水工建筑物的施工测量

对于水工建筑物的施工放样，为了确保放样质量，测量人员必须依据下列图纸资料： （1）建筑物平面图及断面图； （2）基础平面图及断面图； （3）设计修改通知； （4）施工区域控制点成果。施工放样工作就是在实地上确定主要轴线、辅助轴线和一些主要点的位置，测量人员必须熟悉建筑物的总体布置图和细部结构设计图，在此基础上，根据现场情况选择放样方法。另外还应考虑放样时的校核，这是保证得到正确结果的重要环节。

水闸、大坝、电站厂房和泄水建筑物等的施工放样都遵循由总体到局部，先控制后碎部的测量原则，即先布设施工控制网，进行主轴线放样，然后放样辅助轴线及建筑物细部。建筑物的细部放样，包括测设各种建筑物的立模线、填筑轮廓点，对已架立的模板、预制或埋件进行形状和位置的检查。立模放样线和填筑轮廓点可直接由控制点测设，也可由测设的建筑物纵横轴线点放样。放样点密度因建筑物的形状和建筑材料不同而不同，一般来说，混凝土直线形建筑物相邻放样点间的最长距离为5～8m，而曲线建筑物相邻放样点间的最长距离为4～6m；直线形土石料建筑物相邻放样点间的最长距离为10～15m。对于曲线形建筑物细部放样点的间距，除了考虑建筑材料外，还要考虑半径大小，小半径的圆曲线可加密放样点或放出圆心点；曲线的起点、中点和折线的拐点必须放出；曲面预制模板，应酌情增放模板拼缝位置点。

放样水工建筑物立模放样线、填筑轮廓点的点位中误差及高程中误差的限差见表13-3。以混凝土为建筑材料的水工建筑物，是分段分块浇筑或用预制构件拼装的，为了保证建筑物的整体精度，除点位中误差应当符合规定外，竖向偏差也应符合表13-8规定。

表13-8 竖向偏差限差

图13-5 水闸组成部分的示意图

表中H为水工建筑物的总高度。

一、水闸的施工放样

水闸一般由闸室段和上、下游连接段三部分组成，如图13-5所示。闸室是水闸的主体，这一部分包括底板、闸墩、闸门、工作桥和交通桥等；上、下游连接段有防冲槽、消力池、翼墙、护坦（海漫）、护坡等防冲设施。由于水闸一般建筑在土质地基甚至软土质地基上，因此通常以较厚的钢筋混凝土底板作为整体基础，闸墩和翼墙就浇注在底板上，与底板结成一个整体。放样时，应先放出整体基础开挖线；在基础浇注时，为了在底板上预留闸和翼墙的连接钢筋，应放出闸墩和翼墙的位置。图13-6为三孔水闸平面布置示意图。水闸的施工放样，包括测设水闸的轴线AB和CD、闸墩中线、闸孔中线、闸底板的范围以及各细部的平面位置和高程等。其中轴线AB和CD是水闸的主要轴线，其他中线是辅助轴线，主要轴线是辅助轴线和细部放样的依据。

（一）水闸主要轴线、辅助轴线的测设和高程控制的建立

1.水闸主要轴线的放样

水闸主轴线一般由闸室中心线（横轴）和河道中心线（纵轴）两条互相垂直的直线组成。水闸主要轴线的放样，就是在施工现场标定轴线端点的位置，如图13-7中的A、 B和C、 D点的位置。根据实际情况选择下述一种方法放样。

图13-6 三孔水闸平面布置图

图13-7 水闸主要轴线的放样

（1）根据端点施工坐标，利用施工控制点，采用极坐标法、前方交会法等进行放样。

（2）根据端点施工坐标换算成测图坐标，利用测图控制点，采用极坐标法、前方交会法等进行放样。

（3）对于独立的小型水闸，可在现场直接选定端点位置。

主轴线定出后，应在交点检测它们是否相互垂直，若误差超过10″应以闸室中心线为基准，重新测设一条与它垂直的直线作为纵向主轴线，其测设误差应小于10″。主轴线测定后，应向两端延长至施工影响范围之外、地势较高、稳定易保存的地方，各埋设两个固定引桩A′、 B′ （图13-7）。设立引桩的目的，是检查端点位置是否发生移动，并作为恢复端点位置的依据。

