沥青路面施工过程中离析现象的成因及解决方法探讨.doc

1、沥青路面施工过程中离析现象的成因及解决方法探讨王豪程霞杨磊(交通部第二公路工程局第四工程处)(河南省交通厅质检站)(河南省交通规划勘察设计院)摘要本文通过对沥青路面施工时出现离析现象的原因、危害的分析，从3个方面提出了减少离析现象及消除其产生后果的方法。关键词离析现象沥青混凝土摊铺平整度Discussion on the Forming Causes of Formation of Resolution Phenomenon and Its Solving Methods in the Construction Course on Bituminous Road SurfaceWang Hao

2、(2th Highway Engineering Bureau 4th Engineering Department of Communications Ministry)AbstractThis paper through the analysis of the causes and injury of arised resolution phenomenon for the construction course on bituminous road surface，raises the methods of reducing resolution phenomenon and elimi

3、nating its consequence from three aspects.Key wordsResolution phenomenonBituminous concrete Spread Planeness1工程概况本工程属宁(南京)-连(连云港)平原微丘区一级公路，路线全长286km。设计行车速度100km h。路基宽度24.50m，其中中间带3.0m(含路缘带20.5m)，行车道为23.75m，硬路肩为 22.5m(含路缘带20.5m)，土路肩20.75m。其中淮阳市境K78400K98143段由交通 部第二公路工程局第四工程处承建。1.1行车道及路缘带路面结构采用沥青混凝土路面

4、，即4cm中粒式沥青混凝土抗滑层5cm粗粒式沥青混凝土6cm热拌沥青碎石1cm砂粒式沥青混凝土，基层采用二灰碎石，底基层采用二灰上。1.2沥青路面面层配合比设计宁连路K78400K98143段沥青路面面层，AC-16、AC-30、AM-30、AC-5沥青混凝土配合比设计是根据公路沥青路面施工技术规范(JTJ032-94)进行设计的，其中试验是根据公路沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-93)和公路工程集料试验规程(TJT058-94)进行的。沥青新加坡70#重交通沥青用于AC-16中粒式沥青混凝土，克拉马依70#重交通沥青用于AC-SOI粗粒式沥青混凝土，AM-30沥青碎石，AC-5砂粒式

5、沥青混凝土。矿料采用：碎石采用大石山通宇公司生产的1-3碎石，瓜子片(0.51.5)，米砂(0.20.7)；黄砂采用新沂产的河砂；矿粉采用洪泽水泥厂的矿粉。AC-16中粒式沥青混凝土级配如下：2问题的提出1996年3月18日至23日，我们在K87400K87750段施工时，发现在沥青碎石铺筑时沥青混合料出现严重离析现象，其离析位置具有规律性，如图1所示。于是我们把该段做为试验路段，对其进行了专门的分析研究，并探索出了具体解决办法。3研究过程3.1沥青碎石形成离析带的原因根据现场离析带形成的状况与特点，我们发现沥青碎石形成离析带主要有以下几个方面的原因：(1)沥青混合料从贮料罐向运输车里输送时，

6、由于高度原因，大骨料滚落在车厢附近，形成粗集料第一次集中。(2)运输车里的混合料卸向摊铺机时，大骨料滚落在摊铺机半厢附近，形成粗集料的第二次集中。(3)摊铺机送料器在送料过程中，先将中间集料送于布料器，剩余粗集料留存在料斗中，摊铺机收斗时，形成粗集料的第三次集中。3.2沥青碎石离析的危害(1)沥青碎石粗集料一旦形成集中，在碾压过程中，集料非常容易被压碎，骨料表面积增大，改变了原设计的路面配合比，油料偏少，造成集料碾压成型后松散，破坏路面结构，影响路面强度、行车安全和行车效果以及道路使用寿命。(2)粗集料集中，局部密实度差，孔隙率高，容易在路面形成积水，影响路面质量。(3)粗集料集中，影响路面平

