淺談拱軸線的測(cè)量

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【提要】拱橋拱軸線的測(cè)量是對(duì)拱橋施工、養(yǎng)護(hù)、改造、進(jìn)行技術(shù)控制的重要環(huán)節(jié)。但由于拱橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，往往很難對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)便、快捷的測(cè)量。本文以某大橋?yàn)閷?shí)例，對(duì)利用基本的測(cè)量?jī)x器測(cè)量拱軸線的方法進(jìn)行了探討。

 關(guān)鍵詞   拱軸線  測(cè)量

1  引言

拱軸線的準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)果是進(jìn)行橋梁計(jì)算、舊橋改造的重要依據(jù)。筆者曾對(duì)某大橋拱軸線進(jìn)行了比較成功的測(cè)量，下面就以此橋?yàn)槔龑?duì)拱軸線的測(cè)設(shè)方法進(jìn)行初步的探討：

此大橋位于 一 公路干線上，計(jì)算跨徑93.014米，橋面凈寬為7+2×0.25米護(hù)輪帶，采用兩工字形變截面拱肋，空心腹拱上部結(jié)構(gòu)，拱形蓋梁，設(shè)計(jì)荷載為汽—13、拖—60，設(shè)計(jì)拱軸系數(shù)為1.756，矢跨比(f0/L0)為1/10，其主拱肋預(yù)留拱度拱頂值為23cm，按二次拋物線向兩側(cè)拱腳分布，于一九七○年建成通車(chē)。

擬通過(guò)對(duì)此橋拱軸線的測(cè)量，看其在運(yùn)營(yíng)30年后拱軸線是否發(fā)生了變化，并對(duì)其變化量的大小作全面的調(diào)查。

2  主要測(cè)設(shè)步驟

本次測(cè)量采用PENTAX(Ⅲ05)型全站儀，首先對(duì)其拱肋水平進(jìn)行24等份，然后分別測(cè)量各等分點(diǎn)拱背和拱腹至拱腳形心連線的距離求得拱軸線。具體分以下六步完成：  

2.1  如圖一所示，拱肋外側(cè)面ABCD在同一垂直面上，M點(diǎn)、N點(diǎn)分別為兩拱腳形心點(diǎn)，在拱肋上由任意點(diǎn)P處垂下一垂球，在地面上對(duì)應(yīng)一點(diǎn)P′(也可用垂直儀來(lái)定點(diǎn)),做好標(biāo)記；在P′點(diǎn)安裝好全站儀，使全站儀處于兩拱腳形心連線所在的垂面上，分別在M點(diǎn)與N點(diǎn)放置棱鏡，可測(cè)得MP′與NP′的直線距離，即可得出拱腳形心連線的距離MN(93.151m)；

2.2  在P′點(diǎn)處利用全站儀按距離放線法將測(cè)出的拱腳形心連線的距離MN分成24等份(即每份距離為3.881m)，編號(hào)為M、1#、2#、3#、???23#、N，并在這24等分點(diǎn)處分別打入木樁，木樁頂部打入小釘；

2.3  將M點(diǎn)視為起始點(diǎn)且假定其高程為0.000m，利用水準(zhǔn)儀分別測(cè)得1#、2#、3#、???23#、N處釘頂相對(duì)于點(diǎn)M的相對(duì)高程；

2.4  以3#等分點(diǎn)處為例，如圖二所示，3#點(diǎn)在垂直面上交拱背于R點(diǎn)，交拱腹于S點(diǎn)。在3#點(diǎn)處正前方K點(diǎn)(可在拱肋兩側(cè)的等分點(diǎn)都標(biāo)注好的情況下，利用兩點(diǎn)一線來(lái)確定)處安裝全站儀。設(shè)K觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)軸的中心點(diǎn)為G點(diǎn)，則其水平觀測(cè)軸在水平面上交3#—R于L點(diǎn)。在3#點(diǎn)處立棱鏡，設(shè)棱鏡中心點(diǎn)為W點(diǎn)，量出目標(biāo)高H目并照準(zhǔn)點(diǎn)W，設(shè)水平線與照準(zhǔn)棱鏡的夾角∠LGW為α，則可測(cè)出點(diǎn)K到點(diǎn)L的水平距離△L及K點(diǎn)觀測(cè)軸與３＃點(diǎn)釘頂?shù)南鄬?duì)高差△H=△Ltgα+ H目；

2.5  在測(cè)站點(diǎn)K上分別照準(zhǔn)拱背R點(diǎn)和拱腹S點(diǎn)，可測(cè)得∠RGL與∠SGL兩個(gè)角的度數(shù)(按儀器的測(cè)量精度及相關(guān)的精度要求精確到規(guī)定度數(shù))。在直角三角形中，已知一邊和兩角，利用正弦定理，可求得RL和SL在垂面上的距離，再加上(或減去) △H即為3#點(diǎn)處釘頂距拱背和拱腹的距離，二值之差除以2再加上到拱腹的距離即為此截面上釘頂距拱軸線上T點(diǎn)的距離；

2.6  利用此方法，分別在另外的等分點(diǎn)正前方設(shè)置儀器進(jìn)行觀測(cè)，可分別測(cè)出另外22個(gè)截面所對(duì)應(yīng)的拱軸線點(diǎn)的位置(所測(cè)拱軸線各點(diǎn)的高程如表1所列)；

2.7  將測(cè)得的結(jié)果歸納整理，繪制拱背、拱腹及拱軸線示意圖(如圖三所示)。通過(guò)此示意圖可以直觀地看出所測(cè)線型的順直度及其它指標(biāo)等。

3  測(cè)量結(jié)果

該大橋測(cè)出的拱軸線通過(guò)與設(shè)計(jì)對(duì)比，運(yùn)營(yíng)30年來(lái)拱頂比設(shè)計(jì)予拱度23cm下沉14.7cm，但仍比設(shè)計(jì)值高出8.3cm。

4  誤差的來(lái)源與消除措施

誤差主要存在于①P′點(diǎn)的確定誤差；②M點(diǎn)和N點(diǎn)兩拱腳形心點(diǎn)的取用誤差；③H目的測(cè)量誤差；④分別照準(zhǔn)各等分點(diǎn)處拱背、拱腹的照準(zhǔn)誤差；⑤溫度、人員等帶來(lái)的誤差。

可分別采取多次測(cè)量取平均值、外界氣候條件好的時(shí)候觀測(cè)來(lái)消減部分誤差的影響。

5  結(jié)語(yǔ)

本法僅適用于地勢(shì)較平坦、水流較淺的情況。方便、快捷，具有一定的實(shí)用性，雖其測(cè)量結(jié)果有一定誤差，但因?yàn)楦鞯确贮c(diǎn)處的觀測(cè)為分別觀測(cè)，無(wú)累計(jì)誤差，故可采用多次測(cè)量取其平均值與另一側(cè)面測(cè)出的拱軸線相對(duì)比等方法來(lái)減少誤差對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

若需對(duì)此橋的變形進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(多年)的觀測(cè)，則可在河灘外固定多個(gè)控制點(diǎn)，與測(cè)量中的編制點(diǎn)連成控制網(wǎng)，進(jìn)行平差，以后每隔一段時(shí)間測(cè)量一次并進(jìn)行相互比