2.各部分结构辅助轴线的放样

各部分结构辅助轴线包括：闸墩轴线、闸孔轴线、边墙轴线、闸门槽轴线、闸墩边线、闸底板边线等。根据设计图纸上标定的辅助轴线与主要轴线的几何关系，现场实地采用直角坐标法等标定各辅助轴线的位置。

3.高程控制的建立

高程控制一般分两级布设，首级布设水准基点，一般布设在河流两岸不受施工干扰的地方，采用三等或四等水准测量方法测定。加密高程控制一般采用四等或五等水准测量方法测定临时水准点，临时水准点应靠近水闸位置，可以布设在河滩上。

（二）基础开挖线的放样

水闸基础开挖线的放样是根据闸底板的基础设计高程和现场实地地面高程，考虑放坡宽度，根据闸底板的设计形状和尺寸，实地放样画线。放样的方法可根据实地地形、控制点分布、仪器设备等情况选择直角坐标法、角度前方交会法、全站仪坐标法等。

（三）水闸底板的放样

水闸底板是闸室和上、下游翼墙的基础。闸孔较多的大中型水闸底板是分块浇注的。底板放样首先是放出每块底板立模线的位置和高程，以便安置模板进行浇筑混凝土。底板浇完后，要在底板上定出主轴线、各闸孔中心线和闸门槽控制线。然后以这些轴线为基础标出闸墩和翼墙的立模线，以便安装模板。

1.底板立模线的标定和装模高度的控制

为了定出立模线，先应在清基后的地面上恢复主轴线及其交点的位置，于是必须在原轴线两端的标桩上安置经纬仪进行投测。轴线恢复后，从设计图纸上取得底板四角的施工坐标（即至主轴线的距离），便可在实地标出立模线的位置。

模板安装后，用水准测量方法在模板内侧标出底板浇筑高程的位置。

2.翼墙和闸墩位置及其立模线的标定

由于翼墙和闸墩将和底板结成一个整体，因此它们的主筋必须一道结扎。于是在标定底板立模线时，还应该定出翼墙和闸墩的位置，以便竖立连接钢筋。翼墙、闸墩的中心位置及其轮廓线，也是根据它们的施工坐标进行放样，并在地基上标定。

底板浇筑完后，应在底板上再恢复主轴线，然后以主轴线为依据，放样闸孔和闸墩中心线以及闸门槽控制线等，并弹墨线标定。各轴线按一定的方式进行编号。根据墩、墙的尺寸和已标明的轴线，再放出立模线的位置。

（四）闸墩的放样

闸墩的放样，是先放出闸墩中线，再以中线为依据放样闸墩的轮廓线。

放样前，由水闸的基础平面图计算有关的放样数据。放样时，以水闸主要轴线AB和CD为依据，在现场定出闸孔中孔、闸墩中线、闸墩基础开挖线以及闸底板的边线等。待水闸基础混凝土垫层打好后，在垫层上再精确地放出主要轴线和闸墩中心线等。根据闸墩中心线放出闸墩平面位置的轮廓线。

图13-8 闸墩曲线部分放样

闸墩平面位置的轮廓线，分为直线和曲线。直线部分可根据平面图上设计的有关尺寸，用直角坐标法放样。闸墩上游一般设计成椭圆曲线，如图13-8所示。放样前，应按设计的椭圆方程式，建立局部独立直角坐标系，计算曲线上相隔一定距离点的坐标，采用直角坐标法或极坐标法放样椭圆部分。根据已标定的水闸轴线AB、闸墩轴线MN定出两轴线的交点T，沿闸墩轴线测设距离L定出椭圆的对称中心点P。在P点安置经纬仪，以M方向定向，用极坐标法（或直角坐标法）放样1、 2、 3点等。由于PM两侧曲线是对称的，左侧的曲线点1 ′、 2′、 3′等也按上述方法放出。施工人员根据测设的曲线放样立模线。

