沙漠公路雙側標桿高程控制技術的應用

黃成友,朱 攀,王 宣

(1.中國十九冶集團有限公司，四川成都610031; 2.中冶交通工程技術有限公司，北京100028)

1 工程概況

納米比亞地處非洲西南部，西瀕大西洋，北和東部交安哥拉、贊比亞，東鄰博茨瓦納，南毗南非。屬亞熱帶干旱、半干旱氣候，是撒哈拉沙漠以南最干旱的國家之一，地勢較高，旱季嚴重缺水，晝夜溫差大。納米比亞MR125公路工程是瀝青標準路面升級的二級公路，全長208km，總工期28個月，合同總額8.2億納元，施工按兩期組織實施。一期全長115.2km，有涵洞179座，自孔戈拉至林揚提；二期全長92.9km，有涵洞82座，林揚提至里塞洛的MR125段(長71.35km)和孔戈拉至辛加拉姆韋的DR3502段(長21.6km)。

2 工程特點及難點

(1)MR125公路工程嚴格按照FIDIC條款及南非COLTO標準執行，其精度要求高、執行難度大。

(2)MR125公路工程采用SouthernAfrica統一的大地水準面及NAMIBIANL23坐標系統，投影方式為高斯投影。

(3)MR125公路工程由50段直線段和49段圓曲線相連，沒有緩和曲線，最大半徑為143 000m，最小半徑為600m；沿線起伏較大，近400m就有一個豎曲線，測量工作繁重。

(4)MR125公路工程全長 208km，其清表寬度為60m，穿越近20km的野生動物保護區及近10個部落，測量工作繁重。

(5)MR125公路工程一、二期沿線分別有40、30個取土坑，其清表、剝離、恢復的測量工作繁重。

(6)MR125公路工程涵洞分布密集，一期涵洞179座，平均間距@700m；二期涵洞82座，平均間距@1 100m。此外還有40多座公共服務管道都需要測量，測量工作繁重。

3 質量控制點

(1)MR125公路工程距離長、分部分項工程多，其工序過程測量顯得尤為重要，它是過程質量控制的保證。

(2)MR125公路工程采用南非的COLT標準，其中H90(高度差90 %達到所規定的范圍內，余下10 %保證在要求的范圍內)以及D90(厚度差90 %達到所規定的范圍內，余下10 %保證在要求的范圍內)兩項指標也是過程質量控制的重要保證。H90及 D90的最大和平均值詳見表1。

表1 H90及D90的最大值和平均值 mm

(3)MR125公路工程路基所用的填筑料屬低塑性或無塑性的砂類土，施工過程需要不停地翻耕、拌合，填筑中的鋪土厚度、平地機的粗平、精平都需要測量能長時間的提供高程控制，因此，高穩定性的高程控制方法是填筑料填筑過程質量控制的又一重要保證。

4 主要技術措施及設備

4.1 坐標放樣

為了滿足施工管理的需要，便道、主路放線均采用GPS測量，涵洞測量則采用全站儀，全線每400m設有左、右側對稱的控制點。每次測量開始和結束都必須復核該處附近的控制點，才能滿足本次測量精度的要求。

4.2 高程測量

為了滿足施工精度的需要，所有主線的水平測量均采用水平儀，其測量距離不得大于100m，保證測量精度最大化，而每400m測量完成必須對控制點進行閉合，避免人為誤差。

4.3 設備自檢

由于整個項目路線較長，測量組分成林楊提和孔戈拉兩組，所需測量設備較多，要求每半個月統一自檢設備，尤其是對水平儀的檢核。因為每天路途遙遠，水平儀的水平螺旋容易松動。設備清單見表2。

表2 設備清單

5 技術及施工組織原理

MR125公路全程都是圓曲線和直線相連，共45段圓曲線和46段直線，最大橫坡為8 %，最小橫坡為2 %，最大豎曲線為6 %，最小豎曲線為2 %。采用雙側標桿高程控制的方法，上述問題便得到了解決。

