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RW高速测量工作总结~7.1 放样数据计算

 gfergfer 2022-05-22 发布于辽宁
昨天发布了“RW高速测量工作总结~7.2 桩基施工测量”,今天继续发布这些放样数据的来源计算详细过程。
说明:
1 本文主要是根据设计图、根据放样数据需要,采用“道路之星”、“cass”、Excel电子表格最常用软件,逐步详解放样数据的计算过程及结果,对于整个项目数据计算有疑问的TX,可以慢慢细品。
2 本文是在写好的word总结中复制而来,但复制进来才发现原word文档中有50页的篇幅,放入公众号文章中直接会卡死...,根据总体章节安排又不便对计算部分再细分,因此删减了大部分图片、计算公式、计算过程等占用篇幅的截图。



放样数据的计算主要分为线路参数的计算构造物的坐标计算构造物的标高计算三部分。至于路基、边坡的计算部分,主要在RTK手簿中编辑进行,比较简单,本文不做阐述。其中线路参数计算主要依托《道路之星》与王中伟老师的Excel vba程序,构造物的坐标计算主要依托Excel自编公式与cass结合,构造物的标高主要依托Excel自编公式计算。


1

 线路计算

本标段线路长8公里,但地处平原地区,也没有大的河流与峡谷,线路平缓,在平曲线设计上只有标准的圆缓圆设计,没有设置加宽与断链,竖曲线上也没有设置超高,项目进场时全套施工设计图已经下发纸质版和PDF版本(后期才发现部分构造物的图纸缺失),开展工作较为方便,线路曲线参数表如下。

本线路终点要下穿已建成的高铁高架桥,因此本标段后段线路分为左、右幅分离设计,在线路平曲线参数上也是左、右幅分别给出。

左幅平曲线参数表:

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右幅平曲线参数表:

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竖曲线的设计左、右幅没有区别:

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线路参数的计算,现在计算方法多种多样,尤其现在市面上各种软件很多。

我一般至少选择两种计算软件来进行计算和验证,当两者计算的逐桩坐标吻合时,再进行下一步的构造物坐标计算。

对于线路参数的计算,在早期我是采用Excel自编公式进行手算,也用卡西欧4800计算器编程计算,现在基本不用了。

对于线路的计算,一个项目只需要在进场初期完成计算即可,可以多花费一点时间和多软件来计算与复核。两种软件我选择使用《道路之星》电脑版和王中伟老师的Excel版。

本项目的路线比较简单,直接将设计图的参数输入两种软件即可。

在这里我把全路线的平曲线参数都输入到软件中。

(1)《道路之星》的线路计算

在采用软件进行线路计算之前,我习惯于首先将线路参数输入在excel中,这样方便于后期的复制与粘贴、整理等使用。在软件中分别选择左、右线路,分别输入线路参数,右线输入如下。

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左线线路比较短,输入后如下。

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左幅竖曲线参数输入如下。

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至此,根据输入的线路参数表,可以对标段内任意里程的逐桩坐标表及高程表进行计算复核,在这里,以右线为例,任意选择几个里程进行计算。

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计算值与设计图的对比,△X=03mm,△Y= 3mm,△H=-1mm,这属于计算误差,在实际工作中,分别对左、右线的每500m进行了坐标、高程的计算成果与设计图成果的对比,在数据不大于5mm情况下认为是没有问题的。

至此,采用《道路之星》计算的线路已经完成,该软件的优势是在电脑端操作,可以保存多条线路于一体,相比王中伟老师的VBA版本要更方便。

同时计算其他的构造物应该也是很容易实现的(只是我没有研究如何使用),曲线参数也可以粘贴输入与Excel文档的导出,软件本身也很小,运行也很快,没有其他多余花哨的功能,简单实用。

(2)《Excel VBA》的线路计算

我习惯采用王中伟老师的Excel VBA进行线路计算,主要原因是可以进行批量拖动计算,将线路平曲线参数表输入程序如下。

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在竖曲线方面,由于JD数量要远大于平曲线的JD数量,因此只输入了本标段范围的参数,竖曲线参数输入在程序中如下。