闸墩各部位的高程，根据施工场地布设的临时水准点，按高程放样的方法在模板内侧标出设计高程位置。随着墩体的增高，有些部位的高程不能用水准测量法放样，这时，可用钢卷尺代替水准尺从浇筑的混凝土高程点上直接丈量放出设计高程。

（五）下游溢流面的放样

为了减小水流通过闸室下游时的能量，常把闸室下游溢流面设计成抛物面，抛物线的方程式注写在设计图上。首先根据放样要求的精度，选择不同的水平距离作为高程放样点间距，然后通过计算求出纵剖面上相应点的高程，最后放出抛物面，溢流面的放样步骤为：

图13-9 溢流面局部坐标系

（1）如图13-9所示，以闸室下游水平方向线为x轴，闸室底板下游高程为溢流面的起点（该点称为变坡点），该点为原点O，通过原点的铅垂方向线为y轴（即溢流面的起始线），建立独立平面直角坐标系。

（2）沿x轴方向每隔1～2m选择一点，则抛物线上相应各点的高程为：

式中，Hi为i点的设计高程；H0为下游溢流面的起始高程，可从设计的纵剖面图上查得。

（3）在闸室下游两侧设置垂直的样板架，根据选定的水平距离，在两侧样板架上作一条垂线。再用高程放样的方法，在各垂线上标出相应高程的位置。

（4）将各高程标志点连接起来，即为设计的抛物面与样板架的交线，该交线就是抛物线。施工员根据标定的交线安装模板，浇筑混凝土后即为下游溢流面。

图13-10 土坝平面示意图

二、土坝的施工放样

土坝具有取材容易、结构简单、施工简单等特点。图13-10是土坝的平面示意图。土坝施工放样的主要内容包括：坝轴线的测设、坝身控制测量、清基开挖线的放样、坡脚线和坝体边坡线的放样以及修坡桩的标定等。

（一）坝轴线的测设

土坝的修筑首先要确定坝轴线的位置，而土坝轴线的确定一般有两种情况，即实地选定和图上选定再实地测设。

一般土坝的轴线可以直接在实地选定。首先由有关人员组成选线小组，深入现场进行实地踏勘，根据现场附近的地形、地质和建筑材料等条件，进行方案论证比较，最后直接在现场选定，在河流两岸打桩标定。

另一种情况是，由选线小组经过野外踏勘、图上规划等多次调查研究和方案论证比较，确定出最优建坝位置，并结合整个水利枢纽布置情况将坝轴线标定于地形图上。此时坝轴线端点可采用角度交会法或极坐标法放样到地面上，并打桩标定。

坝址选定后应用永久性标志标明，为防止施工时端点破坏，应将轴线的端点延长到两面山坡上，在施工影响范围之外埋设永久性标志。

（二）坝身控制测量

坝轴线标定出来后，实地就确定了坝体的中心位置，是土坝施工放样的主要依据。但是，为了放样坝体的形状、大小和高程，在进行土坝的坡脚线、坝坡面、马道等坝体各细部的放样时，在施工干扰较大的情况下，只有一条轴线是不能满足需要的。因此，坝轴线确定后，还必须进行平面和高程控制测量，并且一般首先应进行高程控制测量。

1.高程控制测量

为了满足土坝的高程放样，高程控制测量一般分两级布设。首先采用三等或四等水准测量，在坝区施工范围以外，布设一些永久性的水准点，并和勘测阶段的水准点连测，形成闭合水准路线或水准网，作为整个高程控制的基础。

为了土坝施工中引测高程的方便，还要在施工范围内以永久性水准点为依据，设立一些临时水准点，这些点布置在从河底到坝顶的高度上，临时水准点可按四等或五等水准测量施测，并附合到永久性水准点上。临时水准点布设的密度，要尽量考虑到施工放样时的需要，一般只需设置一两个测站就能进行高程放样。临时水准点应经常进行检测，以防由于施工影响而发生变动。

