建筑工程圓曲線測設(shè)施工技術(shù)

張 驥 胡曉萌

中建七局（上海）有限公司 上海 201812

1 概述

準(zhǔn)確、周密的測量工作不但關(guān)系到工程是否能順利按圖施工，而且還為施工質(zhì)量提供重要的技術(shù)保障。在工程實際施工過程中，必須充分認(rèn)識到測量工作的重要性、科學(xué)性和可行性，讓測量工作更方便、有效地為技術(shù)質(zhì)量管理服務(wù)。

2 傳統(tǒng)建筑工程圓曲線測設(shè)方法

傳統(tǒng)的圓曲線的測設(shè)，通常分2步進(jìn)行。先測設(shè)圓曲線上起控制作用的主點，即圓曲線起點ZY（或稱直圓點）、圓曲線中點QZ（或稱曲中點）和曲線終點YZ（或稱圓直點）；然后再依據(jù)主點測設(shè)圓曲線上每隔一定距離的加密細(xì)部點，用以詳細(xì)標(biāo)定圓曲線的形狀和位置（圖1）。圖1中偏角α（或稱轉(zhuǎn)向角）在曲線定測時測定，R為圓曲線半徑。

2.1 圓曲線主點測設(shè)

2.1.1 圓曲線要素計算

從圖1可以看出，α和R在施工圖紙中已知，則：切線長T=Rtan（α/2），曲線長L=R απ /180°，外矢矩E=R[sec（α/2）－1]，圓曲線弦長C=2Rsin（α/2），切曲差J=2T－L。

2.1.2 主點的放樣方法

安置經(jīng)緯儀于JD，望遠(yuǎn)鏡后視ZY方向，自JD點沿此方向量取切線長T，打下曲線起點樁。然后轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡前視YZ方向，自JD點沿此方向量取切線長T，打下曲線終點樁。再以YZ為零方向，測設(shè)水平角（180°－α）/2，可得兩切線夾角的平分線方向，沿此方向，從JD量外矢矩E，打下曲線中點樁。

2.2 圓曲線細(xì)部點的測設(shè)

由于曲線較長，除了測定3個主點外，還要在曲線上每隔一定距離測設(shè)一些細(xì)部點（圖2中的1、2、3等點），這樣就能把圓曲線的形狀和位置詳細(xì)地標(biāo)定于實地。在實測時一般規(guī)定：R≥150 m時，曲線上每隔20 m測設(shè)一個細(xì)部點；150 m＞R＞50 m時，曲線上每隔10 m測設(shè)一個細(xì)部點；R≤50 m時，曲線上每隔5 m測設(shè)一個細(xì)部點。下面介紹2種常用的圓曲線細(xì)部點測設(shè)方法，在實際工作中，可結(jié)合地形情況、精度要求和儀器條件合理選用[1]。

圖1 圓曲線主點測設(shè)示意

圖2 偏角法測設(shè)示意

2.2.1 偏角法

根據(jù)偏角Δ（即數(shù)學(xué)上的弦切角）和弧長C′測設(shè)細(xì)部點，如圖2所示，從ZY（或YZ）點出發(fā)，根據(jù)偏角Δ1及弦長（ZY—1）測設(shè)細(xì)部點1，根據(jù)Δ2及弦長（1—2）測設(shè)細(xì)部點2，以此類推。

2.2.2 直角坐標(biāo)法

直角坐標(biāo)法又叫切線支距法，以曲線起點ZY或終點YZ為坐標(biāo)原點，以切線為x軸，切線的垂線為y軸，如圖3所示。根據(jù)坐標(biāo)xi、yi來測設(shè)曲線上各細(xì)部點。設(shè)各細(xì)部點間弧長為l，所對應(yīng)的圓心角為φ，則：xi=Rsin（i·φ），yi=R[1－cos（i·φ）]，φ=（l/R）·（180°/ π ）。

圖3 直角坐標(biāo)法測設(shè)示意

2.3 傳統(tǒng)建筑工程圓曲線測設(shè)方法利弊分析

傳統(tǒng)的圓曲線測設(shè)方法雖然可以精確地完成施工放樣工作，但筆者認(rèn)為其在現(xiàn)場施工中，特別是在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、空間狹小的房屋建筑工程施工中存在著較為明顯的劣勢：推導(dǎo)過程復(fù)雜，涉及專業(yè)知識較多；計算量大，計算過程繁瑣；多數(shù)勞務(wù)分包技術(shù)人員專業(yè)知識有限，工作時間緊張，不愿接受涉及專業(yè)知識多、計算繁瑣的方法。

當(dāng)然，傳統(tǒng)的測設(shè)方法也具有其優(yōu)勢：推導(dǎo)過程嚴(yán)密，含有參數(shù)公式，適合教學(xué)及在軟件系統(tǒng)中應(yīng)用；在工作量較小的測區(qū)，通過計算后放樣，可以很好地完成放樣工作，更接近于圓曲線的形狀和位置；適用于控制測量放樣工作。

我們更希望找到一種對專業(yè)知識要求少、計算量小、簡單快速且能滿足精度要求的測設(shè)方法。筆者根據(jù)多個項目的實踐經(jīng)驗，介紹一種圓曲線直線分解法，并分析應(yīng)用經(jīng)驗，供大家參考。

