长一般较短，故三边网的精度不及三角网和边角网的精度；测角网能控制横向误差，测边网能控制纵向误差，故把两者的优点结合起来，布设成带有基线的边角网为最好。

⑥为了校核，应至少布设两条基线，基线长度应为桥轴线长度的0.7～0.8倍。

考虑上述几点要求，控制网的常用图形有图4-3所示的几种。(www.daowen.com)

如图4-3a较为简单，适用于一般桥梁施工放样。

如图4-3b是在桥轴线两侧各布设一个大地四边形，适用于大桥的施工放样，考虑近岸处桥墩的交汇，也可在图4-3c中增设1、2、3、4各插点。

图4-3 桥梁三角控制网各种图式

根据桥轴线的不同精度要求，控制网的测角和测边精度也有所差异，在《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）中分为四个等级。

桥梁三角网一般可测两条基线，其他边长则根据基线及角度推算。在平差时只改正角度，不改正基线，即认为基线误差与角度误差相比，可忽略不计。为了保证桥轴线有可靠的精度，基线精度比桥轴线的高出2～3倍。而边角网的情况则不同，它不是只测两条基线，而是测量所有的边长，故平差时不但改正角度，也要改正边长。

外业工作结束以后，应对观测的成果进行验算，基线的相对中误差应满足相应等级控制网的要求，角度误差可按三角形闭合差计算。

外业成果验算好以后，就转到内业平差极坐标的计算。由于桥梁控制通常是独立网，要求网本身相对位置的精度较高，所以有时虽与附近的城市网联测，但并不强制附和到城市网上，而只是取得坐标的相互关系而已。故桥梁控制网本身的平差还是作独立网来处理，桥梁控制网的平差方法可采用条件观测平差或间接观测平差。

三、桥涵施工的高程测量

在桥梁施工阶段，除了建立平面控制，尚需建立高程控制，一般在河流两岸分别布设若干个水准基点，作为施工阶段高程放样以及桥梁营运阶段沉陷观测的依据。因此，在布设水准基点时，均应考虑点的密度及高程控制的精度这两方面的要求。布设水准点可由国家水准点引入，经复测后使用。

为了施工方便起见，应在基点的基础上设立若干施工水准点。基点是永久性的，它既要满足施工要求，又要满足变形观测时永久使用的要求。施工水准网中的各点，对于大桥和特大桥应构成连续水准环。大桥、特大桥的每端应至少设置2个水准点，作为水准网的控制点。水准点只用于施工阶段，要尽量靠近施工地点。

无论是基点还是施工水准点，均要选在地基稳固、使用方便、且不易破坏的地方。根据地形条件、使用期限和精度要求，可分别埋设混凝土标石、钢管标石、管柱标石或钻孔标石。

桥梁的施工水准网需要以较高的精度施测，因为它直接影响桥梁各部高程放样的相对精度。规范要求：3000m以上的特大桥一般为二等，1000～3000m的大桥为三等，1000m以下的桥梁为四等。

跨河水准测量路线，应选在桥址附近且河面最窄处。为了避免折光影响，水准视线不宜跨过沙滩及施工区密集的地方。观测时间及气候条件，应选在物镜成像最稳定的时刻。为了提高精度，跨河桥梁的水面宽超过300m时，应采用双线过河，且应组成闭合环。水准精度要求可参考《公路桥涵施工技术规范》中有关条款。有了平面及高程控制，就可以进行墩台定位及各种细部放样。

四、桥梁墩台定位及轴线测量

在桥梁施工测量中，最主要的工作是准确地定出桥梁墩、台的中心位置和它的纵横轴线，这些工作称为墩台定位。直线桥梁墩台定位所依据的原始资料为桥轴线控制桩的里程和墩、台中心的设计里程，根据里程算出它们之间的距离，按照这些距离即可定出墩、台中心的位置。曲线桥所依据的原始资料，除了控制桩及墩、台中心的里程外，尚有桥梁偏角、偏距、墩距或结合曲线要素计算出的墩、台中心的坐标值。

水中桥墩的基础施工定位时，由于水中桥墩基础的目标处于不稳定状态，在其上无法使测量仪器稳定，一般采用方向交汇法；如果墩位在干枯或浅水河床上，可用直接定位法；在已稳固的墩台基础上定位，可以采用方向交汇法、距离交汇法、极坐标法或直角坐标法。

1.直线桥梁的墩台定位

位于直线段上的桥梁，其墩台中心一般都位于桥轴线的方向上，如图4-4所示。根据桥轴线控制桩A、B及各墩台中心的里程，即可求得其间的距离。墩位的测设，根据条件可采用直接丈量法、光电测距法、方向交汇法、极坐标及直角坐标法。

图4-4 直线桥梁位置图（单位：m）

（1）直接丈量法

当桥墩位于地势平坦，可以通视，人可以方便通过的地方，用钢尺可以丈量时，可采用这种方法。丈量前钢尺要检定，丈量方法与测定桥轴线相同。不同的只是此处是测设已知长度，在测设前应将尺长改正数、温度改正数及倾斜改正数考虑在内，将已知长度转化为钢尺丈量长度。

为了保证丈量精度，施测时的钢尺拉力应与检定时的钢尺拉力相同。

（2）光电测距法

只要墩台中心处能安置反光镜，且经纬仪和反光镜之间能通视，则用此法是迅速方便的。

但测设时应根据当时测出的气压、温度和测设距离，通过气象改正，得出测设的显示斜距。在测设出斜距并根据垂直角折算为平距后，与应有的（即设计的）平距进行比较，看两者是否相等。根据其差值前后移动反光镜，直至两者相符，则反光镜处即为要测设的墩位。