2.平面控制测量

由于土坝的结构比较简单，一般不必布设专门的施工平面控制，只需测设若干条平行和垂直于坝轴线的直线就行了。

（1）平行于坝轴线的控制线测设

在图13-11中，M、 N为土坝轴线的端点，M′、 N′为轴线延长线上的固定标志。将经纬仪安置在M点，后视N点，固定照准部，用望远镜向河床两岸较平坦处投设A、 B两点。然后，分别在A、 B点安置经纬仪，标出坝轴线的两条垂线CF和DE，在垂线上按建筑物的尺寸和施工需要，一般每隔5m、 10m或20m测定其距离，定出a、b、 c…和a1、b1、 c1…等点，则直线aa1、 bb1、 cc1…就是坝轴线的平行线。坝轴线的平行线需要长期保留，以便应用于施工放样，因此应利用经纬仪将各条平行线延长并投测到河床两岸的山坡上，用混凝土桩标定。

图13-11 平行于坝轴线的控制线

（2）垂直于坝轴线的控制线测设

①定出零号桩：通常将坝轴线上与坝顶设计高程一致的地面点作为坝轴线里程桩的起点，称为零号桩。测设零号里程桩的方法如图13-11所示，利用设计图纸求得坝顶的设计高程，在坝轴线的一端点M附近安置水准仪。在坝轴线的另一端点N上安置经纬仪，照准M点，固定照准部。扶尺员持水准尺在经纬仪视线方向沿山坡上、下移动，同时利用水准仪测出水准尺位置的地面高程，当测得的高程与坝顶设计高程一致时，该立尺点即为坝轴线上零号桩的位置。

②测设里程桩：从零号桩开始，根据坝址地形条件，沿坝轴线每隔20m（或10m、 30m）打一个里程桩，其桩号分别为0+000、 0+020、 0+040…，如坝轴线方向坡度太大，用钢尺丈量距离比较困难，可采用两台经纬仪进行角度交会法放样，有条件时可采用电磁波测距仪放样。

③标定横断面方向桩：将经纬仪安置在各里程桩上，瞄准M点或N点，转90°，即定出垂直于坝轴线的一系列平行线，并在上、下游施工范围外围堰上或山坡上用木桩或混凝土桩标定各垂线的端点，这些端点桩称为横断面方向桩，如图13-12所示。

图13-12 垂直于坝轴线的控制线

（三）清基开挖线的放样

为了使坝体与岩基很好地结合，在坝体填筑前，必须对基础进行清理。为此，必须放出清基开挖线，标出清基范围。

放样清基开挖线的具体步骤是：首先根据标定的横断面方向桩，在每一里程桩上施测横断面线，并绘出横断面图；然后，根据设计要素求出放样数据，即每个横断面上两侧坡脚与中线的距离。如图13-13为根据设计要素和实测的横断面数据绘制的横断面图，里程为0+080， B点在坝轴线上，A、 C点为坝体的设计断面与地面线上、下游的交点，d1、 d2为放样数据，放样数据可以从图上直接量取，也可根据坝顶设计高程、坝面坡度及实测的横断面数据计算求得。在放样清基开挖线时，在B点安置经纬仪，照准横断面方向桩标定横断面方向，从B点分别向上、下游方向测设d1、 d2，标出清基开挖点A和C。采用上述方法分别标出各断面的清基开挖点，将各开挖点连接起来，即为清基开挖线，如图13-14所示。

图13-13 图解法求清基开挖点的放样数据

图13-14 标定清基开挖线

由于清基开挖有一定的深度和坡度，所以当现场实际放样时d1、 d2的数值应加上一定的放坡长度。

（四）坡脚线（起坡线）的放样

坝址清基完工后，为了实地标出填土起坡位置，还应在坝基上标出坝体和地面的交线，即坡脚线， 自该线开始向内填筑坝体。坝体坡脚线（起坡线）的放样精度要求较高，一般要求为实测的轴距（坡脚点与轴线的垂距）与设计的轴距相对误差应小于1/1000，用图解法量取的放样数据精度已不能满足要求。坡脚点（起坡点）的放样方法可参考路基边桩位置的测设方法。将各个断面的坡脚点放样完后，将其依次连接起来，即为坝体的坡脚线。