7、整度及路面外观美感。3.3解决沥青碎石形成离析带方法为解决沥青混合料出现规律性离析现象，我们在研究中从以下几个方面进行控制和解决。3.3.1从运输车辆方面来解决(1)从拌和机贮料罐向运料车上卸料时，分三层放料，即每卸一斗混合料，汽车挪动一个位置。等一层放完后，再逐次进行第二、三层放料，从而减少粗集料的集中。(2)施工过程中摊铺机前有运料车在等候卸料，即摊铺沥青混合料运输车的运量较摊辅速度有所富裕。3.3.2从摊铺机本身操作方面来解决(1)在摊铺机螺旋二分之一处，边端装反向螺旋叶片。(2)控制布料器处于中挡或高挡位置。(3)控制适宜的送料仓口开度。(4)均匀操作送料器和布料器。(5)摊铺机摊铺一

8、车料将完时，控制摊铺机速度，关闭送料器，等下车料倒入后再进行均匀送料和布料(6)在铺筑过程中保持摊铺机布料器不停转动，摊铺机两侧保持有不少于送料器高度三分之二混合料。3.3.3从混合料本身来解决(1)减少混合料粒径大小悬差。(2)控制沥青用量，使之偏高于设计用量。3.3.4通过中粒式沥青混凝土面层平整度的控制来最大限度减 小离析现象对行车效果及行车安全的影响为了进一步控制中粒式沥青混凝土路面面层的平整度，本工程沥青路面面层施工中首先选用如下施工机具：AC-5砂粒式沥青混凝土，摊铺机采用平拖式施工。AC-30，ZM-30面层施工时，使用摊铺机自动找平仪，AC-16，采用摊铺机平拖式施工，然后从整

9、个沥青路面铺筑，各个施工层进行严格控制，确保路面平整度小于3mm设计要求。3.3.4.1通过测量控制来控制路面平整度(1)中线测量：除符合线型规范要求外，打钢钎时，中边两排钢钎排成两平顺的线型，不许错落，且远离摊铺机外端3060cm，以保证使摊铺机传感器杆与机板成45角，保证传感位置与信息的准确性。(2)水平测量：采用设计标高控制法，即以二灰碎石基层与沥青面层各层次的理论(设计)高差乘以松铺系数为钢丝绳的标高位置，而不采用以实测的二灰碎石标高与沥青面层各层次的高差乘以松铺系数为钢丝绳的标高位置。这是因为422型ABC摊铺机的双桁振捣可使沥青面层的压实度达到8590，二灰碎石基层顶标高符合设计要

10、求。经实验得出二种方法不同效果如图2。(3)摊铺机熨平板下垫板厚度测量：摊铺前先将摊铺机熨平板底高程测出，加上垫板后使之与钢丝绳的标高一致。3.3.4.2混合料摊铺过程控制其平整度沥青混合料必须缓慢、均匀，连续不间断地摊铺，摊铺过程中不得随意变换速度或中途停顿。摊铺机摊铺时，操作人员注意前后、左右的变化，根据既定的摊铺速度进行摊铺。我们使用的两台帕克1000型沥青混凝土拌合楼，其产量为每台70th，根据拌和楼产量来确定摊铺速度，运输车数量，每车发车时间间隔及合适的作业段长度，来保证混合料摊铺的连续性，以确保沥青路面平整度。拌和机5个成品料仓贮料380t，5辆太脱拉扩容贮料100t，共480t，

11、混合料总重量达到480t时，前场摊铺机开始摊铺。(2)每车发车时间间隔计算：为保证前场摊铺的连续性，摊铺前必须有料车等待卸料，运料车辆必须按规定的时间发车。 每延米各种沥青面层的重量：砂粒式沥青混凝土0.377t，沥青碎石1.450t，粗粒式沥青混凝土1.246t，中粒式沥青混凝土1.001t。由上述计算得各层次的摊铺速度：V砂粒4.33mmin，V沥碎1.13mminV粗粒1.31mmin，V中粒1.63mmin运输车辆为太脱拉，每车装料为20t，可以计算出一车混合料摊铺时间为：T砂粒200.3774.3312.25(min)T沥碎201.4501.1312.21(min)T粗粒201.24

