桥梁施工控制网的布设教案.docx
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桥梁施工控制网的布设教案
兰州资源环境职业技术学院教师授课教案
学习情境
学习情境二：
桥梁工程施工测量
任务名称
任务四：
桥梁施工控制网的布设
授课时间
日月年
第周
授课教师
授课班级
授课时数
学时8
授课方法
学训
教学内容
1.根据初拟方案，进行现场踏勘，根据不同地形特点和实际情况，进行控制网的布设，选点埋点；2.桥梁平面控制测量；
3.桥梁高程控制测量；
知识目标
1.认识控制网的布设形式，熟悉控制网布设的特点；
2.掌握桥梁施工平面控制网精度要求、加密和复测；3.学习平面控制网坐标系统；
4.学习水准测量，掌握水准点的布设和测量规范；
5.掌握跨河水准测量。
技能目标
1.现场踏勘之后，能够；能够独立的对现场进行选点埋点；2.根据需要收集与桥梁施工测量相关的已有的测量资料；
3.布设桥梁控制网，掌握水准测量；
教学重点点和难
1.控制网的布设；2.技术设计的依据及原则；3.技术设计书的编写。
导入新课
1.相关项目技术设计书范文；
巩固复习
1.技术设计基本原则；2.技术设计书编写内容；
布置作业
根据设计书的技术要求确定出桥梁施工控制网
教学效果分析．
教学步骤、教学内容和教学方法
备注
一、咨询
【参考资料】技术设计书编写原则规范、相似桥梁施工测量设计书实例等。
【工程资料分析】设计桥,,是国家重点高速公路工程跨越黄河的特大型桥梁黄河公路大桥m为跨度125,桥宽34.5m,双向六车道。
桥型分三部分:
主桥17000长多米的组合箱梁35m为跨度为50m的T型桥梁,引桥为跨度2的斜拉桥,主桥东距某国道黄河大桥,桥。
测区位于黄河中下游平原地区,由南向北横跨黄河黄河由西向5km,约地理位置为东经114°、北纬34°,测区属于平原地区,
通东从测区中央流过,黄河两岸各有一条东西向黄河大堤,大堤两侧有树木,滩区则通视良好。
视困难
【任务内容及要求】．收集所需图纸资料和测区已有的测量控制点资料，现场踏勘。
选点埋1点，进行控制网的布设。
在进行导线测量，首级平面控制网，首先建立GPS2．桥梁平面控制测量，控制网进行加密。
对其GPS水掌握跨河3．桥梁高程控制测量，采用水准测量和光电三角高程测量。
准测量。
【相关知识】一、桥梁施工控制网概述桥梁施工控制网分为施工平面控制网和施工高程控制网两部分。
又要考虑以在建立控制网时，既要考虑三角网本身的精度，即图形强度，后施工的需要。
所以，在布网之前应对桥梁的设计方案、施工方法、施工机具然后在及场地布置、桥址地形及周围的环境条件、精度要求等方面进行研究，桥址地形团图上拟订布网方案，在现场选定点位。
点位应选在施工范围以外，且不能位于淹没或土质松软的地区。
控制网应力求满足下列要求：
长度的精度能桥的中心线）
（1）图形应具有足够的强度，使测得的桥轴线（当主网的三角点并能利用这些三角点以足够的精度放样桥墩。
满足施工要求，在满足精度和施工要求的前提数目不能满足施工需要时，能方便地增设插点。
下，图形应力求简单。
为使控制网与桥轴线连接起来，在河流两岸的桥轴线上应各设—个三
（2）放样桥墩角点，三角点离桥台的设计位置不应太远，以保证桥台的放样精度。
时，仪器可安置在桥轴线上的三角点上进行交会，以减小横向误差。
由于控制网的边倍河宽的范围内变动。
1.5～0.5控制网的边长一般在（3）．
长较短，可直接丈量控制网的一条边作为基线。
基线长度不宜小于桥轴线长度的0.7倍，一般应在两岸各设一条，以提高三条线的精度及增加检核条件。
通常丈量两条基线边，两岸各一条。
基线场地应选在土质坚实、地势平坦的地段。
