淺談拱軸線的測量

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【提要】拱橋拱軸線的測量是對拱橋施工、養(yǎng)護、改造、進行技術(shù)控制的重要環(huán)節(jié)。但由于拱橋的結(jié)構(gòu)特點，往往很難對其進行簡便、快捷的測量。本文以某大橋為實例，對利用基本的測量儀器測量拱軸線的方法進行了探討。

 關(guān)鍵詞   拱軸線  測量

1  引言

拱軸線的準(zhǔn)確測量結(jié)果是進行橋梁計算、舊橋改造的重要依據(jù)。筆者曾對某大橋拱軸線進行了比較成功的測量，下面就以此橋為例對拱軸線的測設(shè)方法進行初步的探討：

此大橋位于 一 公路干線上，計算跨徑93.014米，橋面凈寬為7+2×0.25米護輪帶，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)計荷載為汽—13、拖—60，設(shè)計拱軸系數(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。

擬通過對此橋拱軸線的測量，看其在運營30年后拱軸線是否發(fā)生了變化，并對其變化量的大小作全面的調(diào)查。

2  主要測設(shè)步驟

本次測量采用PENTAX(Ⅲ05)型全站儀，首先對其拱肋水平進行24等份，然后分別測量各等分點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、N點分別為兩拱腳形心點，在拱肋上由任意點P處垂下一垂球，在地面上對應(yīng)一點P′(也可用垂直儀來定點),做好標(biāo)記；在P′點安裝好全站儀，使全站儀處于兩拱腳形心連線所在的垂面上，分別在M點與N點放置棱鏡，可測得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′點處利用全站儀按距離放線法將測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)，編號為M、1#、2#、3#、???23#、N，并在這24等分點處分別打入木樁，木樁頂部打入小釘；

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

2.4  以3#等分點處為例，如圖二所示，3#點在垂直面上交拱背于R點，交拱腹于S點。在3#點處正前方K點(可在拱肋兩側(cè)的等分點都標(biāo)注好的情況下，利用兩點一線來確定)處安裝全站儀。設(shè)K觀測點觀測軸的中心點為G點，則其水平觀測軸在水平面上交3#—R于L點。在3#點處立棱鏡，設(shè)棱鏡中心點為W點，量出目標(biāo)高H目并照準(zhǔn)點W，設(shè)水平線與照準(zhǔn)棱鏡的夾角∠LGW為α，則可測出點K到點L的水平距離△L及K點觀測軸與３＃點釘頂?shù)南鄬Ω卟睢鱄=△Ltgα+ H目；

2.5  在測站點K上分別照準(zhǔn)拱背R點和拱腹S點，可測得∠RGL與∠SGL兩個角的度數(shù)(按儀器的測量精度及相關(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點的距離；

2.6  利用此方法，分別在另外的等分點正前方設(shè)置儀器進行觀測，可分別測出另外22個截面所對應(yīng)的拱軸線點的位置(所測拱軸線各點的高程如表1所列)；

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

3  測量結(jié)果

該大橋測出的拱軸線通過與設(shè)計對比，運營30年來拱頂比設(shè)計予拱度23cm下沉14.7cm，但仍比設(shè)計值高出8.3cm。

4  誤差的來源與消除措施

誤差主要存在于①P′點的確定誤差；②M點和N點兩拱腳形心點的取用誤差；③H目的測量誤差；④分別照準(zhǔn)各等分點處拱背、拱腹的照準(zhǔn)誤差；⑤溫度、人員等帶來的誤差。

可分別采取多次測量取平均值、外界氣候條件好的時候觀測來消減部分誤差的影響。

5  結(jié)語

本法僅適用于地勢較平坦、水流較淺的情況。方便、快捷，具有一定的實用性，雖其測量結(jié)果有一定誤差，但因為各等分點處的觀測為分別觀測，無累計誤差，故可采用多次測量取其平均值與另一側(cè)面測出的拱軸線相對比等方法來減少誤差對測試結(jié)果的影響。

若需對此橋的變形進行長時間(多年)的觀測，則可在河灘外固定多個控制點，與測量中的編制點連成控制網(wǎng)，進行平差，以后每隔一段時間測量一次并進行相互比