12、61.3112.25(min)T中粒201.0011.6312.26(min)因此可以确定：不论铺筑砂粒、沥青碎石、粗粒式沥青混凝土、中粒沥青混凝土哪一种混合料，均可每隔10分钟发一车料。(3)运输车辆数量计算：宁连路沥青混凝土帕克拌和楼，设在K86500处，距K78400，8.10km，距K98143，11.643km，因此最大运距确定为12km，车速确定为40kmh；12km行车间为12km40kmh18min。每车往返需36min，摊铺机前有料车等候，每6min发一车，36min需6辆车才能满足时间要求，每摊铺机前有2辆车等待，所以共需8辆运输车。(4)合适作业段长度的确定两台1000型

13、帕克拌合楼有5个贮料罐可以贮料380t，5辆太拖拉扩容贮料100t，2台拌和机时产量为140th，生产12h，共计混合料总量为2160t，每日的作业长度为：砂粒式：21600.3775729(m)沥青碎石：21601.4501490(m)粗粒式：21601.2461733(m)中粒式：21601.0012158(m)因此，每日合适作业长度可确定为：砂粒式沥青混凝土5km沥青碎石1.4km粗粒式沥青混凝土1.5km中粒式沥青混凝土2km3.3.4.3碾压过程中控制平整度沥青路面的平整度是衡量高等级公路沥青路面质量的一个重要指标，沥青路面平整度的好坏与压实质量有着密切的关系，而沥青路面的压实质量在

14、很大程度上取决于压实机械的压实方式及具体操作选择。(1)压实频率选择。沥青混合料压实中，振动压路机的频率可选用3360Hz，最佳频率为4550Hz。(2)压实振幅选择。沥青混合料联结层、磨耗层压实时，振动压路机的振幅可选用0.350.88mm，最佳振幅为0.40.6mm。(3)压实速度选择。根据速度频率的关系及铺筑层厚、材料种类、级配构成因素，振动压路机最佳碾压速度为68kmh。4结束语在宁连公路K78400K98143段施工中，我们通过采用以上施工方法基本上解决了沥青路面施工中出现的离析现象及其对路面所产生的不良影响，经检验，我部施工的K78400K98143段沥青面层平整度都在3mm以内，

15、达到了设计及规范要求。竣工验收时得到了监理及业主的好评，为我处争得了经济效益和社会荣誉。同时也为我们今后路面施工提供了一种较好的解决施工中沥青碎石出现离析现象的施工技巧。水泥砼路面施工质量控制浅探目前，我国公路、市政道路、厂区道路，大部分采用水泥混凝土路面。水泥混凝土路面，是以水泥浆为胶凝材料，以粗细骨料为强度刚架形成强度的一种高级路面。其具有刚度大、强度高、耐磨特性好、 整体性与稳定性优等特点。水泥混凝土路面，受施工工艺、使用环境等因素的影响，也会发生病害。水泥混凝土路面最主要的病害当属裂缝，它会把路面板分为数块，破坏路面结构的完整性，进而逐步丧失路面整体刚度，直至最后完全失去承载力而丧失使

16、用功能。路面经受各种复杂的应力作用。有在轮载轴力作用下产生的荷载应力、有温度变化引起的温度应力、有湿度变化引起的湿度应力等。假如各种应力的不利组合综合作用超过了混凝土的容许应力范围，路面就产生裂缝。若要求混凝土路面在正常条件下安全工作，设计与施工均必须满足混凝土面板的容许应力大于各种应力的最不利组合。因此，要求混凝土路面应有足够的抗拉强度和抗弯拉强度，同时对各种不利应力进行控制。引起混凝土路面裂缝的原因及其预防措施，主要有如下几个方面。一、强度偏低。一般混凝土路面设计强度等级为C35,设计抗折强度为45 MPa。由于施工的不均匀性、组成材料的质量(包括水泥、碎石与砂骨料材料的级配)不符合技术要

17、求、施工工艺不妥、振捣不密实、过早通车、养护不规范、配合比不正确、施工时严重偷工减料等原因，往往实际的混凝土路面强度达不到设计强度。混凝土路面板在车轮轴载的反复作用产生荷载应力与其它应力共同作用之下，当应力的不利组合达到或超过其强度应力时，便产生裂缝，如此继续作用，将导致混凝土破坏。这类破坏的特点是：不通车不开裂。通车后，裂缝愈早出现，说明强度愈低。这是路面破坏的主要原因，属施工质量问题。因此，在施工过程中应加强技术、质量管理，严格按路面施工规范施工。预防办法：1、严格控制原材料质量。水泥、碎石、砂、水等原材料在使用前必须按规范规定，进行一系列的试验与检验，不符合技术要求的、不合格的不得使用。