（4）三角点均应选在地势较高、土质坚实稳定、便于长期保存的地方，而且三角点间的通视条件良好。
尽可能避免旁折光和地面折光的影响，尽量不造标。
（5）桥梁施工的高程控制点即水准点，每岸至少埋设3个，并与国家水准点联测。
水准点应采用永久性的固定标石，也可利用平面控制点的标石。
同岸的3个水准点，其中两个应埋设在施工范围以外，以免受到破坏；另一个应埋没在施工区内，以便直接将高程传递到所
需要的地方。
同时还应在每一个桥台、桥墩附近设立一个临时施工水准点。
二、桥梁施工平面控制网
1.桥梁施工平面控制网的布设形式
测量仪器的更新、测量方法的改进，特别是高精度全站仪和GPS的普及，给桥梁平面控制网的布设带来很大的灵活性，也使网形趋于简单化。
建立桥梁施工平面控制网的方法较多，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以下几种形式：
桥渡两岸，当一岸较为平坦，另一岸较为陡峻时，可布设为双三角形，如图4-1（a）；当两岸均较为平坦时，可布设为大地四边形，如图4-1（b）。
这两种网形适用于桥长较短且需要交会的水中墩台数量不多的情况。
对于大型、特大桥可采用如图4-1（c）、（d）所示的双大地四边形。
这种网形图形强度高，控制点数量多，不但有利于提高精度，而且便于墩台中心测设。
我国在长江上修建的基座大桥，大多采用这种网形。
图4-1（e）为利用江河中的沙洲建立控制网的情况。
特大型桥通常有较长的引桥，因此可将桥梁施工平面控制网再向两端延伸，增加几个点构成多个大地四边形网或者从桥轴线点引测敷设一条光电测距精密导线，导线宜采用闭合环。
对于大型和特大型的桥梁施工平面控制网，自20世纪80年代以来已广泛采用边角网或测边网的形式，并按自由网严密平差。
无论施工平面控制网布设采用何种形式，首先控制网的精度必须满足施工放样的要求。
其次控制点应尽可能便于施工放样，且能长期稳定而不受施工的干扰。
一般中、小型桥梁控制点采用地面标石，大型或特大型桥梁控制点应采用配有强制对中装置的固定观测墩或金
属支架。
2.桥梁控制网精度的确定
桥梁施工控制网是放样桥台、桥墩的依据。
若将控制网的精度定得过高，虽能满足施工的要求，但控制网施测困难，既费时又费工；控制网的精度过低，很难满足施工的要求。
目前常用的确定控制网精度有两种，即按桥式、桥长（上部结构）设计和按桥墩中心点位误差（下部结构）设计。
1）按桥式确定控制网的精度
按桥式确定控制网精度的方法是根据跨越结构的架设误差（它与桥长、跨度大小及桥式有关）来确定桥梁施工控制网的精度。
桥梁跨越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，在其余桥墩上设活动支座，如图4-2所示。
在钢梁的架设过程中，它的最后长度误差来源于两部分：
一是杆件加工装配时的误差；二是安装支座的误差。
桥梁跨越结构的形式4-2图
根据《铁路钢桥制造规则》的有关规定，钢衍梁节间长度制造容许误差为?
2mm0.5mm?
，则每一节间的制造和拼装误差为，两组孔距误差为22?
l?
?
0.5?
2?
?
2.12mm。
当杆件长16m时，其相对容许误差为
由n根杆件铆接的桁式钢梁的长度误差为
?
，则每跨钢梁安装后的极限误差为设固定支座安装容许误差为
?
?
2222?
?
l?
?
?
?
?
L?
n?
d（4-1）
?
值可根据固定支座中心根据《铁路钢轨拼装及架设施工技术规则》，
里程的纵向容许
?
?
?
7mm。
偏差大小以及梁长和桥式来确定，目前一般取
由上分析，即可根据各桥跨求得其全长的极限误差
222?
L?
?
?
d?
?
d?
...?
