浅谈公路桥梁施工控制测量中GPS的应用

市政与路桥

浅谈公路桥梁施工控制测量中GPS的应用

田金桥

（贵州省公路工程集团总公司，贵州贵阳550008）

GPS技术在中国公路勘察领域自引进后，从GPS相对静态定位到实时

动态定位（RTK-GPS），从公路路线、大型桥梁与隧道工程的控制测量到路线

中线三维实时放样测量，其应用可谓方兴未艾。即使如此，在公路施工测量

中，公路路线控制测量的低精度与大型构筑物（桥梁、隧道）控制测量的高精

度问的矛盾表现得尤为突出，因此，如何实现大型构筑物GPS测量控制网所

控制的轴线与路线控制网所控制的路线中线间正确合理的衔接。目前已成为

公路勘察设计与施工人员普遍关心的问题。结合实际江程介绍了满足大型构

筑物轴线两端与其路线中线连接偏差最小的约束法对GPS桥梁施工控制网

进行约束平差。

1约束法平差的原理与方法

1．1GPS施工控制网的必要精度。根据《公路工程质量检验评定标准》中对桥

长的规定，桥长允许偏差和桥长中误差分别为±100mm和±50mm。该项误差

可分解为桥梁构件的制造误差、施工误差和测量误差。将上述三项误差视为

相互独立，依据等影响原则可得测量中误差为±28．9mm；再将测量误差m分

解为控制测量误差和施工测量误差，即：

m=±m21+m12 m22

姨（1）式中：m1为控制测量中误差；m2为施工测量中误差。又由于m1

m=±m21+m12

22（2）考虑到施工时用增加测角与测边测回数的方法来提高放样点的精度较为困难，因此在建立GPS施工控制网时，可通过提高控制测量的方法来提高精度。设控制测量的误差占测量误差的10％，则GPS施工控制网的必要精度为m1=±11.6mm。

1．2约束法原理与方法。由于GPS施工控制网投影面与路线施工控制网投影面的差异，以及两次观测精度的差异，为保证GPS桥梁施工控制网的必要精度，对GPS施工控制网进行边长约束和方位角约束平差，其目的在于使GPS控制网与路线施工控制网之间达到正确合理的连接。路线上的GPS桥梁施工控制网是一种“挂靠”在低等级路线测量控制网上的高精度网。一方面是为了保证桥梁“刚体”结构施工的精度；另一方面是为了有效地消除接线处小偏角对高速公路行车安全隐患存在的影响。在实际作业中，对这一问题的处理存在着两种常见的带有一定局限性的方法。一则是为保证桥梁施工而将GPS施工控制网视为独立控制网，从而淡化了两轴线间的接线关系，因此，在GPS施工控制网中引入边长约束和方位约束，可以更好地保证路线的连续性和舒适光顺的设计效果。

测量中带有约束条件的Gauss Markov平差模型为：

l=aX+△，E（△）=0（3）D（l）=a02Q=a02p-1（4）

C T X=W（5）

式中：l为n×1向量；A为n×t阵；X为t×l向量；C T为d×t阵。设R（C T）＝d，R（A）＝t，则上述为满秩平差模型。相应的测量误差方程为：

V=AX-l（6）

C T=W（7）

在上述方程中，采用参数的最小二乘估计，在满足VTPV最小的条件下，可解得：

X＝N－1A T Pl（8）X C=X-N1C（C T N-1C）-1（C T X-W）（9）式中：X C为由X与顾及边长约束和方位约束的影响项之和得出的。残差为：

V C=AX C-l（10）单位权方差的无偏估计为：

a02=V C T PV C/（n-t+d）（11）协因数阵为：

Q X C X C=Q XX-Q XX C（C T Q XX C）-1C T Q XX（12）2工程实例

2．1GPS平面施工控制测量。某高架桥地处工程地质条件极差、地势低洼、软土层厚达60m多的海相沉积平原地区，对施工控制测量的精度提出了较高的要求。在布设GPS施工控制同时，控制点位置的选择考虑了桥梁施工的特点，一方面将点的位置于施工便道以外并适于GPS观测要求的位置，另一方面尽可能保持相邻点间相互通视以及邻近线位控制点设站、长边定向的施工放样原则，GPS控制网构网时采取了“边连接”方式，以增加控制网的图形强度。

