桥梁工程测量实习报告

测绘与城市空间信息系

《工程测量学》课程设计

实习报告

设计名称： 工程测量学课程设计 

学生班级：         

学生学号：        

学生姓名：           

学生组别： 第二组             

专    业： 测绘工程           

指导教师：   

时    间：11月28日至12月9日

2011年12月9日

1.工程概况………………………………………………………………1

1.1工程地理位置……………………………………………………1

1.2工程简介…………………………………………………………1

1.3已有测绘成果……………………………………………………2

2.设计规范及要求………………………………………………………2

2.1设计规范…………………………………………………………2

2.2设计要求…………………………………………………………2

3.桥梁施工控制网的建立………………………………………………3

3.1桥梁控制网设计原则……………………………………………3

3.2桥梁控制网设计方法……………………………………………4

3.3桥梁施工控制网布设的特殊要求………………………………5

3.4桥墩定位的角度对施工控制网进行必要精度分析……………6

4.平顶山湛河彩虹桥平面控制网设计…………………………………7

4.1彩虹桥平面控制网建网方法选择………………………………7

4.2彩虹桥平面控制网网形设计……………………………………7

5.平顶山湛河彩虹桥高程控制网设计…………………………………9

5.1彩虹桥水准测量概述……………………………………………9

5.2跨河水准测量设计………………………………………………9

5.3彩虹桥水准设计…………………………………………………11

6.平顶山湛河彩虹桥桥墩放样…………………………………………13

6.1平顶山湛河彩虹桥桥墩放样次级网的建立……………………13

6.2桥墩放样必要精度………………………………………………14

6.3桥墩中心放样方法………………………………………………15

7.课程设计实习心得……………………………………………………17

《工程测量学》课程设计

1.工程概况

1.1工程地理位置

平顶山市湛河彩虹桥位于河南平顶山市城东河路，是跨越湛河的重点桥梁。北接湛河北路，南接湛河南路。

1.2工程简介

平顶山湛河彩虹桥是跨越湛河的重点工程，该桥的桥长约300m左右，桥面宽度：主桥 净2*7m机动车道+2*3m非机动车道+2*2.75m人行道+2*1.5拱肋+3*0.5隔离带，全宽30m；引桥 净2*7m机动车道+2*3m非机动车道+2*2.75m人行道+2*1.5拱肋+3*0.5隔离带，全宽30m。该桥的建成对于平顶山市经济发展具有重要意义。

1.3已有测绘成果

已有控制点四个K1、K2、K5、K6且保存完好。而且还已知桥梁中心线与湛北路交点坐标A：X=34060.820，Y=37398.000；桥梁中心线与河道中心线交点坐标：X=33920.224，Y=37391.737；桥梁中心线与湛南路交点坐标B：X=33769.000，Y=37385.000.高程系统采用1956年黄海平均海水面上正高。

2.设计规范及要求

2.1设计规范

1.《工程测量规范》（GB50026－2007）； 

2.《公路勘测规范》(JTJ061-99)

3.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）； 

4.《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-9）； 

5.《国家一二等水准测量规范》(GB127-91) 

6.《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/18314-2009)  

2.2设计要求

相关精度要求 桥梁施工平面控制网的建立，应符合下列规定： 

1 桥梁施工平面控制网，宜布设成自由网，并根据线路测量控制点定位。 

2 控制网可采用GPS 网、三角形网和导线网等形式。 

3 控制网的边长，宜为主桥轴线长度的0.5-1.5倍。 

4 当控制网跨越江河时，每岸不少于3点，其中轴线上每岸宜布设2 点。

平面控制测量等级

桥梁施工控制网等级的选择

注：1. L为桥的总长

2. l为跨越的宽度指桥梁所跨越的江、河、峡谷的宽度。

水准测量的主要技术要求

注：1.成带节点的水准网时，节点之间或节点与已知点之间的路线长度，不应大于表中规定的0.7倍。 

2.L为往返段附合或闭合环的水准路线长度km。n为测站数。

3.桥梁施工控制网的建立

3.1桥梁控制网设计原则

     满足施工放样精度要求，控制点密度适当，图形结构良好的施工控制网更是必不可少，而且施工控制网的布设形式和精度等级更直接影响桥墩放样点位的精度，从而更构成了桥梁建设成败的一个关键因素。因此如何更科学地设计与布设一个既经济又合理的桥梁施工控制网显得极为重要。 

