横断面测量技术的应用与优化

横断面测设

横断面测设就是测定路线各中桩处于垂直于中线方向上的地面变化起伏情况，之后绘制成横断面图，供路基、边坡、特殊构造物的设计，土石方计算和施工放样之用。横断面测量的宽度根据路基宽度、横断地形情况、边坡大小及特殊需求而定，横断面测量包括确定横断面的方向以及此方向上测定中线两侧地面坡度变化点的距离和高差。

5.3.4.1　横断面方向的测定

1.直线段横断面方向的测定

直线段横断面方向与路线中线垂直，一般采用方向架测定横断面方向。如图5-6所示，将方向架置于中桩点号上，因方向架上两个固定片相互垂直，所以将其中一个固定片瞄准直线段另一中桩，则另一个固定片所指即是横断面方向。由于工地测量人员有限，实际上，极少采用方向架，很多时候采用双臂目测法，其原理同方向架，测量人员站在其中一个中桩上，用一只手臂目测前进中线，另一只手臂目测与中线垂直，即根据路线各中桩目估测定与中桩垂直的方向。该方法精度较使用方向架低，但适合于填方路基，可以大量减少野外工作量，提高工作效率，可每隔100 m用经纬仪或全站仪校正横断面。若需准确测定横断面方向，可利用经纬仪或全站仪进行。

2.圆曲线段横断面方向的测定

图5-6　直线段横断面方向

图5-7　圆曲线段横断面方向

圆曲线段横断面方向为经过该桩点指向圆心的方向，一般采用安装一组活动片的方向架进行测定。如图5-7所示，欲测定圆曲线上桩点1的横断面方向。首先将方向架安置在ZY（YZ）点上，用固定片AB瞄准交点JD或直线段某一桩点，AB方向为该桩点切线方向，与AB垂直的固定片CD方向为ZY（YZ）点的横断面方向，保持AB、CD方向不变，转动活动片EF，使其瞄准1点，并将其固定。然后将方向架搬至1点，用固定片CD对准ZY（YZ）点，则活动片EF所指方向为1点的横断面方向。如果ZY（YZ）点到1点的弧长和1到2弧长相同，则将方向架搬至2点，仍旧以固定片CD瞄准1点，活动片EF方向为2点的横断面方向，若各段弧长都相等，则按此法，可测定圆曲线上其余各点的横断面方向。

如果ZY（YZ）点到1点弧长和1到2弧长不相同，则在1点的横断面方向上立一标杆，用CD固定片瞄准，固定片AB方向为1点的切线方向，转动活动片EF对准2点后固定。然后将方向架搬至2点，用固定片CD对准1点，则活动片EF方向为2点的横断面方向。由此可知，只要各段弧长不变，则活动片EF位置不变。否则应改变活动片EF位置，其他操作相同。

如果需要精确测定圆曲线各桩点的横断面方向，则可将经纬仪或全站仪安置于各桩点上，后视ZY（YZ）点后，根据各桩点到ZY（YZ）点弧长L计算弦切角，可拨至各桩点切线方向，再拨90°转至各桩点横断面方向上。

3.缓和曲线段横断面方向的测定

一般方法：如图5-8所示，假设各桩点间桩距相等，在K12+300处安置方向架，用一个固定片照准K12+280处，则在另一个固定片CD所指方向立标杆D1，然后再以固定片AB照准K12+320处，在固定片CD方向上立标杆D2，取D1和D2的中点D，则K12+300过D方向为该点的横断面方向。此法在不需要精确测定时可以采用，一般情况下可满足施工要求。

图5-8　缓和曲线段横断面方向

精确方法：如果需要准确测定横断面方向，则利用缓和曲线的偏角计算。在缓和曲线段任一桩点安置经纬仪（全站仪），测设缓和曲线的偏角，再转至该桩点的法线方向，即横断面方向。如图5-8，若R=500 m，L0=100 m，欲测定P2：（K12+300）的横断面方向，先要计算回旋线在P2点的切线角β1为：