（五）坝体填筑时的边坡放样

当坝体上、下游坡脚线放出后，就可在坡脚线范围内填土筑坝。土坝施工是分层上料，每层填土厚度约0.5m，上料后即进行碾压。为了使坝体的边坡符合设计要求，每层碾压后应及时将边坡的位置标定出来。为了使压实并修理后的坝坡面恰好是设计的坝面，上料时应根据不同的土料加宽填筑，所以上料桩应标在坝体加宽后的边坡线上。上料桩的标定可以采用坡度尺法或轴距杆法。

（六）坝体坡面的修整

坝体修筑到设计高程后，要根据设计的坡度修整坝坡面。修坡是根据削去厚度的修坡桩进行的，修坡桩常采用以下方法施测。

（1）在已填筑的坝坡面上，依据平行于坝轴线的控制线标定出若干排平行于坝轴线的木桩，木桩的纵、横间距都不宜过大，以免影响修坡质量。确定出每排木桩至坝轴线的水平距离，然后计算每个木桩位置的设计高程。根据附近已知水准点，测定出各木桩位置的实际高程，各点实测坝坡面高程与其设计高程之差即为该点的削坡厚度。

（2）根据坝坡面的设计坡度计算坡面的倾角，例如对于1∶2的边坡，tanα=1/2，则α=26°33′54″。根据坝轴线中心桩或轴距杆标定坝顶边缘坡肩桩，并测定坡肩桩桩顶高程H1，计算出该点的坝顶设计高程H0。在坝顶边缘坡肩桩上安置经纬仪，瞄准横断面方向并固定照准部，量取仪器高i，将望远镜向下倾斜α角，固定望远镜，此时视线平行于坝体设计的坡面。沿着视线方向每隔几米竖立标尺，设经纬仪中丝对应的标尺读数为v，则该立尺点的修坡厚度为：

三、混凝土重力坝的施工放样

混凝土重力坝主要由坝体、闸墩、闸门、廓道、电站厂房等多种构筑物组成，其结构、建筑材料、施工程序和施工方法相对于土坝来说较为复杂，其放样精度比土坝要求高。它的施工大体上可分为围堰导流、基础开挖、坝体浇筑等几个阶段。其施工测量主要包括：施工控制网建立、围堰工程施工测量、基础开挖施工测量、坝体立模线施工测量等。

（一）围堰工程的施工测量

围堰的形式有土围堰、浆砌石围堰、混凝土围堰等。在进行围堰工程施工前，应先进行围堰轴线的放样，其放样精度要求不高，并依不同形式而不同，如土围堰一般为±0.5m，混凝土围堰为±50mm。围堰轴线的放样一般采用角度交会法或电磁波测距的极坐标法来进行，在河两岸用花杆或其他标志标定轴线位置，并在河中用船或浮标标明其位置。施工期间，应经常检查和纠正河中设置的标志。

（二）基础开挖的施工测量

在坝体浇筑混凝土以前，必须对基础进行清理。混凝土坝清基要清除表土覆盖层以及风化和半风化的岩层，直至新鲜基岩。为了保证大坝的稳定，在垂直坝轴线方向设计开挖面不允许向下游倾斜；沿坝段长度方向，地形突然变化时，需挖成缓坡或台阶。因此，清基开挖工作必须根据地基的情况做好设计，清基开挖线根据设计方案进行放样。

放样清基开挖线时，常用的方法有：断面法、极坐标法、GPS RTK法等。

（三）坝体施工中的测量工作

1.坝坡脚的立模线放样

基础开挖竣工后，应首先找出上、下游坝面与基岩的接触点，即需将分跨线上、下游脚点放样出来，以便竖立坡面模板。坝坡脚的立模线放样可参考土坝施工测量中的坡脚线放样，但混凝土坝对精度要求更高，其要求量得的坡脚点到坝轴线间的距离与计算所得距离之差在1 cm以内。

