道路與橋梁工程測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用解析

唐超

（江蘇港通路橋集團(tuán)有限公司，江蘇 張家港 215600）

1 引言

2020 年，全國(guó)道路與橋梁工程行業(yè)招標(biāo)采購(gòu)項(xiàng)目達(dá)305 617 個(gè)，同比增長(zhǎng)5.0%，道路與橋梁工程建設(shè)進(jìn)入了蓬勃開(kāi)展期。由于道路與橋梁工程建設(shè)地區(qū)分布廣，建設(shè)地區(qū)地形高度復(fù)雜，增加了測(cè)繪作業(yè)的難度。因此，解析測(cè)繪技術(shù)在道路與橋梁工程中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

2 測(cè)繪技術(shù)在道路與橋梁工程中的作用

2.1 保證實(shí)際操作與設(shè)計(jì)要求相符

道路與橋梁工程的質(zhì)量對(duì)人們的生命與財(cái)產(chǎn)安全有直接的影響，應(yīng)采取相應(yīng)的措施保障工程各環(huán)節(jié)的質(zhì)量。而模板、混凝土、鋼筋是道路與橋梁工程工藝實(shí)施過(guò)程中主要質(zhì)量問(wèn)題的來(lái)源，通過(guò)利用測(cè)繪技術(shù)，可以獲得全面、準(zhǔn)確且詳細(xì)的平面控制線、垂直控制線、控制水平線，為工藝操作者提供高度精確、可靠的工藝操作數(shù)據(jù)，保障道路與橋梁結(jié)構(gòu)的垂直度、混凝土表面平整度、模板平整度均與工程設(shè)計(jì)要求相符[1]。

2.2 對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制

通過(guò)測(cè)繪技術(shù)認(rèn)真測(cè)量分部分項(xiàng)工程，可以為工程質(zhì)量檢查提供直觀的數(shù)據(jù)，在發(fā)現(xiàn)工藝操作現(xiàn)狀與要求不相符后，可及時(shí)進(jìn)行修正，從根源上解決質(zhì)量問(wèn)題，規(guī)避道路與橋梁工程竣工后出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，消除工藝操作過(guò)程的安全隱患，并為潛在工程整改資金的經(jīng)濟(jì)化利用提供支持。

3 道路與橋梁工程測(cè)繪儀器的應(yīng)用

3.1 水準(zhǔn)儀的應(yīng)用

水準(zhǔn)儀主要用于以水平視線建立為前提，以地面兩點(diǎn)為對(duì)象，進(jìn)行兩點(diǎn)的高差測(cè)量。包括管水準(zhǔn)器、望遠(yuǎn)鏡、基座、垂直軸、腳螺旋幾個(gè)部分。在水準(zhǔn)儀的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)首先打開(kāi)水準(zhǔn)儀三腳架并固定架頭，沿著與架頭相反的方向旋轉(zhuǎn)3 個(gè)腳螺栓，使管水準(zhǔn)器中的氣泡朝向架頭方向，調(diào)節(jié)目鏡、物鏡焦距，促使物鏡、目鏡焦距呈現(xiàn)十字交叉狀態(tài)，調(diào)整完畢后，稍微調(diào)整螺旋傾斜度。利用后視鏡讀數(shù)加控制點(diǎn)高程并去除前視讀數(shù)，獲得測(cè)量結(jié)果[2]。水準(zhǔn)儀主要用于道路與橋梁工程的高程測(cè)量，部分情況下也可以用于橋梁拱度、撓度測(cè)量。比如，為測(cè)量橋梁上拱度與撓度，可以在橋頭或基礎(chǔ)處設(shè)置永久水準(zhǔn)點(diǎn)，選擇夜間溫度變化較小且無(wú)車輛通過(guò)的時(shí)間段，利用水準(zhǔn)儀測(cè)量橋梁跨中路面、橋頭（墩頂橋面）的高度差測(cè)量，獲得上拱度和撓度數(shù)據(jù)。再如，在測(cè)量道路與橋梁工程的高程時(shí)，若存在已知點(diǎn)高程，則可以直接借助水準(zhǔn)儀測(cè)定地面已知點(diǎn)、未知點(diǎn)之間的高度差，由已知點(diǎn)高程推算未知點(diǎn)高程。若地面上已知點(diǎn)與未知點(diǎn)相距較遠(yuǎn)或高度差較大，放置一次水準(zhǔn)儀無(wú)法滿足高差測(cè)量要求，則需要進(jìn)行若干臨時(shí)傳遞高程立尺點(diǎn)的設(shè)置，作為轉(zhuǎn)點(diǎn)，一次連續(xù)在2 個(gè)立尺之間進(jìn)行水準(zhǔn)儀放置，獲得相鄰各點(diǎn)之間高度差，將相鄰各點(diǎn)高度差相加后即可得到高度差值。

