在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法
技术领域：
本发明是一种公路工程施工中采用全站仪进行路基边坡开挖和填筑边界点精确放样的测量计算和放样方法，尤其适用于地形复杂的山区路基边坡施工放样。
背景技术：
目前，道路施工过程中采用全站仪进行路基边坡开挖和填筑边界点的放样方法，是先给定中桩里程，然后在该里程中线的法线上移动试测点，寻找与该断面设计边坡相适应地面点。这样放样界点的位置不一定在地形的特征点上，所以连接界点所形成的挖方坡口线或填方坡脚线误差很大，既影响边坡的施工质量，也因超挖、超填而增加工程量，破坏地表的自然环境。

发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种提高路基边坡界点放样的效率和满足边坡施工精度的要求，在道路设计中线外的任意测站点上设站，只要测站能够通视的部位，就可一站快速完成大面积的在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法。为解决上述的技术问题，本发明采用如下的技术方案在道路中线上设里程参考点，用统一趋近法求线侧点至道路平曲线的最短距离的原理，确定实地试测的边坡点至路基设计中线在平面内的垂距和垂足里程。然后根据该里程处的横断面上路面横坡；中线、路肩和坡脚高程；路面、边沟、碎落台、边坡平台宽度；边坡层数、高度等参数，计算试测点所在的高程面与边坡设计线的交点至路基设计线的理论平距，再将“垂距”与“理论平距”相减，得到试测点向理论界点的位移量。移动试测点并按以上步骤重复测量、再移动，使位移量趋于零，即确定边坡界点位置。如图1至图2所示该方法具体包括以下步骤a)测定道路中线一侧地性线上一点的坐标、高程P(XP，Yp, HP)，Q是P点对应在道路中线上的垂足。b)根据P点位置，估计其对应道路中线里程K1,并将该里程点设定为向Q点趋近的中线里程参考点，过K1作切线，过P作垂线PG，连接K1P,根据参考点K1里程和所在道路设计曲线两端的曲率、曲线长和曲线起点坐标、起点切线方位角，按下列公式(1)、(2)、(3)计算K1处切线方位角Vki和坐标XK1、Ykio 式中pA—曲线起点的曲率Pb——曲线终点的曲率Ii——任意点距曲线起点的长度L——曲线长度Vi——曲线任意点切线方位角

Va——曲线起点切线方位角(XA, Ya)——曲线起点坐标(Xi, Yi)——曲线任意点坐标；c)已知A(Xa，Ya)、B(Xb，Yb)两点，计算两点间距离D和方位角Z的公式为当Xa-Xb > 0 时，Z = arctg [ (Ya-Yb) / (Xa-Xb) ](5)当Xa-Xb ≥ 0 时，Z = arctg [ (Ya-Yb) / (Xa-Xb) ] +180°(6)根据K1点计算坐标和P点实测坐标，按公式(4)、(5)、(6)计算K1P的距离D1和方位角Zkl，计算第一次趋近距离D1 · COS(Z1-V1)和第二参考点里程K2 = K^D1 · COS(Z1-V1)；并按公式(1)、(2)、(3)计算K2点处切线方位角Vk2和K2的坐标(XK2,YK2)；用第二个参考点 K2重复上述趋近过程；直至Di · COS(Zi-Vi)趋近于零，即得到了垂足Q点的里程。d)用步骤c最终确定Q点位置时的参数，按公式T = D · Sin(Z-V)计算P点至道路中线的偏距Tp。当Tp > 0时，表示P点在路线前进方向右侧；Tp < 0时，表示P点在路线前进方向左侧。根据P点在道路中线上的垂足Q点的里程，在设计资料中查取Q里程横断面上路面横坡；中线、路肩和坡脚高程；路面、边沟、碎落台、边坡平台宽度；边坡层数、高度等数据计算试测点P向理论界点的位移量。P点所在高程面与边坡设计线交点至设计中线的水平距离Dp为从设计中线至边坡理论界点各线段的水平投影长；P点至设计中线的实测偏距为ItpI ；位移量为DP-|TP|。位移量求得后沿地性线移动试测点ρ的位置，当Dp-ITpI >ο时向远离路中方向移动，当Dp-ITpI <o时向靠近路中方向移动。重复试测、移动，直至达到Dp-ITpI趋近于ο时 (小于规范规定的放样误差)，即确定界点位置。本发明的有益效果本发明提高路基边坡界点放样的效率和满足边坡施工精度的要求，在道路设计中线外的任意测站点上设站，只要测站能够通视的部位，就可一站快速完成大面积的边坡界点放样。而且放样的界点不受固定中线里程的限制，根据地形变化任意选取试测点，通过对试测点的移动寻找路基边坡线与地性线的交点，即将界点测定在梁顶、沟底、坎边等对撒灰线有控制意义的位置，再用简单的直线形式撒灰线连接成边坡开挖或填方坡脚线。既保证了边坡施工精度，又不因超挖、超填增加工程量和对自然环境的破坏。

图1为本发明的统一趋近法示意图。图2为本发明在横断面内确定路基边坡界点的示意图。图3为本发明统一趋近法的应用实例示意图。
图4为本发明在K213+600横断面内确定路基边坡界点的示意图。
具体实施例方式1确定边坡试测点对应的中线里程和偏距如图3所示某道路设计中线的一部分，其中包括直线、缓和曲线和圆曲线三种曲线类型。在施工现场用全站仪测定位于地性线上的边坡试测点P坐标为x =45795. 519, Y 64372. 341，H1509. 030。1. 1设定P点对应的中线里程参考点根据测量人员印象P点应在K12+400附近，故设定K1点里程为故设第一个参考点 K1里程为213+400。中线里程一经确定即可从图2中看出K1位于缓和曲线上，取该缓和曲
线的设计要素曲线起点坐标 A(45826. 1,64621. 229)、Pa = (KPf^^L = 220、Va =
IoUU
