剖析四等水準附合導線在高速路面施工中的實際應用

任義，唐光平

（中國建筑第四工程局有限公司，廣州510000）

1 工程概況

遵義市樂理至冷水坪高速公路（以下簡稱南環）是貴州省高速公路網的重要組成部分，是遵義公路建設“5 縱4 橫9 聯2 環”骨架公路網規劃中的“2 環”繞城一環高速公路和繞城二環高速公路之一，道路全長53.505km。

2 高程控制

2.1 一般規定

1）高程控制測量精度等級的劃分，依次為二等、三等、四等、五等，各等級高程控制測量宜采用水準測量。

2）首級高程控制網的等級，應根據工程規模、控制網的用途和精度要求合理選擇。

3）測區的高程系統，宜采用1985 國家高程基準。在已有高程控制網的地區測量時，可沿用原有高程系統。

4）高程控制點之間的距離，一般地區為1km～3km，但一個測區周圍至少應有3 個高程控制點[1]。

2.2 關于水準測量的限差

在進行三等、四等水準測量時，由于山地地勢起伏很大，水準測量時測站數就會增多，誤差就會累計并傳遞，附合或者換線閉合差的限值可適當放寬，分別為但在實測中，其限差常以測站數n來衡量，為此將上述限差轉換為每站中誤差的限差，通常每千米按16 站計算，即L=n/16，則山地四等限差：

平地四等限差：

式中，L為往返測段、附合或環線的水準測量路線長度，km；n為測站數。

山地水準測量一般適用于整個工程開工之前時的水準測量，而路面工程高程控制建議采用平地水準測量。

2.3 實際高程控制

南環高速公路路面工程平面坐標系：獨立坐標系（高斯正形投影于1980 西安坐標系橢球面，中央子午線為106°43′00″；高程系統：1985 國家高程基準，投影面高程為900m。項目測量部采用公路四等平地水準測量作為基本的高程控制，按照4等水準路線長度限差將全線劃分為4 個標段分開單獨做水準測量，都采用單程一次附合水準測量，實踐證明能達到規定精度。四等水準每千米高差中誤差控制在10mm，水準儀采用DS3，水準尺雙面讀數，觀測次數為附合線路往測一次，并與線路中的設計交樁控制點和各個標段之間的搭接部分的控制點進行聯測，高差閉合差的允許值采用平地測量四等限差。

2.3.1 四等水準附合路線的測量與計算

下面以南環高速公路三、四標段搭接段為例，介紹四等水準測量的外業作業與內業計算的方法與步驟，也是完成整個四等水準過程的核心。水準路線觀測見圖1，內業計算見表1。

圖1 水準路線觀測（單位：mm）

表1 搭接段附合水準高程誤差配賦表

輔助計算如下：

由于Fh＜fh，因此觀測成果符合精度要求。

注意：改正數的符號應當與閉合差的符號相反。

2.3.2 高差閉合差的調整

因為在同一條水準線上，可以認為觀測條件是相同的，則各測站產生誤差的機會都相等，故閉合差的調整可按與線路長度成正比的分配原則進行。那么每一測段的改正數為：將計算結果填入表1 第五欄。改正數的總和應與閉合差Fh的絕對值相等，符號相反。各測段實測高差加改正數，便得到改正后的高差否則說明計算有誤。

2.4 路面結構層高程控制

2.4.1 施工放樣

1）用全站儀進行中邊線放樣定位，每10m 設置一根掛線樁（曲線段5m），特別注意在設計圖紙上有加樁的位置必須增設掛線樁以保證線性平順。

2）利用水準儀對中邊樁逐一高程測量，在此過程中由于路線較短，不適合利用四等水準限差控制，現場利用山地水準限差計算，更能貼合現場實際情況。

3）按照計算結果進行掛線，并將線固定好，施工時利用石灰標記出攤鋪的行走線和攤鋪寬度，如圖2 所示。

圖2 松鋪厚度檢測

2.4.2 鋼絲掛設

1）測設鋼絲基準線掛線的高程。攤鋪機感應器鋼絲基準線的高程H=ha（本樁號內外側基準樁本層設計頂面高程）+L（本層高度）×1.3（擬定松鋪系數）+h（感應器懸掛高度）。

2）設置鋼絲基準線。采用3mm 的鋼絲繩作為基準線，基準線長度300mm 左右（曲線段不超過100mm），鋼絲一端固定，另一端用緊線器張拉，張力不小于800N，以鋼絲不產生撓度為準。鋼絲采用φ20mm 螺紋鋼筋十字架固定，根據所在里程實測高程乘以松鋪系數來調整十字架高度（松鋪高度），如圖3 所示。

