章江大桥施工测量方案.docx
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章江大桥施工测量方案
工程测量案例库——桥梁
案例五章江大桥施工测量方案
章江大桥施工测量方案
肖智勇
一工程概况
章江大桥属赣州市重点工程，是一座集城市交通和城市景观功能于一体的城市主干道桥梁。
它位于赣州中心城区的东部，跨越章江连接河套老城区和章江新城区。
设计起点为体育馆东路（金圭路），由西向东跨瑞金路、章江南大道、章江、章江北大道、八一四大道，接东环路交叉口，设计止点为交叉口以东60m处。
整个工程由西岸地面道路、西岸引桥、章江主桥、东岸引桥、东岸地面道路组成。
工程全长2197.603m，其中桥梁长1352m，地面接线道路长845.603m，桥下辅道长1145.172m，主跨采用三跨飞燕式异形钢管拱桥，主桥长254m，主跨158m，边跨48m，采用对称布置，即48+158+48=254m。
章江大桥共分为十一联，桥跨组合为：
（5×30）m+（25+3×30+25）m+（4×30）m+（24
+35+20）m+（3×30）m+（48+158+48）m+（2×30）m+（24+35+20）m+（4×30）m+（25+3×30+25）m+（4×30）m，桥长1352m。
本桥上部结构：
主跨为三跨飞燕式异形钢管拱，主跨钢箱梁长104m，其余均采用预应力砼箱梁结构。
下部结构：
引桥桥墩采用薄壁花瓶墩；桥墩基础除章江北大道以东因弱风化基岩出露而采用明挖基础外，其余均采用钻孔桩基础。
平面设计内容
章江大桥主桥结构示意图
平面坐标系统为北京坐标系统。
章江大桥设计路段为平曲线，设有3个转点其中体育馆东路路口和东环路前平曲线半径为600米，缓和曲线长度为60米。
章江北大道处的平曲线半径为1000米。
最小偏角为13-45-7
，反向曲线夹角线长度大于360米。
章江大桥中线严格按规划道路中线依据规范对规划道路中线做出优化设计，调整圆曲线半径，设置缓和曲线。
满足设计车速60公里/小时的要求。
章江大桥主桥设置飞燕异型钢管拱，在主跨设置两组大半径平曲线，使中央分隔带由0米过渡到5米。
西岸线路体育馆东路路口后，主线以双车道跨线桥跨越瑞金路跨线桥两侧为双车道地面铺道。
主线一路高架桥直到主桥，主桥为双向6车道。
引桥桥面下与上桥匝道间为单车道地面道路。
瑞金路跨线桥下，地面铺道可在桥头掉头，与瑞金路平面交叉，通过信号灯指挥左右转出。
因桥下面道路与章江南大道为平面交叉，可左右转进出章江南大道。
东岸布置和西岸大致相同跨越章江后一路高架跨越八一四大道后下地，引桥两侧设上下匝道，匝道设单车道。
引桥桥面下与上桥匝道间为单车道地面道路。
跨越桥两侧为双车道地面铺道。
纵断面设计
高程系为85国家高程系统，主线纵断面设计车速为60公里/小时，匝道和地面铺道为30——40公里/小时。
主线最大纵坡为3.75%，最小坡度为0.3%最小坡长为171.711米，最小竖曲线半径：
凸型2500米，凹形1500米
匝道最大坡度5%，最小纵坡0.5%最小坡长为112.031米最小竖曲线半径：
凸型为900米凹形为800米章江大桥上桥坡度为3.75%主桥为0.5%，下桥坡度同样为0.5%;在所有的交叉桥下净高为4.5米。
道路纵断面起点在体育馆东路地面高程H=104.7米章江北地面为H=106.7米八一四大道为H=110.15米
二．施工控制网的布点和测设
原控制网由赣州市市政勘测设计院定测，平面坐标系统为北京坐标系统，高程系统为85国家高程系统；此次共交接平面GPS控制点七个：
，水准点两个：
；我们对测设的施工控制网埋设点进行了现场踏勘，可以直接进行GPS观测和四等水准测量工作。
复测时严格按：
（1）《全球定侠系统（GPS）铁路测量规程》，TB10054-97；
（2）《公路全球定位系统（GPS）测量规范》，JTJ/T066-98；
（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T18314-2001；