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如上,右线参数输入完成后,即可进行右线的坐标、高程的计算,左线需要单独再使用该文档进行参数的输入方可进行计算,这是没法和《道路之星》的多条线路统一输入在一个文件内的区别。进行逐桩坐标及高程的计算,并与设计图的成果对比,如下。

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以K100 020为例,与设计图成果差值分别为△X=0,△Y=-1mm,△H=-1mm。由此可以看出,Excel计算的成果相比《道路之星》计算成果更接近于设计值,原因或许是VBA的计算取位及软件编制时本身的计算公式取位更长所致。

两种软件计算的成果都可以采用,但究竟采用设计成果还是自我计算成果?

在我看来应当采用自我软件计算的成果(前提是取位应该足够),在某些特大桥方面,还应顾及计算出来的成果相对尺寸与设计图是否吻合的问题。一般情况下,采用自我计算成果的目的是确保在后期各种构造物的计算中数据的统一性。

说一下个人对于线路计算的总结。

对于线路计算,本项目的线路计算较为简单,虽然我能够手工excel编辑公式计算各种缓和曲线等长与不等长的匝道等线路,但所遇到的复杂线路终究是少数,尤其是在设计院交付的图纸参数不完善或者不规范的情况下,计算工作是非常大的。

曾经在CA高速项目时,在线路计算中发现设计参数不吻合(excel手工计算),后面发现是监理单位没有将变更过的参数提供给我们,由此在手工计算中耗费的精力太大,学习成本也很大。

线路计算对于非测量专业、甚至非本科毕业的理工科从业者,其计算是有一定难度的,只需要知道计算的基本原理即可,在实际工作中,会使用软件解决计算即为解决问题,但是,计算原理一定要知道。


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  桥梁坐标的计算

桥梁的坐标计算,现在计算方法多种多样,尤其现在市面上各种免费的、收费的、盗版的软件很多,但是我一直都采用手工计算的方法来完成计算,一般是采用Excel自编公式与CASS绘图相结合的方式,相互计算与复核。
主要原因是只有这两种计算才是万能的,因为我们需要做的,在现场工作时应该把所有的设计数据都已计算完成,只需进行放样即可,从而减少外业测量员的技能要求,也减少出错的可能性、减少外业工作的繁琐。
试想:如果一边流着汗测量,一边拿着手机输入偏距,是多么的不便,而且是极易出错的。
不管采用哪一种方法,首先是基于王中伟老师的Excel VBA程序对线路计算。
桥梁的坐标计算,主要有桩基、承台、立柱(墩身)、盖梁、垫石等。其中以桩基坐标计算尤为重要。
(1)桩基、立柱坐标的计算
桥梁的桩基坐标计算,首先需要看清设计图,本项目的桥梁全部为预制小箱梁桥,只有标尾有一个桥台,其余全部是桥墩。本项目的桥梁名称叫“兰沟洼特大桥”,有意思的是,该桥全长11.6695km,因此该桥跨越两个标段,而在我们的标段内,桥梁名称也被分别叫做“兰沟洼特大桥尹黄营段、常家营1号段、常家营2号段、兰沟洼段、榆林段”共5段大桥名称。
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桩基坐标设计图纸上都有个给出,但我们必须进行复核后才能进行放样。
第一步:确定桩基里程桩号
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以标段起点的常家营1号段大桥为例。桥梁的总体里面、平面图中其实已经给定了每个墩位的里程、桩基间距及中桩设计标高,根据这些数据根据线路程序即可计算出桩基坐标,但还需要查看桥墩构造详图进一步核对。
无论桥墩型号,我们首先只确定桥墩中心里程。有桥墩布置图可以确定,在桥型总体布置图中表示的里程,即为每个桥墩的中心里程。从桥梁中心桩号K94 134(4#墩)为基准,推算其余桥墩的中心里程。
常家营1号段大桥的桥型布置为两段4×30m,每个桥墩的跨度均为30m(无需考虑平面图中的伸缩缝),计算桥墩里程桩号如下。
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第二步:确定桩间距
桩间距的在桥型总体布置图及桩位坐标图中均有表示,桩位坐标图标注的很清晰。
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(图纸、文字太多了,此时省略大篇幅,如需根据图纸查看详细解算过程,请私聊)