?
d（4-2）12N式中N——桥的跨数。
当等跨时，有
1的极限误差为中误差，则全桥轴线长的相对中误差为取2表4-1是根据上述铁路规范列举出的以桥式为主结合桥长来确定控制网的精度要求；表4-2是根据《公路桥涵施工技术规范》列举出的以桥长为主来确定控制网放样的精度。
显而易见，铁路规范比公路规范要求高。
在实际应用中，尤其是对特大型公路桥，应结合工程需要确定首级网的等级和精度。
2）按桥墩放样的容许误差确定平面控制网的精度
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，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；
mm?
20内时，产生的附加力在根据桥墩设计理论，当桥墩中心偏差在容许范围内。
因此，目前在《铁路测量技术规则》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10mm?
。
偏差为
表4-1铁路桥位三角网精度要求
测角中误差桥轴线相对中误最弱边相对中误级等差差/（″）
1/1500001/175000一±0.7
1/1000001/125000±1.0二1/60000三1/75000±1.81/400001/50000四±2.5
1/25000五±4.01/30000表4-2公路桥位三角网精度要求等级二
桥轴线桩间/m距离
测角中误差/（″）
桥轴线相对中误差
线基相对中误差
三角形最大闭合差/（″）
>5000
±1.0
1/130000
1/260000．
±3.5
三2001～5000±1.81/700001/140000±7.0
±9.01/80000四1/400001001～2000±2.5±15.0±5.01000五～1/400001/20000501±30.0201～500六1/200001/10000±10.0±60.01/50001/10000≦200七±20.0
上述容许偏差，可作为确定桥梁施工控制网必要精度的依据。
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：
控制测量过程中的误差和放样测量过程中的误差。
它们可用下式表示：
222?
?
m?
m（4-3）控放m——控制点误差对放样点处产生的影响；式中控m——放样误差。
放?
的实际施工条件，按一定的误差分进行控制网的精度设计，就是根据mm的关系，再确定具体的数值大小。
和配原则，先确定放控结合桥梁施工的具体情况，在建立施工控制网阶段，一般施工尚未展开，不存在施工干扰，有比较充裕的时间和条件进行多余观测以提高控制网的观测精度；而在施工放样时，现场测量条件差、干扰大、测量速度要求快，测量放mm。
如果取远小于放样误差样的精度受到限制。
因此，控制点误差放控22m?
0.2m0.4?
m?
（4-3）可求得：
。
，按式控放控m8mm?
?
?
mm?
?
20当以当桥墩中心测量精度要求。
时，控此作为控制网的最弱边边长精度要求时，即可根据设计控制网的平均边长（主轴线长度，或河宽）确定施工肋网的相对边长精度要求。
例如，南京长江二桥南汉桥要求桥轴线边长相对中误差≤1/180000，最弱边边长相对中误差≤1／130000，起始边边长相对中误差≤1/300000。
3.平面控制网的坐标系统
1）国家坐标系
桥梁建设中都要考虑与周边道路的衔接，因此平面控制网应首先选用国家统一坐标系统。
但在大型和特大型桥梁建设中，选用国家统一坐标系统时应具备的条件是：
（1）桥轴线位于高斯正形投影统一的3°带中央子午线附近；
（2）桥址平均高程面应接近于国家参考椭球面或平均海水面。
2）抵偿坐标系
由计算可知，当桥址区的平均高程大于160m或其桥轴线平面位置离开统一的3°的带中央子午线东西方向的距离（横坐标）大于45km时，其长度投影变形值将会超过25mm／km（1／40000）。