5.1 直線段

在直線段高程控制中，在公路左、右側8.9m處(根據現場實際填方高度可改變距離)各埋設一根木樁，長度約2m，根據設計圖紙上的豎曲線及橫坡，算出A(A’)、B(B’) 4點高程，然后用水平儀測量A(A’)、B(B’)的實際高程，并在木樁上用釘子做標記。最后在M區域用白油漆做好樁號的標記(例如K7+200)。現在施工中使用魚線施工方法，即用BA’連線控制公路左幅的高程及橫坡；用B’A連線控制公路右幅的高程及橫坡。通常情況下，如果控制的高程點不提高的話，等到公路頂面施工的時候，可能被土壤掩埋，達不到正常施工的條件，所以就本項目來說一般情況在高程控制的時候需要提高高程0.3～0.5m。就圖1而言，假設其中心高程為H，提高的距離為1m，其計算方法為：

圖1 直線段測量

其中AB兩點之差為0.356m，該值實際就是兩木樁距離(8.9+8.9)和橫坡(2 %)之積，即：HAB=(8.9+8.9)×0.02

=0.356m。這個值可以用來作為一般的檢查，防止在使用水平儀的時候眼睛疲勞等產生的失誤測量。

5.2 曲線完全超高段

如果是如圖2中的曲線段，那么同樣在左右側8.9m(根據現在實際填方高度改變距離)埋設木樁，不同的是只需要在每一根木樁上設置1個釘子作為標記，整個斷面的橫坡及高程都可以通過AB之間的連線來達到控制的目的。同樣假設連線中線高程為H,提升高度為1m，那么其計算公式為：

圖2 曲線段測量

AB兩點之間的差值為1.068m，該值實際就是兩木樁距離8.9+8.9和橫坡0.06的積，即：HAB=(8.9+8.9)×0.06=1.068m。

5.3 曲線超高過渡段

對MR125公路工程來說，所有的直線段均滿足圖1所示的情況，即2根木樁、4顆釘子達到控制高程的目的，對于曲線段就有另外一種情況，就是超高緩和段。

圖3 曲線超高過渡段測量

如圖3，我們知道該曲線段從K7+505到K7+966為橫坡漸變段，橫坡從2 %變化到5.4 %然后再回到2 %。從中我們可以得到表3所示的數值。

表3 曲線橫坡漸變段數值 %

通過表3中橫坡變化值，可以看出，在該曲線段中，從K7+505到K7+605為橫坡漸變段，這是整個橫斷面中還存在兩種不同橫坡，那么就需要用圖1中的計算公式，即用2根木樁、4顆釘子來控制高程，并且AB兩點之間的高差隨著漸變段的結束，兩顆釘子之間的距離越來越小；從K7+605到K7+866為完全超高段，橫坡一直保持在5.4 %，這時候就需要使用圖2中的計算公式，即用2根木樁、2顆釘子來控制高程，并且AB兩點之間的高差一直不變；從K7+866到K7+966同樣為漸變段，同理用圖1中的計算公式，即2根木樁、4顆釘子來控制高程。

5.4 高填方區

如果某段落填方高度大于2m以上，那么可用兩根木樁相連接的方式，即用兩顆或者兩顆以上的長釘子相互連接。通過接樁的方式來控制高填方區的高程(圖4)。

圖4 高填方段測量

6 施工工藝及流程

6.1 選擇木樁

需要挑選筆直、大小均勻、長度大概為2m左右的木樁，保證施工中的精度和滿足填方高度。

6.2 刷油

對木樁刷一層黑色的梧桐油，可以防潮防裂，因納米比亞昆蟲較多，否則不易保存，易生螞蟻等昆蟲。

6.3 放線定位

使用GPS測量放樣，在公路兩側每隔20m的樁號，對稱的放樣兩點(根據現場的填方高度來確定距離)。

6.4 埋設木樁

通常情況需要埋設的入土深度至少20cm，防止行人或者動物隨意破壞，在堅硬地面下，需要鋼筋鉆先打坑，然后再埋設木樁，務必保證木樁的穩定性，不被輕易移動。

6.5 接樁

對部分高填方地段進行接樁，接樁后保證整體平直，不得有過分的彎曲情況，保證測量結果的精度。

6.6 水準測量

運用雙側標桿高程控制法的原理，計算出釘子的實際高程，根據現場的實際情況進行提高(通常情況是0.3m，對于高填方在前期測量的時候可以考慮不提高，對于挖方同樣可以考慮不提高)。然后使用水平儀放樣釘子在木樁上的位置。