根据上面的桥墩一般构造图可以看出标注的桩间距尺寸与桥型总体平布置图、桩位坐标图三者均一致,可以确定其桩间距尺寸,进行下一步的桩基中心坐标计算。
第三步:计算桩基坐标
桩基坐标计算的准确性是桥梁施工测量中至关重要的环节,一般需要至少采用两种方法或者两人独立计算才可以进行放样。这样做的目的主要是防止一旦桩基坐标计算错误,会知己导致整个桥梁上构无法正常施工的连锁反应。
桩基坐标在最初的放样中,差错几米的情况下在现场是无法准确判断的,原因是在桩基施工时是没有任何参照物的,因此,桩基坐标计算准确性是桥梁施工测量的第一步,也是最重要的一个环节。
根据公司测量中心的管理要求,对于桥梁桩基坐标必须至少有两人独立复核且与设计图吻合后才可以用于放样,在该项目严格执行了该措施,主要由我和WJ两人独立计算。他主要是在《道路之星》内输入桩间距等参数自动计算桩基坐标并导出。而我是分别采用两种方法来计算的。
方法①:采用CASS绘图计算
根据编制好的线路计算程序,在cass中绘制出墩中心线、每个桩基位置,这样可以查看、导出桩基坐标。(图纸、文字太多了,此时省略大篇幅,如需根据图纸查看详细解算过程,请私聊)
根据桥墩布置图(图纸的35页、36页)可以看出,4号桥墩为交接墩,其余为固定墩,固定墩与交接墩的主要区别在于:固定墩的盖梁宽度为2.2m(垫石为双排设计),交接墩的盖梁宽度为2.0m(垫石为单排设计),除此之外,其余平面尺寸均一致。

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其中“手簿编号”栏是对应RTK手簿中的桩基编号,编号中A是表示常家营1号桥的意思。设计图中也给定了桩基坐标,需要逐一进行核对。
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以4-2#桩基为例,X差值为0,Y差值为1mm,两者吻合,至此,已经完成了由cass计算桩基坐标的工作。
方法②:采用Excel自编程序计算
采用excel计算桩基坐标相对更加简单、快捷,也不易出错M在本标段,我也采用了excel对所有桩基坐标进行了采用公式来进行计算。
(图纸、文字太多了,此时省略大篇幅,如需根据图纸查看详细解算过程,请私聊)
实际上如《道路之星》、《测量员》、《道路测设大师》中计算桩基或其他构造物坐标的原理也是这样,我们只有在掌握了其根本原理的前提下,无论采用excel计算、或是计算器手算、或是使用其他软件,都会更加得心应手,更不会受制于必须使用某一种软件。
可以整理出设计、cass计算、excel手工计算的桩基坐标对比表(以4-2#桩基为例)。
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初步看来,采用两种方法与设计坐标计算的结果均能吻合,一遍就可以进行测量放羊了。但是本质上并没有做到完全的独立计算,因为cass与excel中都用到了同一套基础数据,即:线路的参数计算、桥墩里程、桩基间距,因此不能真正意义上的两套计算。
为了做到真正意义上的独立计算,要求远在岳阳项目的WJ同学独立进行了全项目的桩基坐标计算。根据他的描述,他是采用道路之星批量计算的,与我的方法可以说是完全独立的。
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以4#桥墩为例,统计两人分别独立计算的桩基坐标。
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可以看出,最大差值为2mm,该2mm是两人完全独立看图与计算的结果,说明取其中任意一套数据进行测量都可以,在本项目的实际工作中,采用了cass计算的坐标、excel计算的坐标、道路之星计算的坐标、设计坐标四套数据完全吻合之后才开始现场放样工作。
将整理好的桩基坐标表配合各种桩底标高、桩顶标高、桩径、桩长等参数整理在一个excel表格内,打印出来分发给我每位测量员随身携带,并按需发放给现场施工员和作业队人员,以方便大家的工作。
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上表即是每个桥墩的基础数据表,如果把所有桥墩的这些参数都打印出来,分发给需要的工作人员,测量工作是能够得到项目内部和监理工程师的认可,也是从另一方面体现测量人员技能的一个表现。
同时,把每个桩基坐标数据文件放入dat文件内,分别导入rtk手簿和全站仪内,方便外业人员调取数据放样。
在本项目,我把这个参数表的打印版、PDF都分发给了所有需要人员,包括测量人员、工区经理、施工员、合同及质检部门、劳务队人员、测量监理工程师等。能够让大家更加体谅和尊重测量工作,这些都是点滴,也很重要。
(2)系梁与立柱坐标的计算
根据本项目的情况,在实际工作中,系梁与桩基顶成整体,即实际施工中,先将桩基混凝土浇筑至系梁底标高处(应该是凿除桩头浮浆后为系梁底标高),然后接桩头与系梁整体模板,并同步浇筑混凝土,并回填。
虽然如此,但我们还是把全桥系梁在cass中绘制出来,只是没有把相应的坐标抓取出来而已。
在cass中绘制成图后,后期根据需要可以抓取坐标,事实上,直到项目完成,并不需要系梁的坐标。
(图纸、文字太多了,此时省略大篇幅,如需根据图纸查看详细解算过程,请私聊)