3.2桥梁控制网设计方法

一般的中小型桥梁、高速公路互通、城市立交桥、高架桥和跨越山谷的高架桥等，通常采用一级导线网，或在四等导线控制下加密一级导线。通过在导线点的基础上增设施工控制点，构成简单的四边形网，并加测四边形两对角线从而提高图形强度，再按一级三角网施测要求测量平差后即可满足施工放样的需要。对于大型型桥梁，桥梁控制网的精度需要作具体分析，目前大型桥梁施工控制网建立方法主要有两种，传统的三角网和利用GPS技术建立的控制网法，这两种方法各有特色。

三角建网方法有很多优越性，观测量直观可靠、数据处理方法简单、有一套成熟的建网技术和观测程序、测量精度容易控制、工地经验多等，但该方法作业作业速度慢，周期长，人员因素和工作效率是传统三角网的致命弱点。并且，大型桥梁跨河或跨江，对气象的条件要求较高，因此客观上在精度满足需要的情况下应该尽量避免使用该方法。

GPS网建立的劳动强度低、优化设计控制网的几何图形以及降低观测中气象条件的要求等方面具有明显的优势，并且可以在较短时间内以较少的人力消耗来完成外业观测工作，基本上不受天气条件，内外业紧密结合，可以迅速提交测量成果。但是该方法受卫星条件的和精度的，部分地方卫星信号弱该方法就难以使用，并且，部分工程对精度有特殊要求，该方法不能满足。

3.3桥梁施工控制网布设的特殊要求

桥梁控制网布网时除了考虑有利的网形以及一般工程控制网的基本要求以外，还需注意以下几点：

( 1) 桥梁三角网的边长与河宽有关，一般在0.5—1.5倍河宽范围内变动。由于三角网边长较短，一般直接丈量三角网的边长作为基线。为了提高三角网韵精度，使其有较多的检核条件，通常丈量两条基线，两岸各设一条。如因地形也可将两条基线布设在同一岸上，基线长度一般约等于两桥台间距离(或河宽)的0.7倍。另外，当地形条件许可时，应使基线长度为基线尺长的整数倍，这样可以避免用短尺丈量余长。此外，宜在基线上多设几个节点，埋设标石，便于交会近岸桥墩。以上为用因瓦基线尺丈量基线的情况。如果采用电子全站仪测量，基线的布置就非常灵活。

( 2) 为了使控制网与桥轴线联系起来，应在河流两岸的桥轴线上各设立一个控制点，即将桥轴线作为控制网的一条边，控制点与桥台设计位置不应太远，以方便桥墩台的测设及保证两桥墩台间距离的精度要求。同时，测设桥墩台时，尽量在桥轴线上的控制点上安置仪器进行测量，以减少垂直予桥轴线方向的误差。

( 3) 根据桥轴线的不同精度要求，确定控制网的测边、测角精度，并进而确定选用合适精度的测量仪器、测回数及读数精度。 

( 4) 对三角网而言，由于平差计算时只改正角度而不改正基线，即基线的误差与角度的误差相比可以忽略不计。所以为了保证桥轴线有足够的精度，基线的精度要比轴线的精度高出2—3倍。对边角网和测边网而言，由于测定的边长不受角度影响而产生误差积累，测边的精度要求不象基线要求的那么高，只要相当于桥轴线的精度即可。 

( 5) 在大型桥梁建设中，由于工期较长，为了保证在施工过程中尺长标准的统一，一般都应在施工现场建立比尺长，以便于及时对测距工具进行检查核准。 

( 6) 布网时应对桥轴线精度、墩台测设、图形强度、点位保存、施工方便等因素进行综合分析考虑。施工时，由于考虑不周或其他原因，控制点位不能满足测设要求，而不得不对控制网进行加密的情况，在桥梁工程建设中也时有发生。因此，在桥梁控制网布网时，必须充分考虑这些特殊要求。

