剖析四等水准附合导线在高速路面施工中的实际应用

任义，唐光平

（中国建筑第四工程局有限公司，广州510000）

1 工程概况

遵义市乐理至冷水坪高速公路（以下简称南环）是贵州省高速公路网的重要组成部分，是遵义公路建设“5 纵4 横9 联2 环”骨架公路网规划中的“2 环”绕城一环高速公路和绕城二环高速公路之一，道路全长53.505km。

2 高程控制

2.1 一般规定

1）高程控制测量精度等级的划分，依次为二等、三等、四等、五等，各等级高程控制测量宜采用水准测量。

2）首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。

3）测区的高程系统，宜采用1985 国家高程基准。在已有高程控制网的地区测量时，可沿用原有高程系统。

4）高程控制点之间的距离，一般地区为1km～3km，但一个测区周围至少应有3 个高程控制点[1]。

2.2 关于水准测量的限差

在进行三等、四等水准测量时，由于山地地势起伏很大，水准测量时测站数就会增多，误差就会累计并传递，附合或者换线闭合差的限值可适当放宽，分别为但在实测中，其限差常以测站数n来衡量，为此将上述限差转换为每站中误差的限差，通常每千米按16 站计算，即L=n/16，则山地四等限差：

平地四等限差：

式中，L为往返测段、附合或环线的水准测量路线长度，km；n为测站数。

山地水准测量一般适用于整个工程开工之前时的水准测量，而路面工程高程控制建议采用平地水准测量。

2.3 实际高程控制

南环高速公路路面工程平面坐标系：独立坐标系（高斯正形投影于1980 西安坐标系椭球面，中央子午线为106°43′00″；高程系统：1985 国家高程基准，投影面高程为900m。项目测量部采用公路四等平地水准测量作为基本的高程控制，按照4等水准路线长度限差将全线划分为4 个标段分开单独做水准测量，都采用单程一次附合水准测量，实践证明能达到规定精度。四等水准每千米高差中误差控制在10mm，水准仪采用DS3，水准尺双面读数，观测次数为附合线路往测一次，并与线路中的设计交桩控制点和各个标段之间的搭接部分的控制点进行联测，高差闭合差的允许值采用平地测量四等限差。

2.3.1 四等水准附合路线的测量与计算

下面以南环高速公路三、四标段搭接段为例，介绍四等水准测量的外业作业与内业计算的方法与步骤，也是完成整个四等水准过程的核心。水准路线观测见图1，内业计算见表1。

图1 水准路线观测（单位：mm）

表1 搭接段附合水准高程误差配赋表

辅助计算如下：

由于Fh＜fh，因此观测成果符合精度要求。

注意：改正数的符号应当与闭合差的符号相反。

2.3.2 高差闭合差的调整

因为在同一条水准线上，可以认为观测条件是相同的，则各测站产生误差的机会都相等，故闭合差的调整可按与线路长度成正比的分配原则进行。那么每一测段的改正数为：将计算结果填入表1 第五栏。改正数的总和应与闭合差Fh的绝对值相等，符号相反。各测段实测高差加改正数，便得到改正后的高差否则说明计算有误。

2.4 路面结构层高程控制

2.4.1 施工放样

1）用全站仪进行中边线放样定位，每10m 设置一根挂线桩（曲线段5m），特别注意在设计图纸上有加桩的位置必须增设挂线桩以保证线性平顺。

2）利用水准仪对中边桩逐一高程测量，在此过程中由于路线较短，不适合利用四等水准限差控制，现场利用山地水准限差计算，更能贴合现场实际情况。

3）按照计算结果进行挂线，并将线固定好，施工时利用石灰标记出摊铺的行走线和摊铺宽度，如图2 所示。

图2 松铺厚度检测

2.4.2 钢丝挂设

1）测设钢丝基准线挂线的高程。摊铺机感应器钢丝基准线的高程H=ha（本桩号内外侧基准桩本层设计顶面高程）+L（本层高度）×1.3（拟定松铺系数）+h（感应器悬挂高度）。

2）设置钢丝基准线。采用3mm 的钢丝绳作为基准线，基准线长度300mm 左右（曲线段不超过100mm），钢丝一端固定，另一端用紧线器张拉，张力不小于800N，以钢丝不产生挠度为准。钢丝采用φ20mm 螺纹钢筋十字架固定，根据所在里程实测高程乘以松铺系数来调整十字架高度（松铺高度），如图3 所示。