3 圓曲線直線分解法

簡單地講，圓曲線直線分解法就是將圓曲線分解成為一段接一段長度很小的直線，用直線段代替圓曲線完成現(xiàn)場圓弧形結(jié)構(gòu)圓曲線的測設(shè)工作。

3.1 “凸”形圓曲線測設(shè)

對于向外凸出的圓曲線（圖4），首先用全站儀測設(shè)曲線的起點ZY和終點YZ（起點和終點坐標(biāo)在施工圖上已知，多為混凝土圓柱中心），然后根據(jù)起點和終點的直線長度將弦長（C）等分為n段線段，得到n－1個等分點，然后過每個等分點作垂直于弦線（C）且與圓曲線相交的直線段，交點為QZ、1、2、…、2m－1、2m、…，垂線段長度分別為h0、h1、h2…、h2m－1、h2m、…?，F(xiàn)場施工中根據(jù)提前算出的h0、h1、h2…、h2m－1、h2m、…的高度，可以實地確定交點QZ、1、2、…、2m－1、2m、…，從ZY點起順時針依次連接這些交點，如果n足夠大，圓曲線上確定的點足夠多，我們則認(rèn)為依次連接交點而成的直線段可以近似表達(dá)實際的圓曲線，即完成圓曲線的測設(shè)工作。

圖4 “凸”形圓曲線直線分解圓曲線示意

實際施工中，通過事先計算h0、h1、h2、…、h2m－1、h2m、…的高度，然后在起點ZY和終點YZ間拉取直線，確定直線等分點，在每個對應(yīng)的等分點處用量角器和鋼卷尺做出相應(yīng)長度的線段，確定圓曲線上QZ、1、2、…、2m－1、2m、…的細(xì)部點，依次連接這些細(xì)部點，完成現(xiàn)場圓曲線的測設(shè)工作。

3.2 “凹”形圓曲線測設(shè)

當(dāng)圓曲線呈現(xiàn)“凹”形時（圖5），我們只需稍微做出轉(zhuǎn)換即可完成圓曲線測設(shè)工作[2]。

圖5 “凹”形圓曲線直線分解圓曲線示意

當(dāng)圓曲線呈現(xiàn)“凹”形時，圖5中圓扇形區(qū)域內(nèi)往往不存在工程實體，也就無法架設(shè)儀器，也無法直接使用鋼卷尺拉取距離。在這種情況下，需要在圓曲線外作出一條輔助線P，P平行于弦線C，與弦線C的垂直距離為L，將弦線C等分n份，由每個等分點作垂直于直線P的垂線段，垂線段與圓曲線的交點為QZ、1、2、…、2m－1、2m、…，垂足為QZ′、1′、2′、…、(2m－1)′、2m′、…。由起點ZY開始逆時針依次連接圓曲線上的交點QZ、1、2、…、2m－1、2m、…，生成的由一段接一段而成的曲線段可以近似表達(dá)圓曲線。h0、h1、h2、…、h2m－1、h2m、…雖然無法在實地直接量取，但是可以通過在直線P對應(yīng)等分點上直接量取h0′、h1′、h2′、…、h2m－1′、h2m′、…，間接確定圓曲線細(xì)部點QZ、1、2、…、2m－1、2m、…，最終完成“凹”形圓曲線測設(shè)工作。

3.3 直線分解圓曲線法分解規(guī)則及精度要求

直線分解圓曲線法簡單、便捷，能方便地完成圓曲線施工現(xiàn)場的測設(shè)工作。但是仍然有一個需要考慮的問題，即弦線（C）等分?jǐn)?shù)n值的確定，因為n值的確定直接關(guān)系到圓曲線的測設(shè)精度。筆者根據(jù)現(xiàn)行相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行計算分析，并在施工現(xiàn)場反復(fù)實踐調(diào)查，得出的結(jié)論是：當(dāng)R≥120 m時，等分后每份等分弦長長度不宜大于2 m；120 m＞R＞50 m時，等分后每份等分弦長長度不宜大于1.5 m；R≤50 m時，等分后每份等分弦長長度不宜大于1.2 m。圓曲線經(jīng)過直線分解后，每段直線段距離所對應(yīng)的圓曲線的最大距離i可以控制在3 mm以內(nèi)，完全可以滿足現(xiàn)場施工精度要求（圖6）。

圖6 圓曲線直線分解法誤差示意

4 結(jié)語

本文旨在通過對傳統(tǒng)圓曲線測設(shè)方法的優(yōu)點與缺點的分析，介紹一種在特定條件下更具操作性的圓曲線測設(shè)方法。直線分解圓曲線法在結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、精度要求不高、測設(shè)工作量大的建筑工程測設(shè)施工中，具有下列明顯優(yōu)勢：涉及專業(yè)知識少，推導(dǎo)過程與計算簡單；不需要應(yīng)用較多專業(yè)測量儀器，現(xiàn)場實施方便快捷；等分?jǐn)?shù)n控制簡單，精度滿足現(xiàn)場施工要求，對廣大施工測量技術(shù)人員來說，不失為一種方便、高效的測設(shè)施工方法。