3.4桥墩定位对施工控制网进行必要精度分析

桥梁施工控制网的精度与桥墩定位等因素密切相关。可以从施工中放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差来分析桥梁控制网必要的精度。设放样精度要求最高的几何位置中心的平面容许误差为M，根据桥梁控制网点位误差对放样点位精度不发生显著影响的原则， 取总误差的0.4倍作为控制点引起误差的限值， 即控制点坐标容许误差为mx(或my)≤0.4M，由此计算出控制网最弱边的边长中误差和最弱边的相对中误差。

按两边求微分得

按误差传播定律有

将代入，得

（1）

施工平面控制网中最弱点的坐标中误差及最弱边的边长中误差应按公式 (5) 估算

式中 M—— 施工中放样精度要求最高的几何位置中心的容许误差 (mm)。

对一般桥梁而言，根据《铁路桥涵工程施工质量验收标准》 TB 10415－2003的规定： 混凝土墩台前后、左右边缘距设计中心线尺寸的允许偏差为±20mm， 代入公式(1)即得一般桥梁工程的施工平面控制网中最弱点的坐标中误差不应大于8mm，最弱边的边长中误差不应大于11mm。据此，现行《新建铁路工程测量规范》中规定为10 mm。对于斜拉桥，放样精度要求最高的是索塔中心平面位置和斜拉索套管后锚点的几何位置。根据有关规范的规定，它们的容许偏差均为±5mm，代入公式 (1)后得到：施工平面控制网中，最弱点的坐标中误差不应大于2mm；最弱边的边长中误差不应大于 3mm。考虑到这两项定位均可在主塔墩施工后按相对定位的方法来实施，可分别放宽至3 mm和4mm。假定大型桥梁建筑物平面位置偏离轴线的最小限差为± 10mm，按“施工总误差等于控制测量误差、施工放样误差、施工误差和加密误差之总和”的原则推算出控制网中最弱点的点位精度不应低于±5mm；采用该假设，按式(1)计算的点位中误差容许值为±5.5 mm。

4.平顶山湛河彩虹桥平面控制网设计

4.1彩虹桥平面控制网建网方法选择

布设桥梁控制网传统的方法是测角网，这种方法只测三角形的内角和一条或两条基线，测角网有利于控制横向误差。由于光电测距仪和全站仪的普及，使距离测量极为方便，因而布设测边网和边角网成为可能。根据精度分析,测角网(三角网) 有利于控制方位误差, 即横向误差,而测边网有利于控制尺寸误差,即纵向误差,在建立控制网时为了充分发挥测角网和测边网的这些特点, 布设同时测角和测边的控制网，即边角网。因此，“彩虹桥”平面控制网建网方法选用边角网，等级为四等控制网。

4.2彩虹桥平面控制网网形设计

桥梁施工平面控制网图形常见的有图1所示的5种,其中1-2为桥轴线。

图1（a）为菱形网 ,适合于江中有岛的情形 ,图1（b）（c）为双三角形网和单大地四边形网,主要用于大、中桥的控制,图1（d）（e）为大地四边形加三角形网和双大地四边形网,主要用于大桥和特大桥的控制。虽然“彩虹桥”长约300m，但考虑到其结构的特殊性故采用双大地四边形网，初步设计的网形如下：

5.平顶山湛河彩虹桥高程控制网设计

5.1彩虹桥水准测量概述

跨河水准测量是桥梁工程高程控制网测量的重要组成部分，其主要任务和作用是：通过跨河高程传递测量将江河湖海两岸的水准点高程联系起来，建立全桥统一的高精度的高程基准，满足水中桥墩（塔）精度施工放样的需要。

5.2跨河水准测量设计

桥梁施工高程控制网的主要作用是控制桥梁墩台及索塔高程的定位放样,其中水中桥墩及斜拉桥索塔的高程是控制的重点和难点,其难度随着桥梁跨越水面距离的增大而增加。为了保证水中主桥高程施工放样精度, 必须通过跨江( 海) 高程测量将江河湖海两岸的水准点高程联系起来。可见,跨河(海) 水准测量是桥梁施工高程控制网测量的关键。以水中桥墩施工放样精度要求推求桥梁施工控制网的必要精度。