（4）《国家三、四等水准测量规范》GB/T12898-91
（5）《城市测量规范》CJJ
使用的主要仪器设备见下表
仪器名称
标称精度
数量
SokkiaLoco单频GPS接收机
±（10mm+1ppm×D）
2台套
Trimble单频
GPS接收机
±（10mm+1ppm×D）
1台套
DSZ3水准仪
±3mm/Km
1台套
1.控制网平面复测
由于GPS技术具有定位精度高、作业速度快、相邻点间勿需通视、不受天气条件的影响等诸多常规测量技术不可比拟的优点，因而本施工控制网的平面检测利用GPS高新技术进行，并对GPS复测控制网比一般的工程控制网提出了更高的技术要求，以确保整个GPS网的高精度，高可靠性。
按设计，本次平面复测共7个点，其中DQ01设计院交后既被破坏，D012未交，为便于今后施工放样的需要，又增加2个点，故本次平面网总点数为8个。
2.外业观测
本次GPS网外业数据采集使用3台GPS接收机同时作业。
观测时严格按《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》中C级网和本项目技术和要求进行，并参照《公路全球定位系统（GPS）测量规范》和《全球定位系统（GPS）测量规范》。
采用静态定位技术施测，同步作业图形之间采用边连接的方式，确保该网的精度和高可靠性。
GPS观测的主要技术指标如下：
---同步观测健康卫星数≥5；
---几何图形强度因了PDOP≤6；
---卫星截止高度角：
15°；
---观测时段长度：
70分钟；
---平均重复设站次数≥2.0；
---历元采样间隔：
15秒；
---天线对中精度：
脚架对中≤2mm；
---天线高在观测前、后各量测一次，每次在互成120°的三个方向上量测三个读数，读数至1mm，互差不大于2mm，取均值作为天线高。
外业记录包括：
测量员、点名、点号、观测日期、观测时间段、数据文件名、天线高、卫星状况等。
采用北京标准时BTS记录，并与协调世界时UTC进行换算。
GPS检测网的基本特征
本GPS网的外业数据采集情况为：
用3台仪器测了8个同步时段，故该网的基三特征统计见表2
GPS网基本特征统计表表
总点数
基线向量
总数
必要基线
向量数
独立基线
向量数
多余基线
向量数
8
24
7
24
8
由上表可知，本网的图形结构强（见附图），平均设站次数为（7×9）÷3=3.32，大于规范和技术设计中设站次数≥2的要求，使GPS网达到了较高的图形结构和可靠性。
GPS的基线解算与质量分析
GPS网的基线解算
在检测网观测时,GPS基线解算采用商用基线解算软件：
TrimbleGeomaticsOffice软件进行,基线解算工作于观测当天晚上传输完数据后随即完成,并及时组成同步环和异步环及重复基线进行检验。
同步环基线闭合差W应满足：
WX≤
σ Wy≤
σ Wz≤
σ
W=
≤3/5σ
其中σ为相应级别规定的精度,其相应计算公式为:
σ=
其中a=10mm,b=1ppm,d为相邻点间平均边长。
异步环检验各坐标差分量闭合差应满足：
Wx≤3
σWy≤3
σWz≤3
σ
其中，n为异步环中的边数，σ 为相应等级的标准差（计算同前式）。
复测边检核：
同一条边任意两个时段的成果互差，应小于接收机标称精度的2
倍。
3.GPS网内业质量分析
GPS检测网的平差采用由TrimbleGeomaticsOffice进行GPS网平差处理软件进行.对经过外业检验的合格基线,应选取独立基线构成GPS网,进行网的平差计算。
GPS检测网的三维无约束平差：
为了对GPS网的内部符合精度进行检验评估以及检测和剔除粗差观测值，进行了WGS-84坐标系下的三维无约束平差；从三维无约束平差结果可知，对发现其精度差观测值删除，三维基线向量改正数服从正态分布，边长中误差分布正常，最弱边边长相对中误差和最弱点位中误差精度较好，说明该网达到了较高的内符合精度，可供二维约束平差之用。