图13-15 混凝土坝分跨分仓布置图

2.坝体立模线的放样

混凝土重力坝是一层一层进行浇筑的，每层的高度一般为2～3m。而且每一层又要分跨分仓（或称分段分块）进行浇统。为此，施工前应根据设计的要求放出分跨分仓的控制线，以便根据它竖立模板。分仓控制线一般是平行于坝轴线的一组直线，分跨控制线则是垂直于坝轴线的一组直线，图13-15是某混凝土坝分跨分仓布置图，每跨每仓的角点都有设计坐标，连接这些点的直线称为立模线。坝体立模线的放样，可根据不同的坝型和地形而采用不同的方法。对于直立的模板，还要检查它们的垂直度，该项检查一般通过在模板侧面悬挂垂球线的方法检查。

为了控制浇筑混凝土层的标高，一般是在模板内侧画出标高线。方法是先将高程传递到坝块面上，然后利用水准仪将设计标高测设到模板内侧。

四、隧洞的放样

水工隧洞按其作用可分为：引水发电洞、输水洞、支洞、泄洪洞、导流洞等，这些隧洞中，测量精度要求最高的是发电洞及其支洞，其次是输水洞，有压隧洞的测量精度一般比无压隧洞的测量精度要求高。

隧洞施工测量的主要内容包括洞外控制测量、洞内控制测量、联系测量、隧洞中心线放样、开挖断面和衬砌断面放样等，其与道路隧道施工测量内容基本相同，在此不再叙述。

五、水电站厂房施工测量

水电站厂房施工测量的主要内容包括：厂房施工控制网的建立、基础开挖测量、厂房建筑放样等。不同的测量内容对施工控制网的精度要求不同。由于在厂房施工完毕后要进行发电机组的安装，为保证机组的安装精度和土建工程轴线与安装轴线一致，在建立厂房控制网时，其点位精度和点位分布都应考虑机组的安装测量。

厂房控制网一般根据实际情况布设成矩形方格网，其主轴线可根据首级施工控制网测设并调整，矩形控制网的精度应根据工程的规模和具体要求确定。

厂房基础开挖的测量工作一般精度要求不高，放样工作比较简单，通常利用附近的控制点采用直角坐标法或极坐标法等直接放样出开挖边界。厂房两侧边墙的放样，一般利用厂房中心轴线设置平行线的方法进行控制，其高程一般采用悬吊钢尺的方法进行控制。对于厂房内的吊车梁及轨道安装，其精度要求相对较高，一般通过设置平行轴线，利用激光经纬仪进行测量，为了保证两轨道间距的精度，可采用量距法对轨道的中心间距进行调整和检核。

六、金属结构的安装测量

在水电工程中，闸门、压力管道、水轮发电机组等都是金属构件，这些构件有的采用单独吊装，有的采用现场拼接组装，金属结构安装测量是施工测量的一项重要内容。

金属结构安装测量的精度一般要求较高，需建立独立的控制网。由于金属构件与土建工程有一定的关系，因此，所建立的安装测量控制网应与土建施工测量控制网保持一定的联系，其轴线关系应保持一致。

金属结构与机电设备安装轴线和高程基点一经确定，在整个施工过程中不宜变动。安装测量的精度要求较高，例如，水轮发电机座环上水平面的水平度，即相对高差的中误差为±（0.3～0.5） mm，所以应采用特制仪器和严密方法，才能满足高精度安装测量的要求。安装测量是在场地狭窄、几个工种交叉作业、精度要求高、测量工作难度较大的情况下进行的。安装测量的精度多数是相对于某轴线或某点高度的，一般来说相对精度高于绝对精度。

平面闸门的安装测量包括底槛、门枕、门楣以及门轨的安装和验收测量等。门轨（主、侧、反轨等）安装的相对精度要求较高，应在一期混凝土浇筑后，采用二期混凝土固结埋件。闸门放样工作是在闸室内进行，放样时以闸孔中线为基准，因此应恢复或引入闸孔中线，并将闸孔中线标志于闸底板上。平面闸门埋件测点的测量中误差，底槛、主、侧、反轨等，纵向测量中误差≤±2mm；门楣测量纵向中误差为±1mm，竖向中误差为±2mm。其安装测量工作可参考工业厂房结构及机械设备安装测量。