从测量的角度来看,桥墩施工定位的总误差由控制点误差和放样误差两大部分组成。通常情况下，桥梁施工条件复杂、干扰大、放样误差较大。而在建立控制网时，则有足够的时间和各种有利条件提高控制网的精度。 因此，我们按照使控制点误差对放样点位不发生显著影响的原则，进行施工控制网的精度设计。水中桥墩(或索塔) 高程系由一岸水准点( A 或 B )引测而得。设施工放样中精度要求最高的高程允许误差为△H 。根据推导,当控制点误差为总误差的0. 4倍时，则其对桥墩高程放样的影响可忽略不计，则两岸跨河水准点的高程中误差(mA 或 mB )不应大于。而桥梁工程中最关心的是桥墩(台)间相对关系问题,因此我们以两岸跨河水准点间高差中误差应不大于的要求来规定施工高程控制测量的精度。

桥梁施工规范规定:混凝土墩台支承垫石顶面高程允许偏差为，取其高程中误差为，则两岸跨河水准点间高差的中误差不应大于。设每千米水准测量高差中数的偶然中误差为, 跨河视线长为, 则有: 

对于二等跨河水准，， 则要求， 也就是说，当跨河视线长不大于时，可按二等精度施测。但跨河水准测量的难度随跨河视线长度的增加而增大，因此，在规范制定中可取，而当跨河视线长超过时，须对跨河水准测量进行专门设计。对于三等跨河水准，， 则要求。

对于岸上网中水准点间联测，取岸上施工水准点纵向( 沿桥向) 间距为400m,则可求得每千米水准测量中误差的允许值为：， 考虑到陆地桥墩施工难度比水上施工难度低的实际情况，故取陆地水准测量中误差的允许值为 5 mm，同时顾及跨河长度对桥型结构复杂程度的总体影响因素,故规定网中水准点间联测分别按三、四等精度施测。而对于网的起算高程引测一项，由于桥梁工程主要强调施工的相对精度，因此取用与网中水准点间联测相同的等级。至此,完成了桥梁施工高程控制测量精度等级的设计。当跨河视线长小于 1 000 m 时, 跨河水准应按不低于三等精度观测,网中水准点间联测及网的起算点高程引测按不低于四等精度观测。当跨河视线长介于 1 000~3 500 m 间时, 跨河水准应按不低于二等精度观测,网中水准点间联测及网的起算点高程引测按不低于三等精度观测; 当跨河视线长超过3500 m 时,应作专门设计。

水准测量的主要技术要求

5.3彩虹桥水准设计

传统跨河方法的场地一般布设成平行四边形、等腰梯形或大地四边形，GPS 跨河法的应布设为直线型，如下图。

跨河场地布设图形

跨河场地的布设中需要充分考虑有利于减弱大气折光、电磁场及其他障碍物对测量精度的影响，并主要到不同方法对选点的特殊要求。

1）应尽量避免顺光、逆光观测，选择背景开阔、亮度适中、周围无发热源的地方设置立尺点。

2）必须保证观测视线距离水面及其他地面障碍物的高度，尽可能选在地势较高处进行跨河测量。

3）应选择土质坚固的地面或基础稳定的水泥地设置仪器和标尺， 保证观测期间仪器和标尺的稳定性。立尺点标志须稳固可靠，当仪器安置在土质地面时，应架设仪器脚桩。

4）桥梁工程跨河水准测量应采用双线观测，并通过岸上水准联测形成跨河水准闭合环，以确保跨河水准测量成果的精度及可靠性。

根据已知数据确定“彩虹桥”的高程控制网形为下图：

具体的观测方案为：

在桥址两岸布设一系列基本水准点和施工水准点，用精密水准测量联测，组成桥梁高程控制网。从河的一岸测到另一岸时，由于过河距离较长，用水准仪在水准尺上读数困难，而且前、后视距相差悬殊，水准仪误差(视准轴不平行于水准管轴)、地球曲率及大气折光的影响都会增加。

过河水准测量图形：

（1）过河水准测量用两台水准仪同时作对向观测，两岸测站点和立尺点布置成如图所示的对称图形。

（2）A、B为立尺点，C、D为测站点，要求AD与BC长度基本相等，AC与BD长度基本相等且不小于10m。

（3）用两台水准仪作同时对向观测，在C站先测本岸A点尺上读数，得，然后测对岸B点尺上读数2～4次，取其平均值得，高差为。

（4）同时，在D站先测本岸B点尺上读数，得，然后测对岸A点尺上读数2～4次，取其平均值得，高差为。

（5）取和的平均值，即完成一个测回。一般进行4个测回。

（6）由于过河水准测量的视线长，远尺读数困难，可以在水准尺上安装一个能沿尺面上下移动的觇板。观测员指挥司尺员上下移动觇板，使觇板中横线被水准仪横丝平分，司尺员根据觇板中心孔在水准尺上读数。

