桥梁墩和台中心纵横轴线的测量优化

测设桥梁墩、台的中心位置及其纵横轴线,是桥梁施工阶段最主要的工作之一。对于直线桥梁,只要根据墩台中心的里程桩号和岸上桥轴线控制桩的桩号,求出其桩号差(间距)即可定出墩台中心的位置；对于曲线桥梁,由于墩台中心不在线路中线上,需要计算墩台中心的坐标,然后再测设其位置。

1.曲线桥梁测设资料复核

(1)桥墩中心设置。曲线桥梁的线路中心为曲线,而梁本身是直线,线路中心与梁的中线不能完全吻合,如图12-9所示。梁在曲线上的布置是使各梁的中线连接起来,成为基本与线路中线相符合的一条折线,即称为梁的工作线。桥墩中心位于工作线转折角的顶点上,墩台中心定位就是要测设这些转折角的顶点位置。

图12-9　曲线桥的线路中心与梁中线

图12-10　梁的中线向外侧

在曲线桥梁设计中,梁中心线的两端并不位于线路的中心线上,需要将梁的中线向外侧移动一段距离E(称为偏距),如图12-10所示。由于相邻两跨梁的偏角很小,认为E就是线路中线与桥墩纵轴线的交点A至桥墩中心A′的距离。桥墩台的纵轴线是指垂直于线路方向的轴线,而横轴线是指平行于线路方向上的轴线。

偏距E一般以梁长为弦线的中矢值的布置,这种布置称为平分中矢布置。也有的使E等于中矢,这种布置称为切线布置。当梁在圆曲线、缓和曲线上时,切线布置和平分中矢布置的偏距E切、E平分别为

式中:L为墩中心间距；R为圆曲线半径；lS为缓和曲线全长；lt为缓和曲线上计算点至ZH(或HZ)点的曲线长；l、B为梁长和梁宽；a为规定的直线桥梁缝的；α为桥梁偏角,即两孔梁中线的转向角,以弧度为单位。

当相邻两孔梁的跨距不等,或是等跨却位于缓和曲线上时,则E值不等,导致两孔梁的工作线不能交于桥墩中心,为采用相同的E值,规定:当相邻梁跨都小于16m时,按小跨度梁的要求确定E值；当大于20m时,则按大跨度梁的要求确定E值。

(2)桥台布置。当桥台中心线与相邻梁跨中线布置在一条直线上时,称为直线布置。如图12-11所示,直线布置使得台尾处的线路中心线偏离桥台中心线一段距离d,若d不超过10cm,就采用直线布置,若d超过10cm,则应按折线布置。折线布置是使台前的E与相邻梁跨的E相同,而使台尾的E为零,如图12-12所示。若采用折线布置,当台尾偏角出现负值,即台尾偏角改变方向时(图12-13),则台尾与台前采用相同的E值,如图12-14所示。

图12-11　直线布置

图12-12　折线布置

图12-13　台尾偏角改变方向

图12-14　台尾与台前采用相同的E值

偏心距E、偏角α、墩中心距L在设计文件中已给出,如图12-15所示,但在测设前仍要按上述的计算方法进行校核计算。

在图12-15中的各桥墩处均注记了偏距E、墩中心的桩号和桥墩偏角,并注记了两墩的墩中心间距。如3号桥墩,注记了该墩的桩号K9+763.20、偏距E=11cm、偏角α=3°07′56″、至4号墩中心的间距L34=32.80m。

2.曲线桥梁墩台中心坐标计算(www.xing528.com)

如图12-16所示,T点为桥墩中心,利用设计文件中已给出的该墩桩号J可求得其坐标xJ、yJ和切线方位角αJ。墩中心T到中桩J的偏距也在设计文件中给出,且这一偏距是点T至曲线的垂距,故图中桥墩的纵轴线方位角αT为

图12-15　设计文件给出的偏心距E、偏角α及墩中心距L

此方位角永远指向线路前进方向的右侧。于是可求得墩台中心T的坐标为

在纵轴线上离墩台中心T的距离为E1的任一点t,其坐标为

墩台中心T的坐标用于测设墩台中心,纵轴线上t点的坐标用于确定墩台的纵轴线。待各墩台中心的坐标算出后,通过坐标反算可求出相邻墩台中心的间距及方位角、偏角,并与设计文件给定的数据校核,若不符需查明原因；若相符,则为墩台测设的基础数据。

3.墩台中心与轴线测设

测设墩台中心,可以采用极坐标法、前方交会法、直接丈量法、偏角法、导线法等,其中,前两种是常用的方法。无论用何方法,测设前均要估算测设方法所能达到的精度。

(1)极坐标法。用全站仪采用极坐标法测设墩台中心位置,其工作简捷、迅速且精度高,是目前普遍采用的一种测设方法。

测设时,选择工作条件好、控制范围大、距墩台中心较近的控制点(首选桥轴线控制点)为测站点,选择目标背景好、成像清晰、距测站略远的控制点为定向点,计算并检核放样元素,按照测设设计方案要求放样各点。换站时,应予检查,两站测设同一点位的偏差应不超过2cm,若合乎要求,取平均位置作为测设的点位。测设完墩台中心的纵横轴线后,需要设立好护桩,每条轴线以中心分界,每侧设立的护桩数不少于2个。

(2)前方交会法。若桥墩处的河水较深,适宜用前方交会法测设点位。

图12-16　桥墩中心坐标计算

用前方交会法测设点位,应由三个方向交会放点。对于直线桥梁,其中一个方向应为桥轴线方向,另外两个方向的交会角以接近90°为宜；若不为90°,交会角宜按钝角对称交会比较有利,如图12-17所示。

在桥墩施工过程中,随着工程的进展需要多次交会桥墩的中心位置。为了简化工作,可把交会方向精确地延伸到对岸,并用觇牌固定,如图12-18所示。这样在后续测设墩位时,只要在测站点照准对岸的相应觇牌即可。为避免混淆,应在相应觇牌上标出桥墩的编号。

图12-17　直线桥前方交会

图12-18　对岸设照准点

图12-19　示误三角形

理论上三个交会方向应交于一点,但观测有误差,实际交会时会产生一个示误三角形,如图12-19所示。对于直线桥梁,若示误三角形在桥轴线方向上的边长不大于2cm,最大边长不超过3cm,则取E′在桥轴线上的投影位置E为放样桥墩中心的位置。对于曲线桥梁,若示误三角形的最大边长不超过2.5cm,取示误三角形的重心作为放样桥墩中心的位置。