沙漠公路双侧标杆高程控制技术的应用

黄成友,朱 攀,王 宣

(1.中国十九冶集团有限公司，四川成都610031; 2.中冶交通工程技术有限公司，北京100028)

1 工程概况

纳米比亚地处非洲西南部，西濒大西洋，北和东部交安哥拉、赞比亚，东邻博茨瓦纳，南毗南非。属亚热带干旱、半干旱气候，是撒哈拉沙漠以南最干旱的国家之一，地势较高，旱季严重缺水，昼夜温差大。纳米比亚MR125公路工程是沥青标准路面升级的二级公路，全长208km，总工期28个月，合同总额8.2亿纳元，施工按两期组织实施。一期全长115.2km，有涵洞179座，自孔戈拉至林扬提；二期全长92.9km，有涵洞82座，林扬提至里塞洛的MR125段(长71.35km)和孔戈拉至辛加拉姆韦的DR3502段(长21.6km)。

2 工程特点及难点

(1)MR125公路工程严格按照FIDIC条款及南非COLTO标准执行，其精度要求高、执行难度大。

(2)MR125公路工程采用SouthernAfrica统一的大地水准面及NAMIBIANL23坐标系统，投影方式为高斯投影。

(3)MR125公路工程由50段直线段和49段圆曲线相连，没有缓和曲线，最大半径为143 000m，最小半径为600m；沿线起伏较大，近400m就有一个竖曲线，测量工作繁重。

(4)MR125公路工程全长 208km，其清表宽度为60m，穿越近20km的野生动物保护区及近10个部落，测量工作繁重。

(5)MR125公路工程一、二期沿线分别有40、30个取土坑，其清表、剥离、恢复的测量工作繁重。

(6)MR125公路工程涵洞分布密集，一期涵洞179座，平均间距@700m；二期涵洞82座，平均间距@1 100m。此外还有40多座公共服务管道都需要测量，测量工作繁重。

3 质量控制点

(1)MR125公路工程距离长、分部分项工程多，其工序过程测量显得尤为重要，它是过程质量控制的保证。

(2)MR125公路工程采用南非的COLT标准，其中H90(高度差90 %达到所规定的范围内，余下10 %保证在要求的范围内)以及D90(厚度差90 %达到所规定的范围内，余下10 %保证在要求的范围内)两项指标也是过程质量控制的重要保证。H90及 D90的最大和平均值详见表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属低塑性或无塑性的砂类土，施工过程需要不停地翻耕、拌合，填筑中的铺土厚度、平地机的粗平、精平都需要测量能长时间的提供高程控制，因此，高稳定性的高程控制方法是填筑料填筑过程质量控制的又一重要保证。

4 主要技术措施及设备

4.1 坐标放样

为了满足施工管理的需要，便道、主路放线均采用GPS测量，涵洞测量则采用全站仪，全线每400m设有左、右侧对称的控制点。每次测量开始和结束都必须复核该处附近的控制点，才能满足本次测量精度的要求。

4.2 高程测量

为了满足施工精度的需要，所有主线的水平测量均采用水平仪，其测量距离不得大于100m，保证测量精度最大化，而每400m测量完成必须对控制点进行闭合，避免人为误差。

4.3 设备自检

由于整个项目路线较长，测量组分成林杨提和孔戈拉两组，所需测量设备较多，要求每半个月统一自检设备，尤其是对水平仪的检核。因为每天路途遥远，水平仪的水平螺旋容易松动。设备清单见表2。

表2 设备清单

5 技术及施工组织原理

MR125公路全程都是圆曲线和直线相连，共45段圆曲线和46段直线，最大横坡为8 %，最小横坡为2 %，最大竖曲线为6 %，最小竖曲线为2 %。采用双侧标杆高程控制的方法，上述问题便得到了解决。