3.2 全站儀的應(yīng)用

全站儀又可稱之為全站型電子測(cè)距儀，具有測(cè)量距離、高差、水平角與垂直角的功能，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄與顯示讀數(shù)，規(guī)避人為讀數(shù)誤差[3]。具體操作步驟如下：

首先，應(yīng)將棱鏡常數(shù)輸入全站儀內(nèi)，使全站儀自動(dòng)完成測(cè)距校正。同時(shí)，考慮到光在大氣中的傳播速度受大氣壓力和溫度的干擾，可以根據(jù)全站儀設(shè)置溫度壓強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)值為1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（760 mmHg），將大氣含塵量修改為0.0 mg/m3，進(jìn)而輸出環(huán)境溫度值，完成參數(shù)設(shè)置。在這個(gè)基礎(chǔ)上，將棱鏡高度、儀器高度輸入儀器內(nèi)。

其次，由于全站儀具有跟蹤、精測(cè)、粗測(cè)3 種測(cè)距模式，測(cè)量工作者可以在準(zhǔn)確對(duì)照目標(biāo)棱鏡中心后選擇不同的測(cè)距模式并點(diǎn)擊測(cè)距鍵開(kāi)始距離測(cè)量，獲得斜距、高差、平距。3 種模式的測(cè)距時(shí)間以及顯示精度見(jiàn)表1。

表1 全站儀測(cè)距時(shí)間及顯示精度

在高程測(cè)量時(shí)，技術(shù)人員可以選擇經(jīng)典方法、對(duì)邊測(cè)量、后方交會(huì)幾種方法。其中，經(jīng)典方法主要是在已知坐標(biāo)（含高程）點(diǎn)上設(shè)置測(cè)站，未知點(diǎn)高程等于已知點(diǎn)高程和儀器高相加后減去棱鏡高后的數(shù)值；對(duì)邊測(cè)量主要是測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的高度差，即在任意位置架設(shè)全站儀，不設(shè)置測(cè)站高程、棱鏡高度與儀器高度，在儀器內(nèi)存參數(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，維持棱鏡高度一定，對(duì)兩點(diǎn)三角高差進(jìn)行測(cè)量，最終將前視與后視讀數(shù)相減后可以得到高度差；后方交會(huì)主要是在任意點(diǎn)上設(shè)站，測(cè)量并輸入測(cè)站外2 個(gè)已知點(diǎn)平面坐標(biāo)，或通過(guò)測(cè)量站外1 個(gè)已知高程點(diǎn)并進(jìn)行全站儀參數(shù)設(shè)置（將未知點(diǎn)高程設(shè)定為測(cè)站高程，并將三角高差反號(hào)后設(shè)問(wèn)儀器高度，棱鏡高度設(shè)定為0），完成未知點(diǎn)的三角高差測(cè)量[4]。

4 道路與橋梁工程測(cè)繪技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的測(cè)量要點(diǎn)

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，測(cè)量?jī)?nèi)容主要為工程控制測(cè)量、地形測(cè)量，如隧道導(dǎo)線點(diǎn)、橋涵水準(zhǔn)點(diǎn)以及全線路基控制點(diǎn)復(fù)測(cè)等。為確保橋涵、全線路基測(cè)量操作的準(zhǔn)確性，測(cè)量工作者應(yīng)將控制點(diǎn)復(fù)測(cè)作為主要任務(wù)，利用測(cè)角測(cè)邊法，嚴(yán)格落實(shí)“站站復(fù)核”制度、“邊邊復(fù)核”制度。