(3)盖梁坐标的计算
根据图纸,可以看出,盖梁的宽度分为2m和2.2m两种,宽度为2m的为连续桥墩的尺寸,宽度为2.2m的为交接墩的尺寸,左、右幅保持一致(在本项目的其他兰沟洼段大桥,左右幅全线为错开)。
盖梁长度全部为19.66m,内侧距离路线中心线距离为0.905m。
确定了盖梁的基本尺寸,可以开始进行坐标计算。在实际工作中,在盖梁模板安装到位后,需要测量盖梁模板的四角点坐标,因此至少需要计算出四角点的坐标以供现场施工。
根据我的工作习惯,在盖梁数据计算及施工前,我都与项目部工区经理进行了详细的沟通,了解他们的施工流程,并且根据他们的需求需要放样哪些点,比如长度近20m中间是否需要加点等问题均进行了沟通,可以对现场的工作提前预判。
但是为了保险起见,为了应对现场各种情况,每块盖梁我还是抓取了6个坐标点,即除四角外,在中间还增加一个点位。
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在本项目中,计算方法我采用的是cass绘图和Excel编辑公式计算两种方法,对于后期构造物的计算,可以由一人采用不同的方法进行复核,确保准确性就可以,如果没有条件,可以不需要再找第二人复核,一是这个计算并不复杂,而是计算结果有多种校核办法,与桩基没有参考对象是不同的。
方法①:采用cass绘图并抓取坐标
根据盖梁尺寸图与桩基中心的位置关系,在cass中可以很快速、准确的绘制出半幅的盖梁,再抓取各点坐标,整理到新建Excel表格中。
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方法②:采用Excel自编公式计算坐标
与桩基坐标计算原理一样。(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
(4)垫石坐标的计算
垫石的测量定位是普通桥梁施工测量的关键工序,但主要是在垫石顶面的标高及平整度控制方面。垫石坐标计算远没有标高计算复杂,计算的方法也比较简单,还是采用Excel编辑公式计算。
首先查看设计图中对垫石的标识。(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
根据箱梁编号,经过与现场、质检的沟通,统一由桥梁中心线处往外侧命名为1~7#垫石,分为左、右幅。
在这里就不一一列出每个垫石的计算公式,单排垫石的计算与桩基一致,只需要改变距离即可,双排垫石与盖梁计算一致。
完成计算后,统计成表,整理为dat和Excel成果表,供现场使用。
在实际工作中,是将坐标、标高表同时整理并打印出来方便测量人员、施工人员及作业队人员施工。
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(5)坐标计算总结
现阶段绝大部分施工测量一线人员的坐标计算都是采用如道测、测量员、道路之星等软件来完成,这也不是不可以,因为现场计算确实也很简单、方便,还可以连接全站仪或手簿,手机操作放样什么的。
但是,这里有一个问题,我们测量讲究是一个多余观测,做任何事情都必须要有复核、有检查,才能确保现场放样的每个点百分之百的准确。我的原则是看错的可能性都没有,必须要有这个准确度才可以睡个安稳觉,才可做到心中有数。
现在回头看看采用Excel计算各种坐标,熟练之后是非常方便、快捷、准确的,最最重要的,是提高了我们的技能水平,可以随时由此进行的各种各样的计算,可以扩展到资料、计量等各种工作。
因此,我们的能力与价值的体现,不应该是使用软件的技能。