6.7 制作標記

使用水平儀，放樣釘子的位置，然后將釘子深埋木樁內，只留1～2cm在木樁外，防止釘子被人為取下。通常情況作標記的釘子5cm為好，過長的容易被盜，過短的標記不明顯。

6.8 標記的對稱性

因為需要使用釘子拉線來控制現場的高度，所以釘子只能訂在木樁的側面，那么標記的對稱性就顯得非常重要，通常情況是同一樁號要么同時標記在左側，要么同時標記在右側。

6.9 復核標記

當釘子深埋木樁后，可能有人為原因或用力過大使木樁移動了，所以標記完釘子后的復核也是相當重要的。

6.10 刷白油漆

整個木樁是黑色，在木樁的頂部通常再刷一層白色的油漆，這是為了標記木樁的位置。白油漆長度約10cm。

6.11 標記樁號

在涂有白油漆的位置寫明線路樁號，比如寫上K7+200的字樣，這是通過GPS放樣測量得出的，讓施工人員能清楚明白的看清樁號。

6.12 木樁的回收

當公路施工完成到基層后，就可以回收木樁、拔掉釘子，在樁頂再刷一次白色油漆，就可以在其他的地方使用了，有利于降低成本。

7 項目實施效果

7.1 雙側標桿高程控制法的使用率

基于MR125公路工程的特殊情況，為了滿足項目在公路施工中對高程控制的長距離、長時間、高精度、高穩定等條件，本文提出了全程使用雙側標桿控制法，而且對MR125公路工程的一期，其總長為115.2km，其中挖方段約為7.5km，占6.5 %；填方段為107.7km，占93 %。而整個路基填方量1 078 560m3，也就是這整個107.7km的平均填筑高差為1m左右，基本使用單根的木樁就能完成全線的高程控制，不需要在過多的段落中使用兩根或者更多木樁相接。而實際情況也滿足我們最初的猜想。所以就MR125公路工程雙側標桿測量高程控制基本上達到了100 %的使用率。

7.2 雙側標桿高程控制法的效果

運用雙側標桿高程控制法，現場的施工人員能輕易的分辨出曲線超高段的起點及終點，能更好地控制超高段的橫坡控制，而在直線段中，0.356m的差值也能為檢查釘子是否保存完整提供快捷的依據。雙側標桿高程控制法，同時也能為道路施工中堆料提供大大的方便，現場施工人員在不需要重新測量的情況下，可以根據釘子高度，反算出每一層施工前需要的填土高度，為現場施工設備的安排提供了方便。木桿能長時間的保存，為沙漠公路的施工同樣提供了方便，在裝載機填土、平地機粗平、平地機精平的時候，都能直觀的看到填土的高度，為現場施工人員控制填筑料的方量提供依據；為現場管理設備、需要設備數量提供了計算依據；并且通過魚線控制的方法，完全滿足現場結構層H90的精度要求，也為現場管理人員自檢公路的平整性提供了依據。同時，由于填方高度過低，便道和主線之間沒有明確的區別，那么每20m的木樁連線就成了天然的“分隔帶”，保障了施工中的交通安全。

7.3 雙側標桿高程控制法的不足

MR125公路工程附近的居民、牛羊及便道上的車輛時有 破壞木樁的情況，這就需要我們每次在施工下一道工序的時候，測量人員檢查木樁是否有損壞情況、是否偏移，樁上的釘子是否保存完整。無論使用任何一種方法，想要控制沿線208km的高程都難于保證其絕對完好，使用雙側標桿高程控制法，能輕易并且直觀的看到哪些樁號損壞了，哪些樁號保存完整，已能最大限度的減少返工損失。

8 結束語

雙側標桿高程控制法使用于MR125公路標準瀝青升級工程，為工程的順利施工提供了方便，減少了施工工序，節約了測量控制時間，滿足了現場對測量工作長距離、長時間、高精度、高穩定性的要求， 讓208km長的公路高程控制工作變得簡單且非常有效，很好的完成了測量與施工難協調、難銜接的問題。雙側標桿高程控制法也有不足的地方，它需要要求整個項目的高填方段落所占比例不高，如果高填方超過4m以上的段落過長，那么使用此法就過于麻煩。但對于納米比亞的土質情況，納米項目的低填方、長距離等基本特點，采用雙側標桿高程控制法能很高效、快捷的達到控制高程的目的，滿足現場的施工要求，能提高測量工作的服務質量。

[1] 納米比亞公路局.南非COLTO標準[S]

[2] 納米比亞1993年測量法[S]