（3）方向交汇法

如图4-5所示，AB为桥轴线，C、D为桥梁平面控制网中的控制点，P_i为第i个桥墩设计的中心位置（待测设的点）。A、C、D三点上各安置一台经纬仪。A点上的经纬仪瞄准B点，定出桥轴线方向；C、D两点上的经纬仪均先瞄准A点，并分别测设根据P_i点的设计坐标和控制点坐标计算的α、β角，以正倒镜分中法定出交汇方向线。

理论上从C、A、D指来的三条方向线是交于一点的，该交点就是要测设的桥墩中心位置。但实际上由于测量误差的存在，三条方向线一般不是交于一点，而是构成误差三角形ΔP₁P₂P₃。如果误差三角形在桥轴线上的边长（P₁P₃）在允许范围之内（对于墩底放样为2.5cm，对于墩顶放样为1.5cm），则取C、D两点指来的方向线的交点P₂在桥轴线上的投影P_i作为桥墩放样的中心位置。

图4-5 三方向交汇法的误差三角形

在桥墩施工中，随着桥墩的逐渐筑高，中心的放样工作需要重复进行，且要求迅速和准确。为此，在第一次求得正确的桥墩中心位置P_i以后，将CP_i和DP_i方向线延长到对岸，设立固定的瞄准标志C′和D′，如图4-6所示。以后每次做方向交汇放样时，从C、D点直接瞄准C′、D′点，即可恢复点的交汇方向。

图4-6 方向交汇法的固定瞄准标志

（4）极坐标及直角坐标法

在使用经纬仪加测距仪（或使用全站仪），并在被测设点位上可以安置棱镜的条件下，若用坐标法放出桥墩中心位置，则更为精确和方便。

对于极坐标法，原则上可以将仪器置于任何控制点上，按计算的放样数据——角度和距离测设点位。

对于全站仪，则还可以根据测站点、后视点及待放点的直角坐标，自动计算出待放点相对于测站点的极坐标数据，再以此测设点位。

但若是测设桥墩中心位置，最好是将仪器安置于桥轴线点A或B上，瞄准另一轴线点作为定向，然后指挥棱镜安置在该方向上，测设AP_i或BP_i的距离，即可定出桥墩中心位置P_i点。

2.曲线桥的墩台定位

在整个路线上，处于各种平面曲线上的桥梁并不少见，曲线桥由于桥梁设计方法不同而更复杂些，曲线桥的上部结构一般有连续弯梁和简支直梁等形式，但下部一般都是利用墩台中心构成折线交点而形成弯桥，如图4-7所示。

图4-7 曲线桥的布置

一般路线设计中常用的有圆曲线和缓和曲线，它们的要素有较为固定的计算公式。

在设计文件已给定墩、台定位有关数据时，只需重新复核无误，即可按其进行放样定位；但数据通常并不能满足施工的需要，应按路线测设资料、曲线有关要素，由计算公式求出各墩台中心为顶点的直线，再用偏角进行定位。

对于坐标值的计算，一般在直角坐标系中进行较为普遍、简便。可以先建立以墩台中心为原点、切线及法线方向为坐标轴的局部坐标系，在局部坐标系中确立待放点局部坐标值。再利用墩台中心的路线坐标值将局部坐标值转换至路线坐标中。

墩台定位的方法，根据不同的条件可采用偏角法、长弦偏角法、利用坐标的交汇法和坐标法等。曲线桥的放样工作，主要是对放样数据的计算，基本步骤的差异并不大，在此不再详述。

3.墩台纵横轴线的测设

墩台中心测设定位以后，尚需测设墩台的纵横轴线，作为墩台细部放样的依据。

图4-8 直线桥梁纵横轴线图

在直线桥上，墩台的横轴线与桥的纵轴线重合，而且各墩台一致。所以可以利用桥轴线两端控制桩来标志横轴线的方向，而不再另行测设标志桩。

在测设桥墩台纵轴线时，应将经纬仪安置在墩台中心点上，然后盘左、盘右以桥轴线方向作为后视，然后旋转90°（或270°），取其平均位置作为纵轴线方向，如图4-8所示。因为施工过程中经常要在墩台上恢复纵横轴线的位置，所以应于桥轴线两侧各布设两个固定的护桩。

在水中的桥墩，因不能架设仪器，也不能钉设护桩，则暂不测设轴线，等筑岛、围堰或沉井露出水面以后，再利用它们钉设护桩，准确地测设出墩台中心及纵横轴线。

图4-9 等跨曲线桥纵横轴线图

在等跨曲线桥上，墩台的纵轴线位于梁的工作线顶点处的分角线上，而横轴线与纵轴线垂直，如图4-9所示。因此测设时，应置仪器于墩台中心点上，以相邻墩中心方向为后视，测设（180°-α）/2角即得纵轴线方向，自纵轴线方向转90°角即测得横轴线。或是将全站仪置于墩台中心，输入中心坐标、后视点坐标；放样点输入中心的曲线切线（法线）方向上任意点的坐标，则可以得到纵（横）轴线方向。无论是在纵轴线还是在横轴线方向上，均要测设四个固定的护桩。

当墩台定好位及其纵横轴线测设已毕，就为细部施工放样做好了准备。