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 桥梁标高的计算 


(1)下部构造标高的计算

在本项目的桥梁我所说下部构造,并非桥梁结构上的下部构造,而是从桥梁立柱顶面往下均称为下部构造,因为我人文下部构造更注重的是准确度,而上部构造更注重的是精度。

下部构造的主要标高控制节点从下往上依次是:桩底标高、桩顶标高、系梁顶标高、立柱顶面标高这四部分,其中主要是以系梁顶标高为分割点,分别往下、往上计算其他标高点。

为什么以系梁顶标高为分割点或起算点?

这是因为绝大部分桥梁的承台标高在设计上都是整数标高,由此可以判断在设计时首先是确定了系梁或承台标高(一般系梁或承台标高都需要考虑原地面标高,后期一般都需要回填,低于地面0.5m左右),然后根据该标高和桥面标高来控制其他节点标高。

(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
如上,是本项目常家营1号桥的桥墩构造图,可以完整的看出所有关键尺寸与标高。
如上两张图纸,是..标段的桥梁图纸,设计院是北京建达,可以看出,承台顶设计标高也是整数。
上图为..,其承台设计标高也是整数。
上图为..大桥索塔承台顶设计标高,为整数。
由此可以分析,绝大部分项目的承台顶设计标高为整数,得出这样的结论,可以认为在设计上是首先确定承台标高,然后根据地质情况确定桩长和桩底标高,在根据路面竖曲线确定立柱/墩身高度。
(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
结合桩基坐标文件,对所有标高进行整理汇总。
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此标高内容包含立柱以下所有测量所需数据,将此数据打印出来成册,交付给测量员、施工员、作业队人员。
(2)支座、支座垫石与箱梁标高的计算
在桥梁结构中,测量方面最终的工序,除了桩基的坐标定位,再就是支座垫石的标高定位。
桩基坐标的定位准确直接决定了桥梁的整体位置及桥墩的受力,而垫石的标高控制,直接决定了桥面标高的准确性。
因为,如果垫石以下标高出现错误,可以通过立柱、盖梁、垫石高度来调整,但垫石顶面标高一旦施工完成,后续的支座、箱梁、桥面层等的高度都是固定的,没有任何调整的空间,否则会直接影响到桥面整体竖曲线线性,行车过程中也会有明显的感受。
因此,在桥梁施工中,垫石标高的计算与控制是重中之重,与桩基不同,桩基坐标设计图会给定,但垫石标高没有给定,全部需要自我计算。
而且,垫石数量太多,远大于桩基数量,以本项目为例,对于单排垫石,每半幅有7块垫石,双排有14块垫石。还有一个难点,坐标位置在平面图上可以很容易判断出对错,但是标高,你没法判断,你所能看见的都是冰冷的数据。
测量员、道测等可以计算桩基坐标,但它可以计算垫石标高么?可以,但是又没法实现,因为,即使同一副的支座型号会不同,你没法录入数据,只能通过Excel手算。
这里,再次强调测量人员熟练使用Excel的基本计算是必备技能。
在本项目,对弈垫石标高的计算与复核,我是一个人通过三种方法来计算和自我检核,当三种方法完全吻合后才开始进入现场施工放样。(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
在本项目,由于当时设置的测量负责人没有能力计算垫石标高,全部由我一人计算,为了保险起见,我采用三种方法计算至垫石顶,结果表明三种方法计算结果的最大差值<2mm,最终以第一种方法为准进行现场测量。
