公路工程施工放樣誤差分析

呂少華

(秦皇島路橋建設開發有限公司)

0 引言

在傳統的公路工程平面控制中，公路定線有紙上定線和現場定線兩種方法，設計中線也分為圖解設計中線和解析設計中線兩種形式。現場施工放樣方法多為切線支距法、弦線支距法、偏角法、輔助切線法、距離交會法等方法。主要的量距方法為鋼尺量距、儀器測距，需作多項改正，精度不高，而且誤差容易積累，直接影響定位精度。對于橋梁、隧道工程來說，由于控制手段的限制，多布設成帶有基線的三角網，用三角形傳算邊長及坐標。橋梁墩、臺放樣多采用測角交會的方法。

隨著公路建設步伐的加快，公路建設技術水平也得到了很大提高。航測遙感成圖、GPS控制網、CAD輔助設計、全站型電子儀器等技術已廣泛應用于工程實踐，這些技術隨著電子計算機技術的日新月異而在工程中發揮著日益重要的作用。在這種數字化系統中，可以比以往更加嚴格地控制施工誤差，使得公路線型更加接近設計，行車更加舒適。

1 平面控制誤差來源

對公路工程來說，平面控制誤差來源主要有坐標計算誤差，控制網本身的誤差，施工放樣的誤差。其中控制網誤差和施工放樣誤差均涉及到測量誤差。

測量誤差主要來自三個方面。

(1)測量儀器。觀測工作通常是用專門儀器進行的，盡管現代儀器可制造的相當精密，但也很難做到完美無缺，即使儀器經過極為嚴格的檢驗校正也絕對達不到理論上的要求，這些儀器誤差的存在必然會給測量結果帶來誤差。

(2)觀測者。人的感覺器官的鑒別能力有一定的局限性，無論如何認真、仔細地操作，也不能做到盡善盡美。例如觀測時在儀器的安置、瞄準、讀數等各個環節均會產生誤差，而且是不可避免的。

(3)外界條件。如溫度、濕度、風力、大氣等諸多因素的變化，都會對觀測結果產生直接的影響。

根據測量誤差對觀測結果的影響性質，可分為系統誤差和偶然誤差兩類。在實際工作中，應該采用各種方法來消除系統誤差，或者減小其對觀測成果的影響，達到實際上可以忽略不計的程度。對于偶然誤差，則應采用提高儀器精度等級、重復觀測、進行多余觀測的方法減弱其影響。

2 施工控制精度要求

進行高質量測量的先決條件是建立一個具有合適的點的密度和足夠精度的測量控制網。

我國的測量規范規定四等以下各級平面控制網的最弱點的點位誤差相對于起算點(上級控制點)而言不大于5cm。

由于近代測量技術的發展，可以較方便地取得地形和地物等的大量點位的三維坐標值，經過數據處理以后，轉變為數字化的地形模型。設計、施工放樣的精度不再受地形圖的比例尺、圖解精度的限制，可以從工作本身的需要提出要求，在這種數字化系統中，對測量控制會提出更高的精度要求。

在工程控制中，測定平面點位或高程的精度一般要求為毫米級，特別精密的工程也會提出在1mm以內的精度要求，控制網中并非對所有的點位要求有同樣的精度，而是有所側重，并且往往關心某些點位在特定方向上的精度，例如橋梁施工控制網要求保證橋梁軸線方向上的點位精度;隧道施工控制網則要求保證貫通面處橫向的點位精度。

施工放樣的精度隨著建筑材料、施工方法等因素而改變。按精度要求的高低排列為鋼結構、鋼筋混凝土結構、毛石混凝土結構、土石方工程。按施工方法分，預制件裝配式的方法較現場澆筑的精度要求高一些，鋼結構用高強螺栓連結的比用電焊連接的精度要求高。

現在多數公路工程是以水泥為主要建筑材料，混凝土柱、梁的施工總誤差允許約為10～30mm，結構物的傾斜度(垂直度)要求為1/1000～1/2000，鋼結構施工的總誤差隨施工方法不同，允許誤差在1～8mm之間，土石方的施工誤差允許達10cm。

一般土建工程的施工放樣要求新建筑物和構筑物與鄰近已有建筑物的相對位置誤差為10～20cm。公路工程的絕對點位精度一般可控制在10～20cm之內。

由于工程控制網的精度要求較高，各種工程建筑的現場條件差別很大，所注重的點位及其方向又各不相同。因此，必須根據工程要求和具體條件，設計專用的控制網。對于施工放樣要求更高精度的特種工程，如大橋、隧道等，則可以利用城市基本平面控制網的一個已知點坐標和一個已知方位，布設獨立的高精度的專用工程控制網來解決。

