浅谈拱轴线的测量

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【提要】拱桥拱轴线的测量是对拱桥施工、养护、改造、进行技术控制的重要环节。但由于拱桥的结构特点，往往很难对其进行简便、快捷的测量。本文以某大桥为实例，对利用基本的测量仪器测量拱轴线的方法进行了探讨。

 关键词   拱轴线  测量

1  引言

拱轴线的准确测量结果是进行桥梁计算、旧桥改造的重要依据。笔者曾对某大桥拱轴线进行了比较成功的测量，下面就以此桥为例对拱轴线的测设方法进行初步的探讨：

此大桥位于 一 公路干线上，计算跨径93.014米，桥面净宽为7+2×0.25米护轮带，采用两工字形变截面拱肋，空心腹拱上部结构，拱形盖梁，设计荷载为汽—13、拖—60，设计拱轴系数为1.756，矢跨比(f0/L0)为1/10，其主拱肋预留拱度拱顶值为23cm，按二次抛物线向两侧拱脚分布，于一九七○年建成通车。

拟通过对此桥拱轴线的测量，看其在运营30年后拱轴线是否发生了变化，并对其变化量的大小作全面的调查。

2  主要测设步骤

本次测量采用PENTAX(Ⅲ05)型全站仪，首先对其拱肋水平进行24等份，然后分别测量各等分点拱背和拱腹至拱脚形心连线的距离求得拱轴线。具体分以下六步完成：  

2.1  如图一所示，拱肋外侧面ABCD在同一垂直面上，M点、N点分别为两拱脚形心点，在拱肋上由任意点P处垂下一垂球，在地面上对应一点P′(也可用垂直仪来定点),做好标记；在P′点安装好全站仪，使全站仪处于两拱脚形心连线所在的垂面上，分别在M点与N点放置棱镜，可测得MP′与NP′的直线距离，即可得出拱脚形心连线的距离MN(93.151m)；

2.2  在P′点处利用全站仪按距离放线法将测出的拱脚形心连线的距离MN分成24等份(即每份距离为3.881m)，编号为M、1#、2#、3#、???23#、N，并在这24等分点处分别打入木桩，木桩顶部打入小钉；

2.3  将M点视为起始点且假定其高程为0.000m，利用水准仪分别测得1#、2#、3#、???23#、N处钉顶相对于点M的相对高程；

2.4  以3#等分点处为例，如图二所示，3#点在垂直面上交拱背于R点，交拱腹于S点。在3#点处正前方K点(可在拱肋两侧的等分点都标注好的情况下，利用两点一线来确定)处安装全站仪。设K观测点观测轴的中心点为G点，则其水平观测轴在水平面上交3#—R于L点。在3#点处立棱镜，设棱镜中心点为W点，量出目标高H目并照准点W，设水平线与照准棱镜的夹角∠LGW为α，则可测出点K到点L的水平距离△L及K点观测轴与３＃点钉顶的相对高差△H=△Ltgα+ H目；

2.5  在测站点K上分别照准拱背R点和拱腹S点，可测得∠RGL与∠SGL两个角的度数(按仪器的测量精度及相关的精度要求精确到规定度数)。在直角三角形中，已知一边和两角，利用正弦定理，可求得RL和SL在垂面上的距离，再加上(或减去) △H即为3#点处钉顶距拱背和拱腹的距离，二值之差除以2再加上到拱腹的距离即为此截面上钉顶距拱轴线上T点的距离；

2.6  利用此方法，分别在另外的等分点正前方设置仪器进行观测，可分别测出另外22个截面所对应的拱轴线点的位置(所测拱轴线各点的高程如表1所列)；

2.7  将测得的结果归纳整理，绘制拱背、拱腹及拱轴线示意图(如图三所示)。通过此示意图可以直观地看出所测线型的顺直度及其它指标等。

3  测量结果

该大桥测出的拱轴线通过与设计对比，运营30年来拱顶比设计予拱度23cm下沉14.7cm，但仍比设计值高出8.3cm。

4  误差的来源与消除措施

误差主要存在于①P′点的确定误差；②M点和N点两拱脚形心点的取用误差；③H目的测量误差；④分别照准各等分点处拱背、拱腹的照准误差；⑤温度、人员等带来的误差。

可分别采取多次测量取平均值、外界气候条件好的时候观测来消减部分误差的影响。

5  结语

本法仅适用于地势较平坦、水流较浅的情况。方便、快捷，具有一定的实用性，虽其测量结果有一定误差，但因为各等分点处的观测为分别观测，无累计误差，故可采用多次测量取其平均值与另一侧面测出的拱轴线相对比等方法来减少误差对测试结果的影响。

若需对此桥的变形进行长时间(多年)的观测，则可在河滩外固定多个控制点，与测量中的编制点连成控制网，进行平差，以后每隔一段时间测量一次并进行相互比