分析上述兩種基本網的設計方法可知,逐級控製可免去加密的精度分析,給施工放樣帶來方便,但對基本網要求較高。考慮建築物間鬆散聯係的設計方法,則要求對施工放樣隨時做精度分析,必要時還需建立高精度加密網,但對基本網的要求可以降低。表13-6為《水利水電工程施工測量規範》規定的各等級測角網的技術要求。
與按逐級控製的原則設計基本網所推得的精度要求作一個比較,可以看到前者略低於後者,當考慮水工建築物間鬆散聯係時,則按表13-6布設的基本網是滿足放樣精度要求的。
三、高程控製網的建立
水利樞紐工程在施工中進行高程放樣工作時需要有足夠數量和具有一定精度的水準點,為此需要建立高程控製網。水利樞紐施工高程控製網一般也分兩級,首級基本高程控製網是整個水利樞紐工程高程控製的基礎,應全麵考慮整體工程的精度要求和各部位使用水準點的情況,經濟合理地布置。基本高程控製網應起閉於國家已知水準點上,一般布設在施工影響範圍之外,高程控製網水準測量路線長度和采用等級可參考表13-7。加密高程控製網通常采用三等或四等水準測量,起閉於基本高程控製網點上,布設在施工場地附近各高度麵上。為了便於放樣,必須適當、適時地加密水準網。加密的網點一般均為臨時水準點,它可直接在岩石露頭上作標記,也可在已澆注的混凝土上布設。臨時水準點的密度應根據不同建築物的施工方法,按間距和高差布點。施工放樣時,一般隻需設置一個測站,即能將高程傳遞到建築物上。整個施工期間對臨時水準點應經常進行複測,用以檢查其高程變化,特別在安裝重要構件時,必須對臨時水準點高程進行事先檢測。
基本高程控製網是整個水利樞紐的高程基準,其點位設置應穩定可靠,為此,水準基點一般應盡量埋設在基岩上。當覆蓋土層較厚時,可以采用鑽孔穿過土層和風化岩層達到基岩埋設基岩鋼管標誌。
一般情況下,由於水利樞紐建築物位於山區,所以平麵控製網點與高程控製網點采用獨立布設。對地形起伏大的地區,常用電磁波測距三角高程測量代替四等水準測量。
四、工程實例
某水電站設計水位630m,壩頂高程640.5m,最大壩高232.5m,總庫容64.65億m3,樞紐主要建築物由大壩、水電站廠房、通航建築物和壩基防滲工程組成。壩址區河穀狹窄,岸坡陡峻,高差在400m左右。
(一)平麵施工控製網
平麵控製網建立的要求:控製網必須覆蓋建築物施工範圍,能滿足建築物的施工要求;控製點盡量避開施工的影響,且通視良好;便於在首級控製網的基礎上加密控製點,方便施工放樣;控製網點在被毀壞後,能方便恢複;保證控製點的精度能滿足要求。
根據建網要求和工程範圍、規模以及現場勘察點位選定情況,通過優化設計計算,該施工控製網確定為邊角網,由11個點組成,標石類型為普通鋼筋混凝土觀測墩。在選定的點位上,挖盡覆蓋層,去掉強風化層,待觀測墩基坑挖好後,在基岩中嵌入4根直徑為12mm的鋼筋,紮成骨架,使觀測墩與基礎牢固結合。
控製網的施測過程嚴格按照操作規程進行,為了減少旁折光和地麵折光的影響,選擇在成像清晰、目標穩定的有利時間進行觀測;采用T3光學經緯儀按全圓觀測法,觀測12測回,分兩個時段,即分別在上午和下午兩個時間段完成。
該控製網共組成23個三角形,三角形閉合差全部小於規範規定的限差,最大為3.09〞,最小為0.24〞,按菲列羅公式計算測角中誤差m=±0.89〞。邊長測量采用Wild DI2002電磁波測距儀,采用往返測的方法觀測,該網共測25條邊,邊長最大相對中誤差為1/37.2萬,最小為1/101.7萬。平差計算前,先對所有觀測數據進行預處理,外業觀測的距離經過儀器加乘常數、氣象及球氣差改正,邊長投影到640m高程麵上,以壩軸線端點01為起算點,壩軸線01—02的方向為起算方向進行平差計算,從而計算出各點的平麵坐標成果。平差後控製網的測角中誤差為±0.77〞,最弱點位中誤差為±3.67mm,滿足設計±5mm的精度要求。
(二)高程施工控製網