图3 边线钢丝挂线

2.4.3 跟踪控制

1）每层结构层摊铺开始后及时安排测量人员对松铺面进行断面高程测量，若发现路面有起拱现象，应立即停止摊铺，要求专业人员对熨平板进一步调整，直到此工序合格为止。

2）每层结构层摊铺终压完成后，需测出该铺筑层每个断面的实际高程并形成资料，从而为下一结构层高程控制提供计算依据，如图4 所示。

图4 松铺断面高程测量

3 误差分析及消减

3.1 误差来源

按照误差来源分类，可将测量误差分为仪器误差、外界因素引起的误差和观测误差等。为了观测成果的质量，必须全面分析各种误差的性质。由于误差是客观真实存在的且不可消除，只能分析产生误差的各种因素，并采取有效的措施将误差降到最低。

3.2 仪器误差

经过大量测量经验得出i角（水准管与望远镜示准轴的夹角）的校正是关键，而将i角校正为零是非常困难的，甚至不可能。GB/T 12898—2009《国家三、四等水准测量规范》规定：用于一、二等和三、四等水准测量的仪器，其i角分别不得大于15°和20°。因此在观测过程中，当水准气泡居中时，视准轴并未严格水平。众所周知，i角的大小与i角及前后视距差的大小成正比。在i角保持不变的情况下，只要使前后视距差为零，就可以在高差中消除i角误差的影响，那么在实际野外作业的过程中就需要将前后视距差无限缩小接近于零，从而降低i角引起的系统误差。

3.3 外界因素引起的误差

无论是水准测量还是现场施工测量都是在野外条件下进行的，土质、气温、空气密度分布、阳光、风力、地球磁场、仪器脚架和尺承垂直位移等外界因素，均能给野外测量工作带来影响，使观测结果蒙受误差影响。

3.4 观测误差

测量工作中要使用测量仪器，任何仪器都具有一定限度的精密度，这客观上就会使观测值的精度受到限制。观测者的视力、听觉等感官的鉴别能力有一定的局限，所以，在仪器的安置、使用中都会产生误差，如整平误差、照准误差、读数误差等。同时，观测者的工作态度、情绪、技术水平和观测时的身体状况等也对观测结果的质量有直接影响的因素，为了最大限度地降低各种因素带来的影响，水准测量应当采取以下措施：

1）安置水准仪的脚架时，要使其自然伸张，切忌强力扭转，观测员应绕单脚且离开0.5m 以外走动。

2）测站至前、后视立尺点的距离，应该用步测使其相等，并统一按照“后黑—前黑—前红—后红”的顺序记录读数。

3）按照规范要求四等水准的视距小于100m。

4）前后视距差小于3m，视距累计差小于10m。

5）视线离地面最低高度不得小于0.2m。

6）黑红两面读数差小于3mm，高差之差小于5mm。

7）四等水准的路线长度不得超过16km。

8）选择有利的观测时间。日出后半个小时和日落前半个小时，靠近地面的大气密度上下差别较大，不应进行观测。中午前后空气对流剧烈，成像不稳定且不清晰，也不利于观测。

9）水准测量以及现场施工测量应尽量选择良好土质的地方，以及缩短一站的观测时间，防止三脚架和仪器整体下沉带来的系统误差。

4 结语

通过对南环路面结构层铺筑高程控制的实践，利用附合水准单程一次测量代替传统的四等水准测闭合环。其原则都是从整体到局部，分级布设，逐级控制，从而保证足够的精度、密度以及统一的规格；其目的都是限制误差的累计和传递。总结了四等水准测量和施工高程控制的方法以及分析了平时测量过程中误差来源中最容易忽略的几点，具有以下特点：

1）大大降低了现场测量人员的工作量；

2）使后续路面水泥稳定碎石基层施工时间得以提前并节省工期；

3）保证了路面铺筑的横纵坡质量以及线性平顺；

4）有效地解决了高程控制平差的难点，并通过误差分析和误差消减提高了同行朋友的测量工作效率以及成果质量，为今后类似工程提供相应的借鉴。