根据上述布网方案在施工现场共布设了21对GPS施工控制点，并采用4台WILD双频增强型Leica350GPS接收机按快速静态相对定位作业模式进行了观测。观测时，同步观测有效卫星数大于4颗，截止高度角大于15°，由卫星星座和测站组成的图形几何强度（GDOP）小于5，整个观测在两天内完成，共获得336条基线。在对GPS观测基线的三维向量施行三维无约束平差后，经粗差探测，整个观测值不存在粗差。在控制网先验中误差与后验中误差完全相等时，所得到的GPS基线向量的撮大残差为9mm。最弱点的坐标三维位置中误差分别为±3.1、±4.3、±3．3mm，这说明GPS观测基线具有很高的质量。完全可用于二维约束平差。

采用桥墩台平均高程投影面上的长度和桥轴线方位角作为约束条件，以桥轴线与路线两端连接差摄小为目标函数对GPS桥梁施工控制网进行二维约束平差。平差后所得到的GPS施工控制网的坐标成果完全能够满足桥梁施工的精度要求。由于路、桥施工所要求的测量精度不同，致使桥梁两端路线控制点坐标与桥梁控制点坐标之间存在着显著的差异。

根据上述偏差可知：在桥梁与路线的起始端的线位衔接差较小，两者基本一致，不会在接线处产生小偏角，因此也不会对高速行驶的车辆带来影响。在实际作业中，可采用限定路线控制点和桥梁施工控制点放样范围的方法，利用桥梁控制点向路线范围单向“渗透”放样以寻求最佳连接点来解决线位衔接问题。

2．2GPS高程控制测量。GPS能以很高精度获取点间的大地高高差。在将其转化为适于工程测量的正常高（或正高）高差时必须顾及大地水准面的异常改正。这种转换因重力测量资料等因素的限制，目前多采用GPS水准法，即利用同名点上的正常高（或正高）与GPS大地高，根据一定的数学模型获取相互问的换算关系。在该高架桥GPS施工控制网中，采用三等水准连测了6个GPS控制点，连测点位均匀分布，根据顾及地形改正的曲面拟合法得内部拟合中误差为±8mm，外部符合精度为±7mm。所有待插值点处于模型内插控制范围。将GPS水准法高程与四等水准相较，最大误差为-36mm，误差均值为-2mm，中误差为±9mm，GPS水准法的高程精度已达到了四等水准的精度要求，可应用于施工测量。

2．3RTK-GPS桥位放样测量。RTK-GPS实时测量技术是实时动态定位测量的最新成就。GPS技术为公路建设服务最为直观的表现就是控制测量技术已经成熟和利用RTK-GPS进行工程放样已成为可能。将公路桥梁CAD设计的桥位桩位数据文件通过GPS控制器与计算机问通讯，完成待故样数据的上装工作，然后在实地确定GPS坐标转换参数后，便可利用RTK-GPS放样出桥位中桩．最后重新测定放样好的中桩三维坐标，并绘制纵断面图。实际作业中，将GPS参考站建立于桥梁控制网中间的控制点上，采用2台操动站放样，在控制器中调出桥位坐标，根据流动站事先设定的精度，通过控制器面板上的定位质量精度指标（CQ）和几何图标指示，可方便地将桥墩在实地精确地标定出来。为了选一步检查RTK-GPS放样的精度，首先将已放样桩位采用RTK GPS技术对其位置进行测量．然后与桥位设计的理论坐标进行比较，放样的平面中误差为±19．4mm，高程中误差为±10.4mm；对已放样好的点位采用GPS快速静态观测和水准测量，将两成果进行比较分析，其平面误差和高程误差均在50mm范围内，检测后的平面中误差为±28．4mm，高程中误差为±16.0mm。

总之，RTK-GPS放样勿需手工记录，可与计算机及其它测量仪器实现数据共享；从节省人力资源、设备投入和放样效率等方面综合考察，其综合经济指标至少是传统放样测量方法的三倍。

摘要：随着GPS在大型工程施工测量的广泛应用，公路路线控制测量的低精度与大型构筑物的矛盾也日益突出。针对这一问题，探讨了在公路桥梁施工的GPS测量中如何采取约束法平差的方法以实现大桥轴线与其两端路线中线间的正确合理衔接。

关键词：GPS；公路；桥梁；施工控制测量

（下转225页）

建筑·规划·设计

结束语

1）GPS 作为一种高新测量手段，比传统测量方法建立桥梁施工控制网的精度更高更均匀；方法更加方便灵活，效率更高。

2）对桥梁GPS 施工控制网进行约束平差可实现大桥轴线与其两端路线中线间的正确合理衔接，并保证路线设计的视觉效果。

3）采取均匀合理的布点方案和适当的数学模型，GPS 水准法的高程测量精度能够满足施工控制测量的要求。

4）RTK-GPS 放样桥梁桩位的三维位置，实践证明具有高教率和高精度的优点。

参考文献

[1]陶本藻．测量数据统计分析[M]．北京：测绘出版杜，2002.