圖3 邊線鋼絲掛線

2.4.3 跟蹤控制

1）每層結構層攤鋪開始后及時安排測量人員對松鋪面進行斷面高程測量，若發現路面有起拱現象，應立即停止攤鋪，要求專業人員對熨平板進一步調整，直到此工序合格為止。

2）每層結構層攤鋪終壓完成后，需測出該鋪筑層每個斷面的實際高程并形成資料，從而為下一結構層高程控制提供計算依據，如圖4 所示。

圖4 松鋪斷面高程測量

3 誤差分析及消減

3.1 誤差來源

按照誤差來源分類，可將測量誤差分為儀器誤差、外界因素引起的誤差和觀測誤差等。為了觀測成果的質量，必須全面分析各種誤差的性質。由于誤差是客觀真實存在的且不可消除，只能分析產生誤差的各種因素，并采取有效的措施將誤差降到最低。

3.2 儀器誤差

經過大量測量經驗得出i角（水準管與望遠鏡示準軸的夾角）的校正是關鍵，而將i角校正為零是非常困難的，甚至不可能。GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規范》規定：用于一、二等和三、四等水準測量的儀器，其i角分別不得大于15°和20°。因此在觀測過程中，當水準氣泡居中時，視準軸并未嚴格水平。眾所周知，i角的大小與i角及前后視距差的大小成正比。在i角保持不變的情況下，只要使前后視距差為零，就可以在高差中消除i角誤差的影響，那么在實際野外作業的過程中就需要將前后視距差無限縮小接近于零，從而降低i角引起的系統誤差。

3.3 外界因素引起的誤差

無論是水準測量還是現場施工測量都是在野外條件下進行的，土質、氣溫、空氣密度分布、陽光、風力、地球磁場、儀器腳架和尺承垂直位移等外界因素，均能給野外測量工作帶來影響，使觀測結果蒙受誤差影響。

3.4 觀測誤差

測量工作中要使用測量儀器，任何儀器都具有一定限度的精密度，這客觀上就會使觀測值的精度受到限制。觀測者的視力、聽覺等感官的鑒別能力有一定的局限，所以，在儀器的安置、使用中都會產生誤差，如整平誤差、照準誤差、讀數誤差等。同時，觀測者的工作態度、情緒、技術水平和觀測時的身體狀況等也對觀測結果的質量有直接影響的因素，為了最大限度地降低各種因素帶來的影響，水準測量應當采取以下措施：

1）安置水準儀的腳架時，要使其自然伸張，切忌強力扭轉，觀測員應繞單腳且離開0.5m 以外走動。

2）測站至前、后視立尺點的距離，應該用步測使其相等，并統一按照“后黑—前黑—前紅—后紅”的順序記錄讀數。

3）按照規范要求四等水準的視距小于100m。

4）前后視距差小于3m，視距累計差小于10m。

5）視線離地面最低高度不得小于0.2m。

6）黑紅兩面讀數差小于3mm，高差之差小于5mm。

7）四等水準的路線長度不得超過16km。

8）選擇有利的觀測時間。日出后半個小時和日落前半個小時，靠近地面的大氣密度上下差別較大，不應進行觀測。中午前后空氣對流劇烈，成像不穩定且不清晰，也不利于觀測。

9）水準測量以及現場施工測量應盡量選擇良好土質的地方，以及縮短一站的觀測時間，防止三腳架和儀器整體下沉帶來的系統誤差。

4 結語

通過對南環路面結構層鋪筑高程控制的實踐，利用附合水準單程一次測量代替傳統的四等水準測閉合環。其原則都是從整體到局部，分級布設，逐級控制，從而保證足夠的精度、密度以及統一的規格；其目的都是限制誤差的累計和傳遞。總結了四等水準測量和施工高程控制的方法以及分析了平時測量過程中誤差來源中最容易忽略的幾點，具有以下特點：

1）大大降低了現場測量人員的工作量；

2）使后續路面水泥穩定碎石基層施工時間得以提前并節省工期；

3）保證了路面鋪筑的橫縱坡質量以及線性平順；

4）有效地解決了高程控制平差的難點，并通過誤差分析和誤差消減提高了同行朋友的測量工作效率以及成果質量，為今后類似工程提供相應的借鑒。