根據工程建築物分布的範圍和高程控製網的特點及施工區交通情況,高程控製網設計為精密水準網,由10個點組成,分布在江河兩岸,其中4點為水準基點,其餘6點(01、02、06、08、09、10)全部設置在平麵控製網觀測墩上。根據《水利水電工程施工測量規範》的要求,對於混凝土建築物,高程控製必須滿足最末級高程控製點相對首級高程控製點的高程中誤差不大於±10mm。水準測量采用Leica NA2+GPM3水準儀,施測過程嚴格按照操作規程進行,水準觀測在標尺成像清晰、穩定時進行,每一測段往返測,測站數均為偶數,水準路線由一個閉合環組成,路線長度23km,閉合差為4.11mm。平差後的每千米中誤差為±0.87mm,最弱點的高程中誤差為±2.05mm。
第三節 水工建築物的施工測量
對於水工建築物的施工放樣,為了確保放樣質量,測量人員必須依據下列圖紙資料:(1)建築物平麵圖及斷麵圖;(2)基礎平麵圖及斷麵圖;(3)設計修改通知;(4)施工區域控製點成果。施工放樣工作就是在實地上確定主要軸線、輔助軸線和一些主要點的位置,測量人員必須熟悉建築物的總體布置圖和細部結構設計圖,在此基礎上,根據現場情況選擇放樣方法。另外還應考慮放樣時的校核,這是保證得到正確結果的重要環節。
水閘、大壩、電站廠房和泄水建築物等的施工放樣都遵循由總體到局部,先控製後碎部的測量原則,即先布設施工控製網,進行主軸線放樣,然後放樣輔助軸線及建築物細部。建築物的細部放樣,包括測設各種建築物的立模線、填築輪廓點,對已架立的模板、預製或埋件進行形狀和位置的檢查。立模放樣線和填築輪廓點可直接由控製點測設,也可由測設的建築物縱橫軸線點放樣。放樣點密度因建築物的形狀和建築材料不同而不同,一般來說,混凝土直線形建築物相鄰放樣點間的最長距離為5~8m,而曲線建築物相鄰放樣點間的最長距離為4~6m;直線形土石料建築物相鄰放樣點間的最長距離為10~15m。對於曲線形建築物細部放樣點的間距,除了考慮建築材料外,還要考慮半徑大小,小半徑的圓曲線可加密放樣點或放出圓心點;曲線的起點、中點和折線的拐點必須放出;曲麵預製模板,應酌情增放模板拚縫位置點。
放樣水工建築物立模放樣線、填築輪廓點的點位中誤差及高程中誤差的限差見表13-3。以混凝土為建築材料的水工建築物,是分段分塊澆築或用預製構件拚裝的,為了保證建築物的整體精度,除點位中誤差應當符合規定外,豎向偏差也應符合規定。
H為水工建築物的總高度。
一、水閘的施工放樣
水閘一般由閘室段和上、下遊連接段三部分組成,如圖13-5所示。閘室是水閘的主體,這一部分包括底板、閘墩、閘門、工作橋和交通橋等;上、下遊連接段有防衝槽、消力池、翼牆、護坦(海漫)、護坡等防衝設施。由於水閘一般建築在土質地基甚至軟土質地基上,因此通常以較厚的鋼筋混凝土底板作為整體基礎,閘墩和翼牆就澆注在底板上,與底板結成一個整體。放樣時,應先放出整體基礎開挖線;在基礎澆注時,為了在底板上預留閘和翼牆的連接鋼筋,應放出閘墩和翼牆的位置。圖13-6為三孔水閘平麵布置示意圖。水閘的施工放樣,包括測設水閘的軸線AB和CD、閘墩中線、閘孔中線、閘底板的範圍以及各細部的平麵位置和高程等。其中軸線AB和CD是水閘的主要軸線,其他中線是輔助軸線,主要軸線是輔助軸線和細部放樣的依據。
(一)水閘主要軸線、輔助軸線的測設和高程控製的建立1.水閘主要軸線的放樣
水閘主軸線一般由閘室中心線(橫軸)和河道中心線(縱軸)兩條互相垂直的直線組成。水閘主要軸線的放樣,就是在施工現場標定軸線端點的位置,如圖13-7中的A、B和C、D點的位置。根據實際情況選擇下述一種方法放樣。
(1)根據端點施工坐標,利用施工控製點,采用極坐標法、前方交會法等進行放樣。
(2)根據端點施工坐標換算成測圖坐標,利用測圖控製點,采用極坐標法、前方交會法等進行放樣。
(3)對於獨立的小型水閘,可在現場直接選定端點位置。
主軸線定出後,應在交點檢測它們是否相互垂直,若誤差超過10″應以閘室中心線為基準,重新測設一條與它垂直的直線作為縱向主軸線,其測設誤差應小於10〞。主軸線測定後,應向兩端延長至施工影響範圍之外、地勢較高、穩定易保存的地方,各埋設兩個固定引樁A’、B‘。設立引樁的目的,是檢查端點位置是否發生移動,並作為恢複端點位置的依據。
2.各部分結構輔助軸線的放樣
