公路工程施工放样误差分析

吕少华

(秦皇岛路桥建设开发有限公司)

0 引言

在传统的公路工程平面控制中，公路定线有纸上定线和现场定线两种方法，设计中线也分为图解设计中线和解析设计中线两种形式。现场施工放样方法多为切线支距法、弦线支距法、偏角法、辅助切线法、距离交会法等方法。主要的量距方法为钢尺量距、仪器测距，需作多项改正，精度不高，而且误差容易积累，直接影响定位精度。对于桥梁、隧道工程来说，由于控制手段的限制，多布设成带有基线的三角网，用三角形传算边长及坐标。桥梁墩、台放样多采用测角交会的方法。

随着公路建设步伐的加快，公路建设技术水平也得到了很大提高。航测遥感成图、GPS控制网、CAD辅助设计、全站型电子仪器等技术已广泛应用于工程实践，这些技术随着电子计算机技术的日新月异而在工程中发挥着日益重要的作用。在这种数字化系统中，可以比以往更加严格地控制施工误差，使得公路线型更加接近设计，行车更加舒适。

1 平面控制误差来源

对公路工程来说，平面控制误差来源主要有坐标计算误差，控制网本身的误差，施工放样的误差。其中控制网误差和施工放样误差均涉及到测量误差。

测量误差主要来自三个方面。

(1)测量仪器。观测工作通常是用专门仪器进行的，尽管现代仪器可制造的相当精密，但也很难做到完美无缺，即使仪器经过极为严格的检验校正也绝对达不到理论上的要求，这些仪器误差的存在必然会给测量结果带来误差。

(2)观测者。人的感觉器官的鉴别能力有一定的局限性，无论如何认真、仔细地操作，也不能做到尽善尽美。例如观测时在仪器的安置、瞄准、读数等各个环节均会产生误差，而且是不可避免的。

(3)外界条件。如温度、湿度、风力、大气等诸多因素的变化，都会对观测结果产生直接的影响。

根据测量误差对观测结果的影响性质，可分为系统误差和偶然误差两类。在实际工作中，应该采用各种方法来消除系统误差，或者减小其对观测成果的影响，达到实际上可以忽略不计的程度。对于偶然误差，则应采用提高仪器精度等级、重复观测、进行多余观测的方法减弱其影响。

2 施工控制精度要求

进行高质量测量的先决条件是建立一个具有合适的点的密度和足够精度的测量控制网。

我国的测量规范规定四等以下各级平面控制网的最弱点的点位误差相对于起算点(上级控制点)而言不大于5cm。

由于近代测量技术的发展，可以较方便地取得地形和地物等的大量点位的三维坐标值，经过数据处理以后，转变为数字化的地形模型。设计、施工放样的精度不再受地形图的比例尺、图解精度的限制，可以从工作本身的需要提出要求，在这种数字化系统中，对测量控制会提出更高的精度要求。

在工程控制中，测定平面点位或高程的精度一般要求为毫米级，特别精密的工程也会提出在1mm以内的精度要求，控制网中并非对所有的点位要求有同样的精度，而是有所侧重，并且往往关心某些点位在特定方向上的精度，例如桥梁施工控制网要求保证桥梁轴线方向上的点位精度;隧道施工控制网则要求保证贯通面处横向的点位精度。

施工放样的精度随着建筑材料、施工方法等因素而改变。按精度要求的高低排列为钢结构、钢筋混凝土结构、毛石混凝土结构、土石方工程。按施工方法分，预制件装配式的方法较现场浇筑的精度要求高一些，钢结构用高强螺栓连结的比用电焊连接的精度要求高。

现在多数公路工程是以水泥为主要建筑材料，混凝土柱、梁的施工总误差允许约为10～30mm，结构物的倾斜度(垂直度)要求为1/1000～1/2000，钢结构施工的总误差随施工方法不同，允许误差在1～8mm之间，土石方的施工误差允许达10cm。

一般土建工程的施工放样要求新建筑物和构筑物与邻近已有建筑物的相对位置误差为10～20cm。公路工程的绝对点位精度一般可控制在10～20cm之内。

由于工程控制网的精度要求较高，各种工程建筑的现场条件差别很大，所注重的点位及其方向又各不相同。因此，必须根据工程要求和具体条件，设计专用的控制网。对于施工放样要求更高精度的特种工程，如大桥、隧道等，则可以利用城市基本平面控制网的一个已知点坐标和一个已知方位，布设独立的高精度的专用工程控制网来解决。