測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，測(cè)量工作者可以選擇四等水準(zhǔn)，遵循“點(diǎn)點(diǎn)閉合”制度、“站站復(fù)核”制度，克服野外惡劣環(huán)境完成測(cè)量工作。對(duì)于直線上的中樁水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量工作者應(yīng)控制實(shí)測(cè)相鄰兩點(diǎn)之間距離在50.0 m 以內(nèi)，平曲線上中樁水準(zhǔn)點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離應(yīng)在20.0 m 以內(nèi)。若地形平坦，且曲線半徑超過(guò)800.0 m，則應(yīng)控制中樁之間距離在40.0 m 以內(nèi)；若地形平坦，且曲線半徑大于300.0 m 但小于600.0 m，緩和曲線長(zhǎng)度大于30.0 m 但小于50.0 m，則需要控制中樁之間距離在10.0 m以內(nèi)；若地形平坦，且曲線半徑小于300.0 m、緩和曲線長(zhǎng)度小于30.0 m，則應(yīng)控制中樁之間距離小于5.0 m。

進(jìn)行全線路基控制點(diǎn)復(fù)測(cè)時(shí)，測(cè)量工作者應(yīng)根據(jù)交樁情況，結(jié)合某段線路全部構(gòu)造物的特點(diǎn)，為設(shè)計(jì)方提供C 級(jí)控制點(diǎn)、D 級(jí)控制點(diǎn)的增設(shè)。一般選擇GPS 復(fù)測(cè)C 級(jí)網(wǎng)，選擇I 級(jí)或II 級(jí)測(cè)距精度的全站儀分段復(fù)測(cè)D 級(jí)網(wǎng)，在角度觀測(cè)時(shí)，可以選擇4 測(cè)回方向觀測(cè)模式；進(jìn)行距離觀測(cè)時(shí)，可以選擇4 測(cè)回往返測(cè)量模式。同時(shí)，利用檢校后的儀器依據(jù)相同的精度進(jìn)行增設(shè)導(dǎo)線點(diǎn)復(fù)測(cè)。

4.2 施工階段的測(cè)量要點(diǎn)

在施工階段，測(cè)量?jī)?nèi)容主要為施工測(cè)量、設(shè)備安裝測(cè)量。在路基分部工程開(kāi)展階段，測(cè)量與測(cè)繪技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用可為工藝操作者提供開(kāi)工前場(chǎng)地原始復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)，奠定路基挖方與填方基礎(chǔ)。特別是在路基挖方時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量地面原始高程準(zhǔn)確定位開(kāi)挖線。同時(shí)通過(guò)測(cè)量人員測(cè)量地面高程，結(jié)合挖方路基設(shè)計(jì)邊坡坡率，為工藝操作寬度的確定提供依據(jù)。在具體操作過(guò)程中，對(duì)于路基挖方段，測(cè)量人員應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)高程、邊坡坡度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果放樣上方開(kāi)槽口。每挖深一步進(jìn)行一次中線與邊線恢復(fù)，在中線與邊線恢復(fù)后，可以在道路與橋梁兩側(cè)護(hù)壁或其他失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較小部位進(jìn)行高程點(diǎn)布置，完成高程測(cè)量任務(wù)。若開(kāi)挖深度達(dá)到路床頂1.00 m，則應(yīng)將高程點(diǎn)與高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)合測(cè)量；對(duì)于路基填方段，測(cè)量工作者可以以每填筑一層為依據(jù)，進(jìn)行一次中線與邊線恢復(fù)，恢復(fù)后開(kāi)展高程測(cè)量點(diǎn)設(shè)置，完成高程測(cè)量任務(wù)。在填方高度達(dá)到路床頂1.50 m 范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)量工作者可以依據(jù)設(shè)計(jì)縱斷面與橫斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。在填方高度達(dá)到路床設(shè)計(jì)高度后，測(cè)量工作者應(yīng)貫徹精準(zhǔn)放樣原則放出路基中心線與兩側(cè)邊線，實(shí)現(xiàn)路基頂設(shè)計(jì)高程到中心樁位、兩側(cè)樁位的準(zhǔn)確測(cè)量。同時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)寬度、中線、高程、坡度，完成自我檢定，為后續(xù)工序操作提供依據(jù)。