在多數工地上，測量工作的成本很低，所以恰當地規定精度要求的目的主要不是為了降低測量工作的成本，而是為了在滿足精度的前提下提高工作速度，更好地為工程服務。

3 公路工程施工放樣精度分析

3．1 全站儀極坐標放樣精度

隨著全站型電子測量儀器在工程中的廣泛應用，路基橋涵的施工放樣也由傳統的角度交會、偏角法測設等方法擴展到采用角度和距離測設的極坐標法。

施工放樣的誤差隨放樣方法而異，對于目前經常采用的全站儀極坐標法放樣，依據精度分析的可忽略原則，不考慮控制點本身起始數據誤差的影響，其誤差值很小。

在坐標法放樣中，首先需要建立一套坐標控制系統，對于路基來說一般是一條導線，對于橋涵來說則大多需建立橋梁控制網。然后計算路基中樁、邊樁和橋梁涵洞上特征點的設計坐標，最后由這些待定點與控制點的坐標關系用極坐標法放樣于實地并仔細校核各點間的相對關系，滿足要求即可用以指導施工，否則應查明原因。

極坐標法定點的誤差為

在工程實際中，一般使用2″級全站儀。

其半測回方向值的中誤差為mβ= ±2″×= ±2．8″。

測距中誤差為ms=±(2+2ppm×D)mm。

假設布設路用導線點的密度為500m左右一個點，則依據導線點放樣待定點時，假設待定點在不利情況下，距控制點0．3km，其誤差為

不考慮導線點本身起始數據的誤差，用全站儀極坐標法放樣完全能夠滿足公路中線偏位50mm的精度要求。

對于橋涵放樣，如果有更高的精度要求，則可用歸化法放樣等其他方法提高施工放樣精度。

3．2 橋梁控制網精度

橋梁施工測量主要任務是精確地放出橋墩、橋臺的中心位置及其縱橫軸線，為了確保墩臺的定位精度，對大型橋梁而言，首先必須建立好橋梁施工控制網。

橋梁的施工控制網，除了用以精密測定橋位中線(橋軸線)的長度外，還要用它來放樣各個橋梁墩、臺的位置，保證其上部結構的正確連接。

由于橋梁控制網的主要作用是確定橋長和放樣墩臺，因此應分別根據橋梁架設誤差和墩臺定位的精度要求來計算橋梁控制網的必要精度，一般橋墩中心線在橋軸線方向上的位置中誤差不應大于±15mm。

施工中要求橋墩在軸線方向上的施工放樣誤差為±10mm。使用距離、角度交會的極坐標法放樣，依據精度分析可忽略原則，要求起始數據誤差mQ的影響點總誤差(施工放樣誤差)mΣ的10%。即

由mΣ=±10mm，求得mQ=±4．4mm。因此只需各控制點最弱點點位誤差、最弱的相對點位誤差小于±4．4mm，即可滿足施工對控制網的精度要求。這對于全站儀施測的邊角網很容易達到。

3．3 施工放樣精度

公路工程的絕對點位精度要求較高，公路工程質量檢驗評定標準JTGF80/1-2004中實測項目也只是針對結構物相對位置、幾何尺寸，路基中線的相對位置作出要求，因此施工放樣并不十分關心導線的最弱點點位中誤差的大小，最重要的技術指標是相鄰導線點的相對點位中誤差。只要相鄰導線點的相對點位精度滿足要求，一般可以完成施工任務，滿足路線平面位置的精度要求。在公路施工中，在導線、橋梁控制網精度滿足要求的前提下，依據精度分析可忽略原則，不考慮起始數據誤差影響，用全站儀極坐標法放樣完全能夠滿足公路中線偏位、橋梁上下部結構定位的精度要求。

4 結束語

近幾年我國公路建設中，航測遙感、CAD計算機輔助設計、GPS、全站儀等新技術已在勘測設計、施工運營等各個階段得到了越來越廣泛的應用。對于施工單位來說，隨著全站型儀器的日益普及，已使得傳統的施工放樣方法發生了根本性的變化，坐標法放樣具有誤差不累積、施工放樣簡單方便、不受地形地物限制、精確度、可靠性高等優點。這樣，坐標的計算及相關誤差的分析也就顯得愈發重要。

隨著國家加大對基礎設施建設的投入和重視，公路建設將面臨新的發展機遇與挑戰，如何充分利用日新月異的科學技術為公路建設服務，是擺在每一位公路建設科技工作者面前的重要課題，公路建設機械化程度的不斷提高對施工放樣提出了越來越高的要求，這種要求不但體現在時效性、可靠性上，還體現在精度上。

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［1］聶讓．高等級公路控制測量［M］．北京：人民交通出版社，2001．

［2］陳龍飛，金其坤．工程測量［M］．上海：同濟大學出版社，1990．

［3］交通部公路科學研究所．中華人民共和國行業標準．公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80/1-2004)［S］．北京：人民交通出版社，2004．