在多数工地上，测量工作的成本很低，所以恰当地规定精度要求的目的主要不是为了降低测量工作的成本，而是为了在满足精度的前提下提高工作速度，更好地为工程服务。

3 公路工程施工放样精度分析

3．1 全站仪极坐标放样精度

随着全站型电子测量仪器在工程中的广泛应用，路基桥涵的施工放样也由传统的角度交会、偏角法测设等方法扩展到采用角度和距离测设的极坐标法。

施工放样的误差随放样方法而异，对于目前经常采用的全站仪极坐标法放样，依据精度分析的可忽略原则，不考虑控制点本身起始数据误差的影响，其误差值很小。

在坐标法放样中，首先需要建立一套坐标控制系统，对于路基来说一般是一条导线，对于桥涵来说则大多需建立桥梁控制网。然后计算路基中桩、边桩和桥梁涵洞上特征点的设计坐标，最后由这些待定点与控制点的坐标关系用极坐标法放样于实地并仔细校核各点间的相对关系，满足要求即可用以指导施工，否则应查明原因。

极坐标法定点的误差为

在工程实际中，一般使用2″级全站仪。

其半测回方向值的中误差为mβ= ±2″×= ±2．8″。

测距中误差为ms=±(2+2ppm×D)mm。

假设布设路用导线点的密度为500m左右一个点，则依据导线点放样待定点时，假设待定点在不利情况下，距控制点0．3km，其误差为

不考虑导线点本身起始数据的误差，用全站仪极坐标法放样完全能够满足公路中线偏位50mm的精度要求。

对于桥涵放样，如果有更高的精度要求，则可用归化法放样等其他方法提高施工放样精度。

3．2 桥梁控制网精度

桥梁施工测量主要任务是精确地放出桥墩、桥台的中心位置及其纵横轴线，为了确保墩台的定位精度，对大型桥梁而言，首先必须建立好桥梁施工控制网。

桥梁的施工控制网，除了用以精密测定桥位中线(桥轴线)的长度外，还要用它来放样各个桥梁墩、台的位置，保证其上部结构的正确连接。

由于桥梁控制网的主要作用是确定桥长和放样墩台，因此应分别根据桥梁架设误差和墩台定位的精度要求来计算桥梁控制网的必要精度，一般桥墩中心线在桥轴线方向上的位置中误差不应大于±15mm。

施工中要求桥墩在轴线方向上的施工放样误差为±10mm。使用距离、角度交会的极坐标法放样，依据精度分析可忽略原则，要求起始数据误差mQ的影响点总误差(施工放样误差)mΣ的10%。即

由mΣ=±10mm，求得mQ=±4．4mm。因此只需各控制点最弱点点位误差、最弱的相对点位误差小于±4．4mm，即可满足施工对控制网的精度要求。这对于全站仪施测的边角网很容易达到。

3．3 施工放样精度

公路工程的绝对点位精度要求较高，公路工程质量检验评定标准JTGF80/1-2004中实测项目也只是针对结构物相对位置、几何尺寸，路基中线的相对位置作出要求，因此施工放样并不十分关心导线的最弱点点位中误差的大小，最重要的技术指标是相邻导线点的相对点位中误差。只要相邻导线点的相对点位精度满足要求，一般可以完成施工任务，满足路线平面位置的精度要求。在公路施工中，在导线、桥梁控制网精度满足要求的前提下，依据精度分析可忽略原则，不考虑起始数据误差影响，用全站仪极坐标法放样完全能够满足公路中线偏位、桥梁上下部结构定位的精度要求。

4 结束语

近几年我国公路建设中，航测遥感、CAD计算机辅助设计、GPS、全站仪等新技术已在勘测设计、施工运营等各个阶段得到了越来越广泛的应用。对于施工单位来说，随着全站型仪器的日益普及，已使得传统的施工放样方法发生了根本性的变化，坐标法放样具有误差不累积、施工放样简单方便、不受地形地物限制、精确度、可靠性高等优点。这样，坐标的计算及相关误差的分析也就显得愈发重要。

随着国家加大对基础设施建设的投入和重视，公路建设将面临新的发展机遇与挑战，如何充分利用日新月异的科学技术为公路建设服务，是摆在每一位公路建设科技工作者面前的重要课题，公路建设机械化程度的不断提高对施工放样提出了越来越高的要求，这种要求不但体现在时效性、可靠性上，还体现在精度上。

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［1］聂让．高等级公路控制测量［M］．北京：人民交通出版社，2001．

［2］陈龙飞，金其坤．工程测量［M］．上海：同济大学出版社，1990．

［3］交通部公路科学研究所．中华人民共和国行业标准．公路工程质量检验评定标准(JTGF80/1-2004)［S］．北京：人民交通出版社，2004．