此时，对于大型或特大型桥梁施工来说，仍采用国家统一坐标系统就不适宜了。
通常的做法是人为地改变归化高程，使距离的高程归化值与高斯投影的长度归化值相抵偿，但不改变统一的3°带中央子午线进行的高斯投影计算的平面直角坐标系，这种坐标系称为抵偿坐标系。
所以，在大型桥梁施工中，当不具备使用国家统一坐标系时，通常采用抵．
偿坐标系。
3）桥轴坐标系
在特大型桥梁的主桥施工中，尤其是桥面钢构件的施工，定位精度要求很高，一般小于5mm，此时选用国家统一坐标系和抵偿坐标系都不适宜，通常选用高斯正形投影任意带（桥轴线的经度作为中央子午线）平面直角坐标系，称为桥轴坐标系，主高程归化投影面为桥面
高程面，桥轴线作为x轴。
在实际作业中，有时需要同时采用几套坐标系。
比如，在南京长江二桥建设中就同时使用了桥轴坐标系、抵偿坐标系和北京54坐标系：
在主桥上使用桥轴坐标系，引桥及引线使用抵偿坐标系，而在与周边接线及航道上则使用北京54坐标系。
4.平面控制网的加密
桥梁施工首级控制网由于受图形强度条件的限制，其岸侧边长都较长。
例如，当桥轴线长度在1500m左右时，其岸侧边长大约在1000m，则当交会半桥长度处的水中桥墩时，其交会边长达到1200m以上。
这对于在桥梁施工中用交会法频繁放样桥墩是十分不利的，而且桥墩愈是靠近本岸，其交会角就愈大。
从误差椭圆的分析中可知，过大或过小的交会角，对桥墩位置误差的影响都较大。
此外，控制网点远离放样物，受大气折光、气象干扰等因素影响也增大，将会降低放样点位的精度。
因此，必须在首级控制网下进行加密，这时通常是在堤岸边上合适的位置上布设几个附点作为加密点，加密点除考虑其与首级网点及放样桥墩通视外，更应注意其点位的稳定可靠及精度。
结合施工情况和现场条件，可以采用如下的加密方法：
（1）由3个首级网点以3个方向前方交会或由2个首级网点以2个方向进行边角交会的形式加密；
（2）在有高精度全站仪的条件下，可采用导线法，以首级网两端点为已知点，构成附合导线的网形；
（3）在技术力量许可的情况下，也可将加密点纳入首级网中，构成新的施工控制网，这对于提高加密点的精度是行之有效的。
加密点是施工放样使用最频繁的控制点，且多设在施工场地范围内或附近，受施工干扰较大，临时建筑或施工机械极易造成不通视或破坏而失去效用，在整个施工期间，常常要多次加密或补点，以满足施工的需要。
5.平面控制网的复测
桥梁施工工期一般都较长，限于桥址地区的条件，大多数控制点（包括首级网点和加密点）位于江河堤岸附近，其地基基础并不十分稳定，随着时间的变化，点位有可能发生变化。
此外，桥墩钻孔桩施工、降水等也会引起控制点下沉和位移。
因此，在施工期问，无论是首级网点还是加密点，必须进行定期复测，以确定控制点的变化情况和稳定状态，这也是确保工程质量的重要工作。
控制网的复测周期可以定期进行，如每半年进行一次，也可根据工程施工进度、工期，并结合桥墩中心检测要求情况确定。
一般在下部结构施工期间，要对首级控制网及加密点至少进行两次复测。
第一次复测宜在桥墩基础施工前期进行，以便根据精密放样或测定其墩台的承台中心位置。
第二次复测宜在墩、台身施工期间进行，并宜在主要墩、台顶帽竣工前完成，以便为墩、台顶帽位置的精密测定提供依据。
顶帽竣工中心即可作为上部建筑放样的依据。
复测应采用不低于原测精度的要求进行。
由于加密点是施工控制的常用以提高加密点在复测时通常将加密点纳入首级控制网中观测，整体平差，点，
的精度。
值得提出的是，在未经复测前要尽量避免采用极坐标法进行放样，如采用则应有检核措施，以免产生较大的误差。
无论是复测前或复测后，在施工放样中，除后视一个已知方向之外，应加测另一个已知方向（或称双后视法），以观察该测站上原有的已知角值与所测角值有无超出观测误差范围的变化，以避免在后视点距离较长且气象条件通视不甚良好时发生观测错误的影响。
三、桥梁施工高程控制网