把参加平差的所有独立基线，先进行三维无纺束平差。
主要目的是检验GPS网的内符合精度情况，剔除粗差等。
坐标系统和已知数据
以1954年北京坐标系为基础的独立坐标系二维约束平差进行二维约束平差时，根据本次施控网复测的特点和要求，为保证和定测时的一致性，利用D066和D068作为已知点，它们属以1954年北京坐标系为基础的独立坐标系，中央子午线经度114°45′，已知数据见表4。
GPS网已知数据表表
点号
x（m）
y（m）
D066
2858429.246
519348.986
D068
2858625.671
519714.278
GPS网平差计算和精度评定
以1954年北京坐系为基础的独立坐标系二维约束平差
二维平差是最重要的工作，它的坐标将直接用于施工测量。
本次复测以D066的坐标和D068的坐标作为已知值进行二维约束平差。
其中央子午线经度为114°45′，以求出控制点以1954年北京坐标系为基础的工程独立坐标系坐标。
其结果详见另行提供的控制网平差报告。
从二维平差成果可看出，二维平差基线向量改正数分布合理，服从正态分布，其各点的点位中误差见表5。
最弱点点位中误差为±13mm，（DQ03-D068，边长为160.291m）因边长较短，可不用边长相对中误差衡量外，边中最弱边相对中误差为1/57351，表明该控制网满足原网的精度要求。
GPS测量点位精度统计表表
点名
点位中误关（mm）
点名
点位中误关（mm）
点名
点侠中误差（mm）
DQ0
13
D064
8．5
D066
<已知>
DQ02
5.6
D068
<已知>
D014
12.2
DQ03
7.2
DQ04
12
4.控制网高程复测
检测原则
根据该工程的实际情况，本高程控制网的复测包括岸上水准测量和过河水准两大部份，岸上水准测量每个测段均进行往返测，以保证网的精度和可靠性；过河水准利用下游全球通大桥选合适的观测时段进行往返测。
外业观测
高程复测用1台苏一光DSZ3自动安平水准仪，按《国家三、四等水准测量规范》的四等水准测量技术要求作业。
5．水准测量的外业检核
把各测段的往返观测成果，对外业观测手簿进行200%的检查，确认无误后计算出测段的长度和往返测高差。
计算出往返测的平均值作为最后的测段高差结果，进行复核检验和计算。
往返测闭合差见表7。
表
段号
往返测路线
路线长
（m）
往返差
（mm）
限差
（mm）
1
BM1→BM2（D064）
360
1.0
12
2
BM2（DO64）→BM3（D066）
340
-2.0
11
3（过江）
BM3（D066）→BM4
1920
1.0
38
4
BM4→BM5（D014）
520
0.0
14
5
BM5（D014）→BM6
300
0.0
11
水准测量的计算
经闭合差检验通过后,将各测段高差均值进行计算,依据设计提供高程直接按往返平均值算出加密点高程。
表
序号
测段
原施控网高差（m）
检测高差（m）
差值（mm）
1
BM1→BM2（DO64）
-0.292
2
BM2（D064→BM3（D066）
+2.045
3
BM3（D066）→BM4
+0.497
4
BM4→BM5（D014）
+2.727
5
BM5（D014）→BM6
+0.350
三．施工测量方案的实施和优化
1.为了保证施工高质量顺利进行，应采取周密措施，动用多种测绘手段进行工程测量。
基本方案主要采取：
全球卫星定位仪即GPS、全站仪、经伟仪、水准测量几者相互结合的测量实施原则，充分利用几种测量手段优势互补的特点，互相检验，形成有机的整体系统，采取严密措施，保证工程各环节万顺利完成。
从整体控制局部的原则；高精度控制低精度的原则；导线控制中线原则。
测量操作时，采用两种以上方法独立测量，独立计算，相互复核，多层次审批原则。
要定期对章江大桥控制网进行复测。
并对控制点给予一定的保护，以及防止控制点的沉降和人为的破坏。
为了施工的方便，以控制网为基础按施工需求，在适当位置（包括测量平台和施工平台）建立一定数量施工临时控制点，供施工放样和监测使用。