18、2、进行配合比设计、并正确投料。3、粗、细骨料要根据筛分试验数据，结合规范控制级配合理。4、严格控制混凝土路面各工序的施工工序质量，尤其要注意“振捣密实”。虽然密实度对强度的影响，笔者还没有掌握两者之间准确的数学关系，但笔者在施工过程中发现，在同样的施工条件下，振捣密实处出现的裂缝与邻板不振捣或只用平板式振动器振捣所产生裂缝相差甚远。5、加强养护，防止在混凝土路面强度未达到设计强度时，开放交通。二、基层强度与刚度不足。混凝土路面基层是为保证路面的整体强度，防止唧泥和错台，延长混凝土路面使用寿命的重要结构层。具有调节路面板与土基之间的关系，使路面整体结构比较经济、合理的功能。一般地，基层的作用主

19、要有：1、调节路面板与土基之间的受力状态，使土基在规定的路面使用年限内，不发生过大的积累变形，以便使路面板在均匀坚实稳定支承的基础上保证其正常的使用寿命。车轮荷载通过路面板对其支承体地基(土基、垫层或基层)的作用不论是单位压力还是作用频率，在各个部位是不相同的。实践和研究实验表明，在轮载的反复作用下，在板边、角之下的地基比板中之下的地基会产生较大的塑性变形，使部分地基与板底之间失去紧密的接触条件，造成板下的局部脱空现象，使板内产生附加应力而导致板的过早破坏。因此，对基层提出的技术要求是刚度较大、强度足够，保证路面板得到地基紧密、均匀、坚强的支承。水泥碎石稳定集料基本上能满足上述的技术要求，但施

20、工中要根据基层的作用机理，根据基层施工规范的要求进行认真的施工。2、基层的另一个作用是缓和或降低水、湿度对土基的影响，防止唧泥现象。所谓唧泥，是指在混凝土板的接缝、裂缝或边缘部位的土和水的混合物，在轮载的反复作用下，产生强制性位移，导致路面板失去均匀支承而产生破坏。实践表明，造成唧泥必须具备三个条件：遇水会软化，继之成为悬浮的塑性土：能侵入到板下的地面水或地下水；反复行驶的车轮荷载。在土基和面板之间修筑适当的基层后，可以降低轮载对土基的压力，隔断或减轻地面水对土基的作用。因此，就要求基层能具有耐冲刷、耐侵蚀和良好排水的功能。尤其是排水功能，主要靠减少用砂量来实现。在实际施工中，施工现场技术人员

21、和监理工程师代表往往有片面要求基层的表面光洁平整，而有意加大施工用砂量的错误，甚至外加石粉、石屑，而导致基层排水性能减弱。虽然施工定额中，水泥稳定碎石，只有统料碎石，但是施工中往往加砂混合，一般加砂量为700800Kg/m3。实际上，在施工时控制粒径0.050.5mm的用量以200300Kgm3是比较合适的。3、基层还具有良好的承载、扩载作用，提高路面的整体结构强度，改善路面板的工作条件，同时改善施工条件，保证面层厚度均匀和保护碾压平整的土基或垫层，有利于提高路面施工质量。三、土基的稳定性差、不均匀。刚性路面之下土基承受的应力比较小，一般不会超过0.05MPa，因此混凝土路面无需对土基的强度提

22、出过高的要求。然而，土基的稳定性差或不均匀时，在轮载的反复作用下，以及在周围水温变化的影响下，会出现较大的不均匀变形，仍将导致混凝土路面使用品质的下降和路面板的损坏、断裂。土并非理想的强性体，在受力时具有非线性变形的特征。因此，在施工中，要特别注意路基的均匀压实，在路基排水不良地段增加垫层，以排除或隔断地下水对基层的影响，给混凝土路面创造良好的工作环境。四、温度应力。水泥混凝土路面直接暴露在大气中，一年四季大气温度周期性的变化及每一天白昼黑夜气温的变化，使得混凝土路面的温度也随之产生周期性的变化，使混凝土路面产生收缩与膨胀等变形。尤其是带状结构的道路，温度变化引起的路面纵向变形更为突出。一旦路