262° 15' 42.9"，代人公式(1)、(2)、(3)计算K1坐标及方位角X1 :45817· 293，Y1 :64551· 788，V1 :263° 24' 21. 7"按公式(4)、(5) (6)反算K1P距离及方位角D1 :180· 763，Z1 :263° 04' 53. 7"1. 2计算第二个参考点里程K2 = K^D1 · COS (Z1-V1) = 213+580. 760参考点K2里程213+580. 760 (该里程在圆曲线上)，取该圆曲线的设计要素曲线
起点坐标A(45808. 843,64461. 326)、PA = Pb =」一、L = 671. 524、Va = 266° 09' 36〃，
1500
按公式⑴、(2)、(3)计算K2坐标及方位角X2 :45805· 788，Y2 :64391· 503，V2 :268° 49' 47. 4按公式(4)、(5) (6)反算K2P距离及方位角D2 :21· 740，Z2 :241° 4846.6〃1. 3计算第三个参考点里程K3 = K2+D2 · COS (Z2-V2) = 213+600. 128参考点K3里程213+600. 128(该里程在同一圆曲线上)，按公式(1)、(2)、(3)计算K3坐标及方位角X3 :4580· 518，Y3 :64372· 137，V3 :269° 34' 10. 7"按公式(4)、(5) (6)反算K3P距离及方位角D3 :10· 001，Z3 :178° 49' 52. 4"1. 4计算第四个参考点里程K4 = K3+D3 · COS (Z3-V3) = 213+599. 999参考点K4里程=213+599. 999 (该里程在圆曲线上)，按公式(1)、(2)、(3)计算K4 坐标及方位角X4 :4580· 519，Y4 :64372· 266，V4 :269° 33' 52. 9"按公式(4)、(5) (6)反算K3P距离及方位角D4 10. 000, Z4 179° 34' 13"1. 5计算第五个参考点里程K5 = K4+D4 · COS (Z4-V4) = 213+600 (趋近完成)
1· 6偏距按公式计算得Tp = D4 · SIN(Z4-V4) = -10. 000 (P 点在路线左侧)因此，边坡测试点P在路线左侧，所在的横断面里程为213+600，偏距为10。2在213+600横断面上计算试测点向理论界点的位移量如图4所示2. 1查取213+600路基横断面的设计数据 2. 2计算P点所在H = 1509. 030高程面与边坡设计线交点(理论界点)至中线的
平距Dp = 5+8X (1/1)+hPX (1. 25/1) = 13+[(1520. 801+5X3% -8)-1509. 030] X (1. 2 5/1) = 17. 9012. 3 计算位移量 Δ = Dp-Tp = 17. 901-10 = 7. 9012.4当Δ >0，则试测点P沿地性线向远离路中线方向移动，移动的地面距离应为7. 901+修正数。3重复试测3. 1完全按步骤1、2两项的内容重复测量、计算、移动。3. 2直至计算的位移量小于规范规定的放样误差，钉桩标定边坡界点位置。以上所述的仅是本发明的优选实例。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，作为本领域的公知常识，还可以做出其它等同变型和改进，也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法，其特征在于该方法包括以下步骤a)在设计坐标系中的测量控制点上，用全站仪测定道路中线一侧地性线上的一点P(XP，YP，HP)；b)已知道路设计曲线两端的曲率、曲线长、曲线起点坐标和切线方位角，求该道路设计曲线上任意一点的坐标和该点的切线方位角公式为 <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mi>A</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>B</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac> <msubsup><mi>l</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mrow><mn>2</mn><mi>L</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>X</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>X</mi> <mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub><mi>l</mi><mi>i</mi> </msub></msubsup><mi>cos</mi><mo>[</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mi>A</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>B</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac> <msubsup><mi>l</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mrow><mn>2</mn><mi>L</mi> </mrow></mfrac><mo>]</mo><mi>dl</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>Y</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