平面控制点以全站仪相对定位施测，高程控制点用水平仪进行高程施测，必要时用全站仪进行三角高程测量。
事实证明用三角高程测量水平，可以达到4等的精度。
控制网加密视工程进展的需要分期灵活布置，不必一次完成；在施工进程中要经常性地对施工控制点进行检测，主要通过与控制点联测进行检测，，在保证放样精度和可靠性的前提下，力求高效方便。
因此应紧密配合工程进程按需加密控制网。
2.桩基础施工阶段测量
一般在墩基础轴线（顺桥和横桥方向）上设立多个控制点，作为桩基础施工放样的依据。
可以用全站仪，先定出墩轴线交点（主点）和轴线上两个边点，再用全站仪定出其他点，并整体进行调整。
施工进行期间，要定期或外界条件变化剧烈时，对钻孔桩的控制点进行复测。
钢护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面允许误差50mm，竖直线倾斜度不大于0.5%。
护筒设置的平面定位，用全站仪方向线交会法或极坐标法；为了保证钢护筒中心线垂直，可以设置倒垂线进行测定。
钻孔桩完成后，应进行桩位竣工测量
3承台施工阶段的测量
桩基施工完成后，应将桩基的轴线控制点延伸到承台范围外侧，作为承台施工的控制点。
在施工期间应定期复测，确保控制点的可靠性。
主要是用全站仪对承台十字线桩位进行放样，承台施工中的立模定位测量工作，一般情况下，用全站仪放出十字轴线，方法用极坐标法、直角坐标法、前后方法、正倒镜投点法、自由设站法等进行平面定位，而标高定位用水准仪测量；某些特殊环节可以用全站仪三维坐标法。
承台施工中，钢筋、模板、施工机具等林立，空间狭窄，严重影响通视，甚至控制点被覆盖无法架设仪器，为此应将轴线控制点引测到围堰四周的顶端，以保证施工测量顺利进行，在这种情况下，全站仪观测处于大高度角观测，为了减小仪器竖轴铅直误差的影响，应特别仔细校正并严格整平仪器，并注意用其他控制点进行检核，防止差错，承台完成后的竣工测量，特别是承台面上轴线控制点的建立很重要，因为其上的墩台身施工放样精度要求比其下部基础要高
4.墩身帽施工阶段测量
承台施工完成后，应在承台面上建立相应的轴线控制点，作为墩台身和墩、台帽或盖梁施工的控制点。
同时应将它们的轴线主点与桥轴线主点进行联测，在控制精度内调整，以保证上部墩台身及顶帽和盖梁在整桥中的相关位置精度。
墩身环节的立模、钢筋和预埋件定位，均以承台轴线控制点十字线为依据，一般用全站仪加水准仪进行放样定位。
并及时完成模板的检查和墩身帽的竣工检查，在测量过程中要认真检核做到准确无误。
5.主桥边跨V腿及连续箱梁施工阶段测量
主桥边跨V腿及连续箱梁的测量。
主桥箱梁测量控制主要是箱梁全桥线型控制（V腿节段标高控制）、轴线控制、合拢测量控制。
主桥箱梁轴线和标高以承台轴线控制网为依据，边跨连续箱梁施工完成后及时转至箱梁顶上，并对全桥进行中线和标高闭合复测；以每个节段梁底及梁顶标高来控制全桥线型，并根据出现的情况进行线型调整；边跨箱梁合拢前，对可能出现的箱梁高差或中心偏差，事先进行控制，逐步分次调整，不要到合拢时再一次调整。
连续箱梁的测量控制包括梁体线型、挠度、长度、截面的高度和宽度及各细部尺寸。
箱梁施工中的立模、钢筋定位、预埋件定位等的测量工作，一般情况下，依轴线控制网为依据，用全站仪极坐标法、直角坐标法、视准线法、正倒镜投点法、自由设站法等进行平面定位，而标高定位用水准测量（包括悬挂钢尺）；某些特殊环节可以用全站仪三角坐标法。
6主桥钢箱梁施工阶段测量
钢箱梁的测量控制包括节段制造及整体拼装测量。
节段制造及拼装测量控制主要为节段钢箱梁的结构尺寸控制，包括长度、截面的高度和宽度及各细部尺寸；箱梁整体拼装测量控制：
根据设计图，钢箱梁全长在成桥状态前为竖曲线水平长度为104米，R=10000.0米。
根据待安装梁体的实际尺寸（长度、高度），架设时标高调整控制点；安装时轴线控制以边跨预应力混凝土箱梁轴线控制钢箱梁安装中线。
水平测点是在大桥两岸各选择合适的标高的地方布置观测站，观测站处应是视野开阔，无视线障碍。