5.1 直线段

在直线段高程控制中，在公路左、右侧8.9m处(根据现场实际填方高度可改变距离)各埋设一根木桩，长度约2m，根据设计图纸上的竖曲线及横坡，算出A(A’)、B(B’) 4点高程，然后用水平仪测量A(A’)、B(B’)的实际高程，并在木桩上用钉子做标记。最后在M区域用白油漆做好桩号的标记(例如K7+200)。现在施工中使用鱼线施工方法，即用BA’连线控制公路左幅的高程及横坡；用B’A连线控制公路右幅的高程及横坡。通常情况下，如果控制的高程点不提高的话，等到公路顶面施工的时候，可能被土壤掩埋，达不到正常施工的条件，所以就本项目来说一般情况在高程控制的时候需要提高高程0.3～0.5m。就图1而言，假设其中心高程为H，提高的距离为1m，其计算方法为：

图1 直线段测量

其中AB两点之差为0.356m，该值实际就是两木桩距离(8.9+8.9)和横坡(2 %)之积，即：HAB=(8.9+8.9)×0.02

=0.356m。这个值可以用来作为一般的检查，防止在使用水平仪的时候眼睛疲劳等产生的失误测量。

5.2 曲线完全超高段

如果是如图2中的曲线段，那么同样在左右侧8.9m(根据现在实际填方高度改变距离)埋设木桩，不同的是只需要在每一根木桩上设置1个钉子作为标记，整个断面的横坡及高程都可以通过AB之间的连线来达到控制的目的。同样假设连线中线高程为H,提升高度为1m，那么其计算公式为：

图2 曲线段测量

AB两点之间的差值为1.068m，该值实际就是两木桩距离8.9+8.9和横坡0.06的积，即：HAB=(8.9+8.9)×0.06=1.068m。

5.3 曲线超高过渡段

对MR125公路工程来说，所有的直线段均满足图1所示的情况，即2根木桩、4颗钉子达到控制高程的目的，对于曲线段就有另外一种情况，就是超高缓和段。

图3 曲线超高过渡段测量

如图3，我们知道该曲线段从K7+505到K7+966为横坡渐变段，横坡从2 %变化到5.4 %然后再回到2 %。从中我们可以得到表3所示的数值。

表3 曲线横坡渐变段数值 %

通过表3中横坡变化值，可以看出，在该曲线段中，从K7+505到K7+605为横坡渐变段，这是整个横断面中还存在两种不同横坡，那么就需要用图1中的计算公式，即用2根木桩、4颗钉子来控制高程，并且AB两点之间的高差随着渐变段的结束，两颗钉子之间的距离越来越小；从K7+605到K7+866为完全超高段，横坡一直保持在5.4 %，这时候就需要使用图2中的计算公式，即用2根木桩、2颗钉子来控制高程，并且AB两点之间的高差一直不变；从K7+866到K7+966同样为渐变段，同理用图1中的计算公式，即2根木桩、4颗钉子来控制高程。

5.4 高填方区

如果某段落填方高度大于2m以上，那么可用两根木桩相连接的方式，即用两颗或者两颗以上的长钉子相互连接。通过接桩的方式来控制高填方区的高程(图4)。

图4 高填方段测量

6 施工工艺及流程

6.1 选择木桩

需要挑选笔直、大小均匀、长度大概为2m左右的木桩，保证施工中的精度和满足填方高度。

6.2 刷油

对木桩刷一层黑色的梧桐油，可以防潮防裂，因纳米比亚昆虫较多，否则不易保存，易生蚂蚁等昆虫。

6.3 放线定位

使用GPS测量放样，在公路两侧每隔20m的桩号，对称的放样两点(根据现场的填方高度来确定距离)。

6.4 埋设木桩

通常情况需要埋设的入土深度至少20cm，防止行人或者动物随意破坏，在坚硬地面下，需要钢筋钻先打坑，然后再埋设木桩，务必保证木桩的稳定性，不被轻易移动。

6.5 接桩

对部分高填方地段进行接桩，接桩后保证整体平直，不得有过分的弯曲情况，保证测量结果的精度。

6.6 水准测量

运用双侧标杆高程控制法的原理，计算出钉子的实际高程，根据现场的实际情况进行提高(通常情况是0.3m，对于高填方在前期测量的时候可以考虑不提高，对于挖方同样可以考虑不提高)。然后使用水平仪放样钉子在木桩上的位置。