其中：l1——ZH点至P2点的弧长；

　　　l0——缓和曲线总长；

　　　R——圆曲线半径。

根据第4章坐标计算公式（4-20）计算出P2、P3点在独立坐标系中的坐标（x2，y2）、（x3，y3），由此求出弦线P2P3与P2点切线的水平夹角1δ为：

(www.xing528.com)

将经纬仪安置于P2点（K12+300），后视K12+320，水平度盘归零。顺时针转δ1，即为回旋线在P2点的切线方向，90°+δ1方向为该桩点横断面方向。

5.3.4.2　横断面的测量方法

1.标杆皮尺法

标杆皮尺法是利用标杆（也称花杆）和皮尺测定横断面方向上各变坡点的水平距离和高差的方法。其操作方法为：如图5-9所示，1#点、2#点和3#点为路基K1+100横断面上的变坡点，将标杆立于1#点上，标杆立直，皮尺零端紧靠K1+100中桩地面拉成水平，读出中桩至1#点的水平距离，另一端皮尺截于标杆的红白格数（每格20 cm）即为中桩地面和1#点的高差，同法可测出1#点至2#点、2#点至3#点之间的水平距离和高差，直至路基坡脚为止。施测时，边测边绘，并将量测距离和高差填入表5-12中，表中正号为升高，负号为降低，分子表示高差，分母表示距离，自中桩由近及远测量与记录。该法操作简洁、精度低、效率高，适合于平坦和丘陵地区。

图5-9　标杆皮尺法

表5-12　横断面测量（标杆皮尺法）表格

2.水准仪法配合钢尺法

水准仪法就是利用水准仪测量各变坡点和中桩点间的高差和用钢尺量距进行测量。如图5-9所示，选择一适当位置安置水准仪，以中桩点立尺为后视读数，在横断面上坡度变化点上立尺作为前视中间点读数，可测出中桩点与各变坡点的高差，再用皮尺量出各变坡点至中桩的水平距离。将观测数据和量测距离填入表5-13中。施测时，水准尺读数至厘米，水平距离量至分米。该法精度较高，适合于地面平坦地区。

表5-13　横断面（水准仪法）测量记录

3.经纬仪法

将经纬仪安置于中桩处，利用视距法测量横断面上各变坡点至中桩的水平距离和高差，记录格式如表5-14所示，需要读取目标点的上中下三丝读数和竖直角读数。本法适于地形复杂、横坡大的地区。

表5-14　横断面（经纬仪法）测量记录表

4.全站仪法

将全站仪架设在任意已知测量控制点上，建站，输入测站坐标和高程，后视任意可以通视的已知点，首先测设中桩点，再测设该横断面上的各个边坡点。此法需对中桩和边桩点进行编码，测设数据包含坐标和高程，即各点的X、Y、H或X、Y、Z，自动记录存储。外业完成后，将外业测设数据导入南方测图软件CASS系统中，完成横断面图的测设。该法测设速度快，精度高，但需要测站点和边坡点通视。

5.GPS-RTK法

将基准站架设在测区的已知控制点上，将WGS-84坐标转换为测区设计提供的测量坐标系，流动站一次架设在任意中桩的横断面上边坡点处，测设该点三维数据并存储，内业时将外业数据导入计算机形成文本，再导入南方测图软件CASS系统中，完成横断面图的测设。该法适合于任何地形，只要没有遮盖物即可。该法测设速度最快、省时省力，具有成本低等优点。

5.3.4.3　横断面图的绘制

横断面图是根据横断面观测成果，绘在毫米方格纸上的，如图5-10所示。一般可以在现场边测边绘草图，这样可以减少外业工作量，便于核对以及减少差错。如施工现场绘图有困难时，做好野外记录工作，带回室内绘图，再到现场核对。

横断面图的比例尺一般采用1∶100或1∶200。绘图时，用毫米方格纸，首先以一条纵向粗线为中线，一纵线、横线相交点为中桩位置，向左右两侧绘制，先标注中桩的桩号，再用铅笔根据水平距离和高差，按比例尺将各变坡点点在图纸上，然后用格尺将这些点连接起来，即得到横断面的地面线。在一幅图上可绘制多个断面图，各断面图在图中的位置一般要求：绘图顺序是从图纸左下方起自下而上，由左向右，依次按桩号绘制。

图5-10　横断面图