1.桥梁施工高程控制网的布设
高程控制网的精度
无论是公路桥、铁路桥或公路铁路两用桥，在放样桥梁施工高程控制网前都必须收集两岸桥轴线附近国家水准点资料。
对城市桥还应收集市政工程水准点资料；对铁路及公铁两用桥铁路线路还应收集勘测或已有铁路的水准点资料．包括其水准点的位置、编号、等级、采用的高程系统及其最近测量日期等。
桥梁高程控制网的起算高程数据是由桥址附近的国家水准点或其他已知水准点引入。
这只是取得统一的高程系统，而桥梁高程控制网仍是一个自由网，不受已知高程点的约束，以保证网本身的精度。
放样桥墩、台高程的精度除受施工放样误差的影响外，控制点间高差的误差亦是一个重要的影响因素，因此高程控制网必须要有足够高的精度。
对于水准网，水准点之间的联测及起算高程的引测一般采用三等。
跨河水准测量当跨河距离小于800m时采用三等，大于800m时则应采用二等。
2.桥梁三角网
1）桥梁三角网的外业
桥梁三角网布设好后，就可进行外业观测与内业计算。
桥梁三角网的外业主要包括角度测量和边长测量。
由于桥轴线长度不同，对桥轴线长度的精度要求也不同，因此三角网的测角和测边精度也有所不同。
在《公路桥位勘测规程》中，按照桥轴线的长度，将三角网的精度等级分为六个等级，具体技术指标见表4-2。
角度观测一般采用方向观测法。
观测时应选择距离适中、通视良好、成像清晰稳定、竖直角仰俯小、折光影响小的方向作为零方向。
角度观测的测回数由三角网的等级和仪器的类型而定。
具体规定见表4-3。
表4-3三角网等级和仪器类型及测回数
不同等级的测回数仪器类型四五六三二七
9264661249291264铟瓦线尺丈量是最精密的测距方法，用于二、三等网的基线丈量。
但组织这样一次丈量是极其困难的。
目前已有高精度的基线光电测距仪可用于二、三等同基线测量，为测距工作带来诸多方便。
三等以下则可用一般光电测距仪测定，也可用钢尺精密量距的方法。
直接
。
4～1丈量的测回数为
桥梁三角网一般只测两条基线，其他边长则根据基线及角度推算。
在平差中，由于只对角度进行调整而将基线作为固定值，因此基线测量的精度应远高于测角精度而使基线误差可忽略不计。
所以，基线测量精度一般应比桥轴线精度高出2倍以上。
边角网一般要测部分或全部边长，平差时要与角度一起参与调整，故要求与测角精度相当即可，一般与桥轴线精度一致就能满足要求。
外业工作结束后，应对观测成果进行检核。
基线的相对中误差应满足相应等级控制网的要求。
测角误差可按三角形闭合差计算，亦应满足规范要求。
当有极值条件或基线条件时，闭合差的限差按下式计算：
?
?
]?
mw2[限（4-4）m——测角中误差，（″）；式中?
——传距角正弦对数的秒差，以对数第六位为单位。
桥梁三角网平差与坐标计算
（1）由于对网本身点的相对位置的精度要桥梁控制网通常都是独立的自由网。
平也只是取得坐标间的联系，求很高，所以即使与国家网或城市网进行联测，差时仍按独立的自由网计算。
三等三角网可采桥梁三角网的平差方法通常采用条件观测平差。
对于二、用方向平差，三等以下一般采用角度平差，视情况还可采用近似平差方法。
所边角网的平差亦采用条件观测平差。
由于边角网的边、角均参与平差，
还有边、角两类观测量共同组成边角条件。
三边网的条件外，以除其有三角网、因此需要合理确定测角和测边的权由于边和角是两类不同类型的观测值，值及其比例关系，以使平差结果符合实际。
x以桥轴线方向作为纵坐标桥梁控制网通常采用独立的平面直角坐标系，台的设计里值。
轴，而以桥轴线始端控制点的里程作为该点的x这样桥梁墩、程即是其x坐标值，可为以后的放样交会计算带来方便。
3.水准点的布设水准点的选点与埋设工作一般都与平面控制网的选点与埋石工作同步进
水准基点是整个桥梁施工过程中的高水准点应包括水准基点和工作基点。
行，即水准基点因此在选择水准点时应注意其隐蔽性、程基准，稳定性和方便性。