23、面因温度变化所产生的变形受到约束，不能自由伸缩，路面将产生巨大的温度内应力，同时，混凝土路面的表面同大气直接接触，直接受到外界温度的影响，而且热量向路面内部传导仍需一定的时间。因此，沿着路面的厚度方向温度并不是均匀的，而是存在一定的温差。同样，在晚间，大气温度下降，混凝土路面表面散热快，内部散热慢，也一样会出现同一截面温度不一致、不均匀。因此，水泥混凝土路面的温度应力主要有二类：一类是温度不均匀上升或下降时引起板的热胀冷缩而在板内产生热压应力或收缩应力；另一类是由板截面上温度不一致引起的翘曲应力。当温度内应力超过容许范围，路面板即产生裂缝或被挤碎而破坏。1、收缩应力。混凝土路面在外界温度下降时

24、，产生收缩。由于路面板和基础之间存在摩擦阻力的约束，而且这种摩阻力不同于一般认为的面板底部与基础表面之间的滑动摩擦。由于现场浇筑混凝土的水泥浆渗入基础，与基础表层材料粘结成整体，当板面出现滑动趋势时，阻力来自基础材料内部的水平抗剪力，且这种摩阻力远远超过一般的滑动摩阻力。因此这种约束引起路面的收缩应力。未设接缝的混凝土路面板在温度下降15度时，如取Eo=30000MPa,Mc=015，T=-15度，最大收缩应力可达529 MPa。这一应力作用于新浇筑的混凝土路面，由于混合料在终凝以后很短的时间内容许拉应力极低，混凝土路面通常会出现横向贯穿裂缝，以后在轮载的作用下，将出现唧泥而破坏。所以在施工时

25、，应尽量控制工作温差，并按规定及时锯切缩缝，同时，提高基层的平整度，以减少基层与面层之间的摩阻力。2、翘曲应力。由于砼板、基层、土基的热导性能较差，当气温变化快时，砼板面与板底产生温差，因而板底与板顶的胀缩变形大小不同。这些变形又将受到板的自重、地基反力和相邻板的钳制作用，因而产生温度翘曲应力。我国公路目前重点考虑荷载应力和温度翘曲应力两方面同时产生的综合疲劳作用。实践表明，水泥混凝土路面板长控制在5米左右时，一般很少因温度翘曲应力作用而破坏，同时按翘曲应力控制确定的缩缝间距一般都小于按混凝上均匀收缩控制所确定的缩缝间距，因此，前者能满足，后者便能满足要求。这也是规范中规定的缩缝间距取值的依据

26、所在。在施工中，为了控制翘曲应力影响破坏混凝土路面，一般按规范规定要求进行施工，同时，避免严冬卜霜期施工，就能基本解决问题。温度应力引起的混凝土路面的裂缝，一般在施工的第二天便能发现，因为混凝土的早期强度低。实际上，荷载应力的最大值与温度翘曲应力的最大值在板面的同一位置、同一时刻产生的机率并不高。因此，可采用较大的强度折减验算路面板的强度。经验算，缩缝间距46米时，均能满足要求。龙岩市恒达工程有限公司 赖钦涛二OO三年二月二十日 对GPS点平面精度检测的体会 作者:覃国宝来源:数字广西发表日期:2002-11-02点击:462GPS测量作为一种高新技术的空间大地测量方法已广泛用于控制测量。广西

27、测绘局于1993年在北部湾施测了512个点的D级控制网，目前又在南宁、合浦测区施测一个较大的C级网，为我区大面积地测绘大比例尺地形图提供了控制基础。然而GPS网中各点成果精度，不象传统大地测技成果那样均匀。从些台由于受观测环境、卫星分布及卫星高度角等因素的影响，会产生较大的坐标位移（平差后的坐标值偏离点位）。近年来在使用北部湾GPS网成果中就发现了这问题。有的单位未经检测就使用，结果造成了一些不应有的损失。本文根据几年来对GPS点外部检测的资料进行讨论，分析各种检测方法的适用范围及检测要点，为使用GPS点的单位提供参考。 1 检测方法对GPS成果的检测，我国还没有统一的检验方法及精度标准。使用