在橋梁工藝操作過(guò)程中，測(cè)量工作者應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行橋梁下部結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)、其他相關(guān)尺寸、高程的再次核對(duì)，并參與現(xiàn)場(chǎng)樁基結(jié)構(gòu)、立柱結(jié)構(gòu)的核對(duì)。特別是在橋梁涵洞的施工過(guò)程中，測(cè)量工作者應(yīng)主動(dòng)參與設(shè)計(jì)圖紙復(fù)核，為工藝操作提供必要的數(shù)據(jù)，在保證涵洞施工準(zhǔn)確開(kāi)展的同時(shí)，確保涵洞的各項(xiàng)施工參數(shù)與設(shè)計(jì)要求相符。

除了每層路基土方施工、恢復(fù)樁位、放高程外，測(cè)量工作者應(yīng)每間隔3 個(gè)月進(jìn)行1 次原有高程點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)的檢查，并在工藝操作任務(wù)完成前與監(jiān)理方協(xié)商開(kāi)展導(dǎo)線點(diǎn)、高程點(diǎn)的測(cè)量，為中樁、邊樁恢復(fù)提供依據(jù)。

4.3 運(yùn)行管理階段的測(cè)量要點(diǎn)

在運(yùn)行管理階段，測(cè)量?jī)?nèi)容主要為變形觀測(cè)和維護(hù)養(yǎng)護(hù)測(cè)量。在道路與橋梁工程運(yùn)行管理階段，因空間組合、邊坡成因、內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力等因素的影響，邊坡較為復(fù)雜，需要定期監(jiān)測(cè)邊坡變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路與橋梁工程的安全風(fēng)險(xiǎn)，以便及時(shí)防護(hù)。進(jìn)行變形觀測(cè)時(shí)，測(cè)量工作者應(yīng)將觀測(cè)表面的雜物清出測(cè)量范圍，選擇距離斷面邊坡坡口線2.00 m 位置，向深度超過(guò)20.0 m 的土體范圍內(nèi)埋設(shè)長(zhǎng)×寬×高為0.2 m×0.2 m×0.8 m 的C15 混凝土位移監(jiān)測(cè)樁、測(cè)斜管、測(cè)力計(jì)等邊坡觀測(cè)儀器并完成儀器調(diào)試。進(jìn)而由高邊坡最高位置開(kāi)始，以斷面為對(duì)象，對(duì)邊坡變形產(chǎn)生的地表位移、深層水平位移、抗滑樁位移、錨索應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)。在邊坡竣工到道路與橋梁投入運(yùn)行1.5 年后進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要每間隔30 d 進(jìn)行1 次固定樁位移監(jiān)測(cè)。獲得數(shù)據(jù)后，可以利用最小二乘法計(jì)算平差，并計(jì)算再次測(cè)量平差、首次測(cè)量平差之間的較差，判定測(cè)量點(diǎn)位邊坡是否穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在道路與橋梁工程中，測(cè)量技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用可以確保工程實(shí)際工藝操作與設(shè)計(jì)要求相符，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決工程質(zhì)量問(wèn)題。因此，在道路與橋梁工程開(kāi)展過(guò)程中，測(cè)量工作者應(yīng)根據(jù)需要選擇全站儀或水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，并從規(guī)劃設(shè)計(jì)、工藝操作、運(yùn)行管理3 個(gè)階段入手，進(jìn)行工程控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工測(cè)量、設(shè)備安裝測(cè)量、變形觀測(cè)、維護(hù)養(yǎng)護(hù)測(cè)量要點(diǎn)的管控，保證測(cè)繪技術(shù)在道路與橋梁工程充分發(fā)揮作用。