过往车辆影响和易受应选择在不致被损坏的地方，同时要特别避免地质不良、又要考此外还应注意其不既受桥梁和线路施工的影响，其他振动影响的地方。
可采用虑其便于施工应用。
在埋石时应尽量埋没在基岩上。
在覆盖层较浅时，应尽量采深挖基坑或用地质钻孔的方法使之埋设在基岩上；在覆盖层较深时，水）以增加埋石的稳定性。
（用加设基桩即开挖基坑后打入若干根大木桩的方法要尽可能做到在桥梁施工完毕交准基点除了考虑其在桥梁施工期间使用之外，付运营后能长期用于桥梁沉降观测之用。
以内的大、中型桥，可在河两岸各设在布设水准点时，对于桥长在200m时，由于两岸联测起来比较困难，而且水准点高程m置一个。
当桥长超过200
每岸对于特大型桥，发生变化时不易复查，因此每岸至少应设置两个水准点。
个水准2每岸也应不少于个水准点，应选设不少于3当能埋没基岩水准点时，设置一个水准点，并且在引桥端点附近应点；当引桥较长时，应不大于lkm水准点应根设有水准点。
为了便于施工时使用，还可设立若干个施工水准点。
钢管标石、据地形条件、地质情况、使用期限和精度要求分别埋设混凝土标石、岩石标石、管桩标石、钻孔桩标石或基岩标石。
无论采用什么样的标石，均应．
以凸出的铜质或不锈钢的标心。
水准点应设在距桥中线50m～100m小范围内，坚实、稳固、能够长久保留及便于引测使用的地方，且不易受施工和交通的干扰。
相邻水准点之间的距离一般不大于500m。
此外，在桥墩较高、两岸陡峭的情况下，应在不同高度设置水准点，以便于放样桥墩的高程。
在桥梁施工过程中，单靠水准基点难以满足施工放样的需要，因此在靠近桥墩附近再设置水准点，通常称为工作基点。
这些点一般不单独埋石，而是利用平面控制网的导线点或三角网点的标志作为水准点。
采用强制对中观测墩时，则是将水准标志埋没在观测墩旁边的
混凝土中。
水准测量的等级、精度、限差应符合表4-4的规定。
表中R为测段长度，L为符合路线长度，F为换线长度，均以千米计。
表4-4水准测量的等级和测量精度（mm）
限差
每千米水水准测检测已测左右路线往返测准测量的附合路量等级高差不符测段高差环闭合差线闭合差不符值偶然中误值只差M差Δ二≤±1.0—±4±4±4±6RRFL三≤±3.0±12±12±12±8±20RRRFL≤±5.0四±20±14±20±30±20RRRFL≤±7.5五±30±20±30±30±30RRRFL在山区和丘陵地区，当平均每千米单程测站数多于16站时，应符合表4-5的规定。
表中n为两水准点间单程测站数。
每公里水准测量高差中数的偶然中误差按下式计算：
?
?
?
?
1m?
?
?
?
Rn4?
?
4-5）（?
计；mmn式中，为测段数。
为测段往返测高差不符值，以山区和丘陵地区水准测量限差（mm）表4-5
差限水准测量等级往返较差、附和或环闭合检测已测测段高差之差差二±1.2±0.8nn三±2.4±4.0nn四±6.0±4.0nn为了便于施工放样，可根据实际需要在施工地点附近设立若干个施工水准点。
当桥墩较高、两岸地貌陡峭时，可在陡坡上一定的高差范围内设立施工水准点，以便于放样桥墩的高程。
施工水准点的高程必须定期检测。
水准测量作业开始前，必须对水准仪和水准尺按相关的项目要求进行检验。
如有近期资料，可只检验圆水准器正确性和i角误差。
二等水准测量的i角误差限差为±15″，三四等水准测量的i角误差限差为±20″。
在作业过程中，应保证圆水准器轴和仪器竖轴关系正确。
作业开始后的第一周内每天应检跨河水准测量4.角较为稳定时，可适当延长校检时间。
i角一次，当i校．
跨河水准测量是桥梁施工高程控制网放样工作中十分重要的一环。
当水准路线跨越较宽的河流或深谷时，其宽度往往超过了规定的视线长度，这就使得前、后视线不能相等，实测高差中包含有较大的i角误差影响。
由于视线增长，大气垂直折
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