6.7 制作标记

使用水平仪，放样钉子的位置，然后将钉子深埋木桩内，只留1～2cm在木桩外，防止钉子被人为取下。通常情况作标记的钉子5cm为好，过长的容易被盗，过短的标记不明显。

6.8 标记的对称性

因为需要使用钉子拉线来控制现场的高度，所以钉子只能订在木桩的侧面，那么标记的对称性就显得非常重要，通常情况是同一桩号要么同时标记在左侧，要么同时标记在右侧。

6.9 复核标记

当钉子深埋木桩后，可能有人为原因或用力过大使木桩移动了，所以标记完钉子后的复核也是相当重要的。

6.10 刷白油漆

整个木桩是黑色，在木桩的顶部通常再刷一层白色的油漆，这是为了标记木桩的位置。白油漆长度约10cm。

6.11 标记桩号

在涂有白油漆的位置写明线路桩号，比如写上K7+200的字样，这是通过GPS放样测量得出的，让施工人员能清楚明白的看清桩号。

6.12 木桩的回收

当公路施工完成到基层后，就可以回收木桩、拔掉钉子，在桩顶再刷一次白色油漆，就可以在其他的地方使用了，有利于降低成本。

7 项目实施效果

7.1 双侧标杆高程控制法的使用率

基于MR125公路工程的特殊情况，为了满足项目在公路施工中对高程控制的长距离、长时间、高精度、高稳定等条件，本文提出了全程使用双侧标杆控制法，而且对MR125公路工程的一期，其总长为115.2km，其中挖方段约为7.5km，占6.5 %；填方段为107.7km，占93 %。而整个路基填方量1 078 560m3，也就是这整个107.7km的平均填筑高差为1m左右，基本使用单根的木桩就能完成全线的高程控制，不需要在过多的段落中使用两根或者更多木桩相接。而实际情况也满足我们最初的猜想。所以就MR125公路工程双侧标杆测量高程控制基本上达到了100 %的使用率。

7.2 双侧标杆高程控制法的效果

运用双侧标杆高程控制法，现场的施工人员能轻易的分辨出曲线超高段的起点及终点，能更好地控制超高段的横坡控制，而在直线段中，0.356m的差值也能为检查钉子是否保存完整提供快捷的依据。双侧标杆高程控制法，同时也能为道路施工中堆料提供大大的方便，现场施工人员在不需要重新测量的情况下，可以根据钉子高度，反算出每一层施工前需要的填土高度，为现场施工设备的安排提供了方便。木杆能长时间的保存，为沙漠公路的施工同样提供了方便，在装载机填土、平地机粗平、平地机精平的时候，都能直观的看到填土的高度，为现场施工人员控制填筑料的方量提供依据；为现场管理设备、需要设备数量提供了计算依据；并且通过鱼线控制的方法，完全满足现场结构层H90的精度要求，也为现场管理人员自检公路的平整性提供了依据。同时，由于填方高度过低，便道和主线之间没有明确的区别，那么每20m的木桩连线就成了天然的“分隔带”，保障了施工中的交通安全。

7.3 双侧标杆高程控制法的不足

MR125公路工程附近的居民、牛羊及便道上的车辆时有 破坏木桩的情况，这就需要我们每次在施工下一道工序的时候，测量人员检查木桩是否有损坏情况、是否偏移，桩上的钉子是否保存完整。无论使用任何一种方法，想要控制沿线208km的高程都难于保证其绝对完好，使用双侧标杆高程控制法，能轻易并且直观的看到哪些桩号损坏了，哪些桩号保存完整，已能最大限度的减少返工损失。

8 结束语

双侧标杆高程控制法使用于MR125公路标准沥青升级工程，为工程的顺利施工提供了方便，减少了施工工序，节约了测量控制时间，满足了现场对测量工作长距离、长时间、高精度、高稳定性的要求， 让208km长的公路高程控制工作变得简单且非常有效，很好的完成了测量与施工难协调、难衔接的问题。双侧标杆高程控制法也有不足的地方，它需要要求整个项目的高填方段落所占比例不高，如果高填方超过4m以上的段落过长，那么使用此法就过于麻烦。但对于纳米比亚的土质情况，纳米项目的低填方、长距离等基本特点，采用双侧标杆高程控制法能很高效、快捷的达到控制高程的目的，满足现场的施工要求，能提高测量工作的服务质量。

[1] 纳米比亚公路局.南非COLTO标准[S]

[2] 纳米比亚1993年测量法[S]