小议人工挖孔桩施工中的几个问题

刘洁平

（秦皇岛市第二污水处理厂，河北秦皇岛066000

）近几年，全国许多地区建筑业和公路建设中都采用和逐渐推广了人工挖孔桩，其特有的大承载力优势得到了许多设计、施工单位的认可，确实是一种在软弱地基上经济适用的基础形式，但在施工中还存在着一些问题，我们在通过对采用人工挖孔桩基础的工程实践中，积累了一些经验，处理了一些特殊的问题，取得了良好的效果，现总结成文，以期和同行切磋和交流。1地下水

地下水是深基础施工中最常见的问题，它给人工挖孔桩施工带来许多

困难。含水层中的水在开挖时破坏了其平衡状态，

使周围的静态水充入桩孔内，从而影响了人工挖孔桩的正常施工，如果遇到动态水压土层施工，不仅开挖困难，连护壁混凝土也易被水压冲刷穿透，发生桩身质量问题。如果遇到了细砂、粉砂土层，在压力水的作用下，也极易发生流砂和井漏现象。

地下水量较小时，可选用潜水泵抽水，边抽水边开挖，成孔后及时浇筑相应段的混凝土护壁，然后继续下一段的施工；水量较大时，当用施工孔自身水泵抽水，也不易开挖时，应从施工顺序考虑，采取对周围桩孔同时抽水，以减少开挖孔内的涌水量，并采取交替循环施工的方法，组织安排合理，能达到很好的效果。

孔深较小的挖孔桩，可在场地四周合理布置统一的轻型管井降水分流，对基础平面占地较大时，也可增加降水管井的排数，一般即可解决。

抽水时环境影响，有时施工周围环境特殊，一是抽出地下水进出时周围环境，基础设施等影响较多，不允许无限制抽水；二是周围有江沙、湖泊、沼泽

等，不可能无限制达到抽水目的。

因此在抽水前均要采取可靠的措施。处理这类问题最有效的方法是截断水源，封闭水路。桩孔较浅时，

可用板桩封闭；桩孔较深时，用钻孔压力灌浆形成帷幕挡水，以保证在正常抽水时，达到正常开挖。2流砂

人工挖孔在开挖时，如遇细砂，粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时会发生井漏，造成质量事故，因此要采取有效可靠的措施。

流砂情况较轻时，有效的方法是缩短这一循环的开挖深度，将正常的1m 左右一段，缩短为0.5m ，以减少挖层孔壁的暴露时间，及时进行护壁混凝土灌注。当孔壁塌落，有泥砂流入而不能形成桩孔时，可用纺织袋土逐渐堆堵，形成桩孔的外壁，并控制保证内壁满足设计要求；流砂情况较严重时，常用的办法是下钢套筒，辅以秸杆、稻草等草类物体阻止或减小流砂。钢套筒与护壁用

的钢膜板相似，以孔外径为直径，可分成4~6段圆弧，

再加上适当的肋条，相互用螺栓或钢筋环扣连接，在开挖0.5m 左右，即可分片将套筒装入，深入孔

底不少于0.2m ，

插入上部混凝土护壁外侧不小于0.5m ，装后即支模浇注护壁混凝土，若放入套筒后流砂仍上涌，可采取突出挖出后即用混凝土封闭孔底的方法，待混凝土凝结后，将孔心部位的混凝土清凿以形成桩孔。也可用此种方法，应用到已完成的混凝土护壁的最下段钻大，使孔位倾斜至下层护壁以外，打入浆管，压力浇注水泥浆，使下部土壤硬些，提高周围及底部土壤的不透水性，以解决流砂现象。3淤泥质土层