msub> <mi>Y</mi> <mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub><mi>l</mi><mi>i</mi> </msub></msubsup><mi>sin</mi><mo>[</mo><msub> <mi>V</mi> <mi>A</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>ρ</mi> <mi>A</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>l</mi> <mi>i</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>B</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>ρ</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mfrac> <msubsup><mi>l</mi><mi>i</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mrow><mn>2</mn><mi>L</mi> </mrow></mfrac><mo>]</mo><mi>dl</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中ρA——曲线起点的曲率ρB——曲线终点的曲率li——任意点距曲线起点的长度L——曲线长度Vi——曲线任意点切线方位角VA——曲线起点切线方位角(XA，YA)——曲线起点坐标(Xi，Yi)——曲线任意点坐标；根据测量点P与施工道路中线的相对位置选定一里程点K1作为第一个向P点对应在道路中线上的垂足Q点里程趋近的参考点；作K1点的切线，连接K1P，过P作切线的垂线PG，将K1里程所在曲线的设计要素带入公式(1)、(2)、(3)进行计算，得到K1点的坐标(XK1，YK1)和K1点的切线方位角V1；c)已知A(XA，YA)、B(XB，YB)两点，计算两点间距离D和方位角Z的公式为 <mrow><mi>D</mi><mo>=</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>X</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>X</mi><mi>B</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Y</mi><mi>A</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>Y</mi><mi>B</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>当XA-XB＞0时，Z＝arctg[(YA-YB)/(XA-XB)] (5)当XA-XB≤0时，Z＝arctg[(YA-YB)/(XA-XB)]+180° (6)将步骤b得到的K1点的坐标和步骤a中实测的P点坐标带入公式(4)、(5)、(6)计算可得K1P的距离D1和方位角Z1，则K1A＝D1·COS(Z1-V1)为第一次趋近的距离，即第二个趋近参考点的里程K2＝K1+D1·COS(Z1-V1)，在K2作切线，连接K2P，计算K2点的坐标和切线方位角V2，并反算K2P的距离D2和方位角Z2。则第三个趋近参考点的里程K3＝K2+D2·COS(Z2-V2)，多次重复可以得到更多参考点里程，直至Di·COS(Zi-Vi)趋近于零，即得到了垂足Q点的里程；d)公式T＝D·Sin(Z-V)计算计算P点据道路中线的偏距TP；在设计资料中查取P点所在路面横断面的上、下边坡坡率mi、路肩或坡脚高程Hi、路面中心至起坡点的距离Di，设计台阶高度，以及P点所在高程面与边坡设计线交点距路面中心的平距DP。对于上边坡当HP-Hi＜台阶高度时则有DP＝Di+mi·(HP-Hi)此时试测点P的位移量为DP-|TP|对于下边坡当Hi-HP＜台阶高度时则有DP＝Di+mi·(Hi-HP)此时试测点P的位移量为DP-|TP|位移量求得后沿地性线移动试测点P的位置，当DP-|TP|＞0时向远离路中方向移动，当DP-|TP|＜0时向靠近路中方向移动。重复试测、移动，直至达到DP-|TP|趋近于0时(小于规范规定的放样误差)，即可确定界点位置。
全文摘要
本发明提供一种提高路基边坡界点放样的效率和满足边坡施工精度的要求，在道路设计中线外的任意测站点上设站，只要测站能够通视的部位，就可一站快速完成大面积的在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法。在道路中线上设里程参考点，用统一趋近法求线侧点至道路平曲线的最短距离确定实地试测的边坡点至路基设计中线在平面内的垂距和垂足里程。根据该里程处的中线高程、路基及构造物的宽度、横坡、边坡坡率及层数等设计参数，计算试测点所在的高程面与边坡设计线的交点至路基设计线的理论平距，再将“垂距”与“理论平距”相减，得到试测点向理论界点的位移量。移动试测点并按以上步骤重复测量、再移动，使位移量趋于零，即确定边坡界点位置。
文档编号G01C15/00GK101846516SQ20101020146
公开日2010年9月29日申请日期2010年5月29日优先权日2010年4月21日
发明者焦吉禄申请人:西部中大建设集团有限公司

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在地性线上确定路基边坡界点的施工放样方法