各部分結構輔助軸線包括:閘墩軸線、閘孔軸線、邊牆軸線、閘門槽軸線、閘墩邊線、閘底板邊線等。根據設計圖紙上標定的輔助軸線與主要軸線的幾何關係,現場實地采用直角坐標法等標定各輔助軸線的位置。
3.高程控製的建立
高程控製一般分兩級布設,首級布設水準基點,一般布設在河流兩岸不受施工幹擾的地方,采用三等或四等水準測量方法測定。加密高程控製一般采用四等或五等水準測量方法測定臨時水準點,臨時水準點應靠近水閘位置,可以布設在河灘上。
(二)基礎開挖線的放樣
水閘基礎開挖線的放樣是根據閘底板的基礎設計高程和現場實地地麵高程,考慮放坡寬度,根據閘底板的設計形狀和尺寸,實地放樣畫線。放樣的方法可根據實地地形、控製點分布、儀器設備等情況選擇直角坐標法、角度前方交會法、全站儀坐標法等。
(三)水閘底板的放樣
水閘底板是閘室和上、下遊翼牆的基礎。閘孔較多的大中型水閘底板是分塊澆注的。底板放樣首先是放出每塊底板立模線的位置和高程,以便安置模板進行澆築混凝土。底板澆完後,要在底板上定出主軸線、各閘孔中心線和閘門槽控製線。然後以這些軸線為基礎標出閘墩和翼牆的立模線,以便安裝模板。
1.底板立模線的標定和裝模高度的控製
為了定出立模線,先應在清基後的地麵上恢複主軸線及其交點的位置,於是必須在原軸線兩端的標樁上安置經緯儀進行投測。軸線恢複後,從設計圖紙上取得底板四角的施工坐標(即至主軸線的距離),便可在實地標出立模線的位置。
模板安裝後,用水準測量方法在模板內側標出底板澆築高程的位置。
2.翼牆和閘墩位置及其立模線的標定
由於翼牆和閘墩將和底板結成一個整體,因此它們的主筋必須一道結紮。於是在標定底板立模線時,還應該定出翼牆和閘墩的位置,以便豎立連接鋼筋。翼牆、閘墩的中心位置及其輪廓線,也是根據它們的施工坐標進行放樣,並在地基上標定。
底板澆築完後,應在底板上再恢複主軸線,然後以主軸線為依據,放樣閘孔和閘墩中心線以及閘門槽控製線等,並彈墨線標定。各軸線按一定的方式進行編號。根據墩、牆的尺寸和已標明的軸線,再放出立模線的位置。
(四)閘墩的放樣
閘墩的放樣,是先放出閘墩中線,再以中線為依據放樣閘墩的輪廓線。
放樣前,由水閘的基礎平麵圖計算有關的放樣數據。放樣時,以水閘主要軸線AB和CD為依據,在現場定出閘孔中孔、閘墩中線、閘墩基礎開挖線以及閘底板的邊線等。待水閘基礎混凝土墊層打好後,在墊層上再精確地放出主要軸線和閘墩中心線等。根據閘墩中心線放出閘墩平麵位置的輪廓線。
閘墩平麵位置的輪廓線,分為直線和曲線。直線部分可根據平麵圖上設計的有關尺寸,用直角坐標法放樣。閘墩上遊一般設計成橢圓曲線。放樣前,應按設計的橢圓方程式,建立局部獨立直角坐標係,計算曲線上相隔一定距離點的坐標,采用直角坐標法或極坐標法放樣橢圓部分。根據已標定的水閘軸線AB、閘墩軸線MN定出兩軸線的交點T,沿閘墩軸線測設距離L定出橢圓的對稱中心點P。在P點安置經緯儀,以M方向定向,用極坐標法(或直角坐標法)放樣1、2、3點等。由於PM兩側曲線是對稱的,左側的曲線點1’、2‘、3’等也按上述方法放出。施工人員根據測設的曲線放樣立模線。
閘墩各部位的高程,根據施工場地布設的臨時水準點,按高程放樣的方法在模板內側標出設計高程位置。隨著墩體的增高,有些部位的高程不能用水準測量法放樣,這時,可用鋼卷尺代替水準尺從澆築的混凝土高程點上直接丈量放出設計高程。
(五)下遊溢流麵的放樣
為了減小水流通過閘室下遊時的能量,常把閘室下遊溢流麵設計成拋物麵,拋物線的方程式注寫在設計圖上。首先根據放樣要求的精度,選擇不同的水平距離作為高程放樣點間距,然後通過計算求出縱剖麵上相應點的高程,最後放出拋物麵,溢流麵的放樣步驟為:
(1)如圖13-9所示,以閘室下遊水平方向線為x軸,閘室底板下遊高程為溢流麵的起點(該點稱為變坡點),該點為原點O,通過原點的鉛垂方向線為y軸(即溢流麵的起始線),建立獨立平麵直角坐標係。
(2)沿x軸方向每隔1~2m選擇一點,則拋物線上相應各點的高程為:
, (13-7)
式中,Hi為i點的設計高程;H0為下遊溢流麵的起始高程,可從設計的縱剖麵圖上查得。