在遇到淤泥质土层等软弱土层时，一般可用木方、木板模板等支挡，并要缩短这一段的开挖深度，并及时浇注混凝土护壁，这次支挡的木方可板要沿

周边打入底部不少于0.2m 深，

上部嵌入上段已浇好的混凝土护壁后面，可斜向放置，双排布置互相反向交叉，能达到很好的支挡效果。4桩身混凝土的浇筑4.1消除水的影响

孔底积水——

—浇筑桩身混凝土主要应保证其符合设计强度，要保证混凝土的均匀性、密实性，因此防止孔内积水影响混凝土的配合比和密实性，浇筑前要抽干孔内积水，抽水的潜水泵要装设逆流阀，保证提出水泵时，不致使抽水管中残留水又流入桩孔内。如果孔内的水抽不干，提出水泵后，可用部分干拌混凝土混合料或干水泥铺入孔底，然后再浇注混凝土。

如果孔底水量大，确实无法采取抽水的方法解决，桩身混凝土的施工就应当采取水下浇筑施工工艺了。

孔壁渗水———对孔壁渗水，不容忽视，因桩身混凝土浇筑时间较长，如果渗水过多，将会影响混凝土质量，降低桩身混凝土强度，可在桩身混凝土浇筑前采用防水材料封闭渗漏部位。对于出水量较大的孔可用木楔打入，周围再用防水材料封闭，或在集中漏水部分嵌入泄水管，装上阀门，在施工桩孔时打开阀门让水流出，浇筑桩身混凝土时，再关闭，这样也可解决其影响桩身混凝土质量的问题。

4.2保证桩身混凝土的密实性

桩身混凝土的密实性是保证混凝土达到设计强度的必要条件。为保证桩身混凝土浇筑的密实性，一般采用串流筒下料及分层振捣浇筑的方法，其中的浇筑速度是关键，即力求在最短的时间内完成一个桩身混凝土浇筑，特别是在有地下压力水情况时，要求集中足够的混凝土短时间浇入，以便领先混凝土自身重量压住水流的渗入。

对于深度大于10m 的桩身下线，可依靠混凝土自身的落差形成的冲击力及混凝土自身的重量的压力面使其密实，这部分混凝土可不用振捣，经验证明，桩身混凝土能满足均匀性和密实性。而速度优于采用串流筒施工，对于桩身上部混凝土浇筑要采取正常的施工方法，因为一般上部很少有地下水影响，浇筑速度不必很快，也不能采用自由下落的特殊施工方法。5合理安排施工顺序

合理安排人工挖孔桩的施工顺序，对减少施工难度起到重要作用，在施工方案中要认真统筹，根据实际情况合理安排。

在可能的条件下，先施工比较浅的桩孔，后施工深一些的桩孔。因为一般桩孔愈深，难度相对愈大，较浅的桩孔施工后，对上部土层的稳定起到加固作

用，也减少了深孔施工时的压力。

在含水层或有动水压力的土层中施工，应先施工外围（或迎水部位）的桩孔，这部分桩孔混凝土护壁完成后，可保留少量

桩孔先不浇筑桩身混凝土，而做为排水井，以方便其它孔位的施工。

保证了桩孔的施工速度和成孔质量。6安全问题

安全是人工挖孔中的一个重要问题，由于孔径的限制，孔内操作人员在狭小的平面上，孔口落物将直接威胁到孔内操作人员的生命安全，开挖时应

将第一节护筒高出地面0.5m ，

确保地面物体不落入井内，出渣时应采用橡胶桶出渣，避免石块等物体落入井内，确保孔内操作工人的安全。其次应根据地质和水文情况，因地制宜选择好孔壁支护方案，确保施工安全。孔内爆破作业，宜采用浅眼松动爆破法，并在井口加盖铁板，防止飞石，爆破后应通风排烟。

参考文献

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[3]潘勇，

关蕴华.谈人工挖孔桩的质量控制[J].甘肃农业，2006（7）.[4]杜晔.浅谈钻孔灌注桩的施工技术和质量控制[J].淮北职业技术学院学报，2005（4）.

[5]王秉常.挖孔桩在桥梁桩基施工中的应用[J].山西建筑，2005（4）.

摘要：人工挖孔桩具有施工进度快、施工技术要求低、易操作、成本低、易纠偏、易成孔等优点，但在实际施工中也存在一些需具体解决的问题。

关键词：人工挖孔桩；桩基础事故处理；安全（上接165页）