每个测站根据需要观测各吊装节段的节点标高以及L/8、L/4、拱顶等测点，两岸各设一台全站仪，每台仪器均以对岸的水准点为后视点，所测数据互相比较，以避免发生测量差错。
中轴线测量：
拱肋在工厂加工时，必须按规定设置纵向拱肋中轴线标记点（一吊装节段至少为端部两点），在吊装前，沿着相应的拱肋中线延伸线上，在两岸视野良好处设立中桩，吊装时，两岸各设1台全站仪测量控制。
7桥面铺装
桥面铺装时的测量工作尤为重要，所有测量及施工误差积累在此，也必须消除于此。
施工放样时必须预先实测桥面平纵曲面，比较理论平纵曲面后在误差容许范围内以负误差整体调整竖曲线，唯一目的以保证桥面铺装层厚度。
放样时以固定的点位密度（通常5m—10m）测放待放样点位的三维坐标，以指导铺装层的施工。
竖向索的定位和调整也严格以桥面竖曲线为参考基准，同时注意调索定位时的环境温度。
条件容许时严格在同一时间段进行标高控制，最好是在温度变化较小的早晨进行吊索定位。
为较好控制线形，做好不同时间点的温度及高程变化记录作为后续索位调整的依据。
为了保证高程测量的准确性：
1.经验告诉我们，水准仪仅仅是i角的经常变化的需测定与调整。
2.水准仪产生i角变化的原因是仪器本身的结构与外业工作条件的变化而致，仪器中的十字丝是固定在上下的V形槽中，下面的V形槽由弹簧支撑着，上面是一个压紧调节螺丝。
由于因内部与外界环境条件的变化，如温度、湿度、震动的变化它会产生i角微小的变化，或者，由于其它内应力的变化而产生不同程度的变化也是不足为奇的。
3.在用户说明书中已明确，水准仪的i角可由自行调整。
请参照水准仪说明书自行调整。
4.什么是水准仪的i角？
水准仪的视准轴在垂直方向与水准轴的夹角。
5.现在，再扼要地介绍水准仪i角的测定办法，如图所示：
将水准仪置平在二支水准标尺的中间，仪器距标尺约30米或40米，前后大约等距离，读取标尺上的读数得到二点的高差值。
搬迁仪器至二支标尺的一内侧或外侧均可，此时，仪器至标尺的距离分别为近距离的标尺只是几米，而远距离的标尺已是几十米。
同样，测量这二点的高差值，如果二次测得的高差相等，说明仪器i角为零。
高差不等就说明仪器存在着i角的误差。
如：
仪器在中间，读取A尺的读数a1＝0962， B尺的读数b1＝1062
仪器在一侧，读取A尺的读数a2＝0835， B尺的读数b2＝0933
h1＝－1062＋0962＝－0100
h2＝－0933＋0835＝－0098
h＝－0098＋0100＝＋2mm
按小角公式计算i角；
i＝Δ·ρ／s=2mm×206265”/60000mm=41/6”=7”
6.水准仪i角的允许误差
水准仪i角允许误差的概念应该说有三方面的涵义，也是三种情况下的不同要求；出厂时工厂调校的允许误差、用户调校时的允许误差、测量等级或规定所要求的允许误差。
如徕卡NA2 i角的允许误差：
出厂调校为：
±8”，用户调校为：
±20”，但是，根据我国国家水准测量规范和工程测量规范的要求，用于一、二等水准测量的水准仪，仪器的i角不应超过 15”，用于三、四等水准测量的仪器，仪器的i角不应超过 20”。
所以，在用徕卡水准仪NA2加GPM3测微分划板进行一、二等水准测量时，仪器的i角必须调校至15”以内，在进行三等以下水准测量时，仪器的i角应在20”以内。
i角的测定也可以按照将水准仪可以放置在二支水准标尺二外侧的方法测定仪器的i角。
道理是一样的，正确的a4值是；
a4=a1’-a2’+a3’7.改正水准仪i角的方法就是转动V形槽上面螺丝钉的位置，旋进或旋出。
仪器处在不同的位置请注意加减符号。
朋友们，仪器经过长途运输、仪器经过长期作业、仪器操作环境的不断变化、均可能使水准仪的i角发生变化，所以，经常性地、自觉地、定期地，检查与调节水准仪的i角不仅是确保测量精度的需要，也是我们测量人员的美德。
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