6.平顶山湛河彩虹桥桥墩放样

6.1平顶山湛河彩虹桥桥墩放样次级网的建立

6.2桥墩放样必要精度

1、平面放样必要精度

设为平面放样点放样后点位总误差，其中为控制点点位误差引起的放样点点位误差，为放样过程中产生的误差引起的放样点点位误差，则有： 

很显然，将上式的二次项展开略去高次项，则有，

若使上式中，即控制点点位误差的影响仅占放样点位程总误差的10%，则有，得： 

一般规定，桥墩中心放样的点位误差为，即

则： 

由上可知，桥墩放样过程产生的点位误差小于等于。

2、高程放样必要精度

设为高程放样点放样后高程的总误差，其中为控制点高程误差引起的放样点高程误差，为放样过程中产生的误差引起的放样点高程误差，则有： 

很显然，将上式的二次项展开略去高次项，则有，

若使上式，即控制点高程误差的影响仅占放样高程总误差的10%，则有得  

     则：                 

桥墩放样过程产生的桥墩中心高程误差小于等于。

6.3桥墩中心放样方法

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，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。

（1）直接测距法：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。

（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（一般为前方交会）。

如图1，已知A，B的坐标分别为（xA，yA）和（xB，yB），在A，B两点设站测得α，β两角．则未知点P的坐标计算公式（证明从略）如下

    （1）

                                                                   图1

上式中除已知点坐标外，就是观测角余切，故称余切公式。

用计算器计算前方交会点时要注意：三角形A，B，P是逆时针方向编号的，A，B为已知点，P为未知点。若α，β角值大于90°时其余切为负值，小数取位要正确，角的余切一般取六位，坐标值取二位。

为防止外业观测的错误，提高未知点P的精度，测量规范要求布设有3个已知点的前方交会，如图2所示，这时在A，B，C三个已知点上向P点观测，测出四个角值α1，β1，α2，β2，分两组计算P点坐标，若两组P点坐标的较差在容许范围内，则取它们的平均值作为P点的最后坐标，一般其较差的容许值以下式表示

≤2×0.1M mm      （2）

式中   δx —— P点x坐标值的较差；

   δy —— P点y坐标值的较差；

M —— 测图比例尺分母。

图2

桥墩（台）测设网形

注：1,2为墩台。

7.课程设计实习心得

通过两周的《工程测量学》课程设计，让我深深的体会到工程测量学的重要性，同时更深刻的体会到做施工的责任性！

本次实习让我深深体会到，理论指导实践这一真理。实习刚开始时，我对这个题目一无所知，虽然在课本上我们已经学过相关知识，但是一到让自己真正去做，自己却不知从何下手。如果我们没有扎实的基础知识，当我们遇到问题时就无法解决了。刚开始，自己只知道去查资料，看规范，同时从老师那拿来我们组设计的相关题目的材料！当把这些资料准备齐全过后，脑子里全如一团雾水，不知道如何去组织，不知道制定出的方案能否在施工中执行，即使执行啦也不知道会不会达到预期的目的。设计的方案一改再改，心里没有一点底！这可能就是没有真正参加过实践的原因。最终经过与组员商议，确定了上面的方案！对于我们来说，如果只有理论知识，而实践操作为零，那也只是纸上谈兵；但是指挥操作，不懂理论知识，那也不能完成工作。所以，我们要好好学习理论知识，这样才能指导实践。

从这次实习中让我学到了很多，无论是专业知识，还是其他方面都得到了很好的锻炼！让我懂得了作为一名设计人员所需要具备的各方面知识。同时，通过何老师给的一些具体桥梁的施工全过程，让我明白了作为一名测量人员在一项工程中所需要充当的角色和责任！这次实习，让我看到自己还有很多的不足，还有很多东西需要去学！

最后，感谢老师这两周来的辛勤指导！