在测量过程中,会遇到各种各样的问题,尤其是在箱梁架设完成后,会出现桥面标高与设计不吻合的问题,现场施工人员、技术部、经理部首先会想到是不是测量哪里出问题了。
这时,你可以拍着胸脯说,我们的数据计算没有问题、方法没有问题、控制点没有问题……(这些关键点会在后面详述)因此测量方面不可能出任何问题,也不背锅。
因此在本项目,质疑测量的声音一直都很小,也会有那么几次,但不会总是出现,因为他们知道测量组内部有各种强有力的自我复核机制,是不可能出错的,这对外就是一种权威与威慑力,长期坚持下去,你就成功了。
首先详细查看与垫石标高有关的图纸与参数,只有搞懂了图纸的相关参数,才能计算出正确的结果。
(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
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(这个表也是LL同学总结出来,这是他在本项目租的最大贡献)
(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
根据现场实际测量情况,垫石放样时是放样中心点在预埋钢筋上,在浇筑垫石混凝土之前还会重新放样一次,放样方法都是采用rtk测量,而标高测量全部是将水准仪架设在盖梁上,后视挡块上的转点,再测量垫石模板标高,因此把垫石坐标、标高汇总一张表打印交付现场测量与施工人员。
最终我是把三套计算方法的数据全部叠放到一起进行对比,无误后才交付现场使用,但是整个计算过程也只有三天就完成了,但是前提是已经完成了支座垫石高度的整理。
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(3)箱梁标高的计算
箱梁标高主要是在箱梁架设后需要对其进行调整测量或检测需要,测量资料报检时也需要标高。计算相对较为简单,每块箱梁检测时都只检测两端的中间点,即与垫石的检测位置实际是统一的。(图纸、文字太多了,此时省略大量篇幅)
(4)桥面调平层标高的计算
桥面调平层是土建施工单位的最好一道施工任务,一般路面沥青都由单独的施工单位进行,路面队伍在进行施工前会对土建施工队伍完成的调平层顶标高进行全面的复测,若发现该标高低于设计标高,他会以需要增加沥青量为由找土建单位实施索赔,非常麻烦,所以该标高的控制非常重要,计算也非常重要。
在本项目中,进行调平层施工前,测量人员和现场施工负责人进行了反复的沟通和商议,施工顺序是每半幅进行浇筑,每次浇筑为一联,即3跨或4跨,长度约为120-160m。经过沟通,放样点的密度在横桥向上分别左、中、右各放样一个点。
老马总结:
1 道路的平曲线、竖曲线必须借助第三方软件,提高工作效率,主要推荐“道路之星”和王中伟老师的Excel VBA程序;
2 桥梁构造物的各种坐标计算、标高计算等,采用CASS、Excel电子标高计算完全够用,而且相比其他软件肯定更加方便,这是因为,在后期测量资料的编制和填写中,优势会更加明显(后面会其他章节的现场放样时采用Excel计算、资料编制时采用Excel编制公式会更加方便)
3 采用Excel计算的本质,还是在于你对测量基础知识的理解。



实在抱歉,原文50余页,在这里没法放上来,只能草草的写一些个人心得与总结。

原文实质是根据图纸,一步一步详解,采用不同的计算方法、不同的计算软件,计算出所有测量所需的数据过程,包括计算公式和视频,最终形成交付给测量人员外业工作的必备资料。

若您需要本文的详细材料,请联系老马哥。你一定会有所收获。

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