28、单位由于受设备的限制，还不可能采取严密的、高精度的检测手段。本文仅讨论三种常用的外部检测方法：采用光电测距仅测量GPS点间的边长，与原成果进行比较称为“比长法”用GPS测量方法重测一部 分点，比较两次测量成果称为“审核检测法”；观测可构成三角形的3个GPS点中的一个点的水平角，对比观测值与坐标反算的角值，称为“比角法”。 1.1 比长法 为了检测GPS点间边长的精度，可采用比长法。但近年来一些单位使用这种方法去检测 GPS点的座标位移，结果不能令人满意。原因是平面坐标位移有两个万向（X、Y），用比长法检测 得到的相对精度，不足以确凿判断点位华标有否位移。测绘质检站在涸洲岛检测的三条边就是 一个

29、例子。检测略图如图1。检测成果见表l。 检测使用WLID DI20型红外测距仪，仪器精度为（3mm210D)。按国家三等边的测距精度施测，测距相对中误差优于1160O00。相对误差允许值按 公式计算。 从表中的数据可看到，G525G526这条边相对精度为1170000,如果仅测这条边，精度达到要求。但如果只测G525G524这一条边,相对精度仅为116000，远大于允许值。另外还不能判断那个点坐标有位移，或许这两个点的坐标都位移。因此，采用比长法来检测GPS点的坐标 是否位移，不能仅检测一两条边就下结论。 1.2 比角法 把GPS网看成是测边网，利用检测测边网精度的方法来检测GPS网中某固定角

30、的值。 下面仍用涠洲岛的几个点来讨论。观测略图如图2。检测数值和反算角值见表2。 测角使用型经纬仪，以四等导线测量精度施测。表中的允许值用公式：计算，式中是各边平均相对中误差，为对应于各等级的测角中误差先验值，表中计算取。从表2可以看到超限，可判定G525点有较大的坐标位移。在施测大比例尺测图控制时不能用做起始点。而角值之差也较大，但未超出允许值。其误差可视为G525点方向影响，成果仍可使用。 1.3 审核检测法 审核检测是产品质量检验中的一种重要方法，关键是选哪些点作样品，在何种环境下检测。 表3是4个GPS点的原网成果及检测成果。 成果精度按原网同等精度施测。两次测量误差的允许值。从表3可

31、以看到，G484与G485点的两次测量成果之差已接近限差。现用G484G485这一条边的两次 GPS测量边长和光电测距边长进行对比。数值见表4。 从表4可以看到光测距边长和原网边长与中数的差值较接近，且小于均方差。因此可以判定原网精度优于用GPS检测的成果精度。 从这个例子说明，采用审核检测时应提高观测精度,同时应选好较稳定的典型图形，如三角形、大地四边形等，以便对检测成果作精度分析。只有检测成果精度达到要求，才能作出准确的检验结论。2 检测分析 1）通过上述的例子可知，采用比长法检测点位坐标位移，一般可在一点上测定3条边，或者测定组成三角形的三条边长，进行组合分析，可得到较可靠的检测结果。仅

32、当组成三角形的三 个点有同方向有等量的位移时，判断才可能失真。因此为避免这种特殊情况出现，需要三点之 一联测第4个点作为检核。 2）采用比角法检测点位坐标位移，有许多不确定因素。为防止判断失真必须逐点分析。一般在一个点上测三个方向组成2至3个三角形来计算分析，得到的结果可信度较高。3）采用比角法和比长法相结合，在一个点上测定一个角和两条边，或者在两个点上测定两个角和一条边，进行组合分析，一般可以收到较好的效果。但为了防止组成的各图形发生整体平移或旋转，应在分析图形上任一点找第四个点联测一条边或一个角进行检核，以提高检测成果的可信度。 4）采用审核检测法检测，需要提高观测精度，只有确保检测成果具

33、有较高的精度，才能对受检产品下结论。因此，检测技术要求高，工作最大，一般生产单位不便采用。 3 结论和建议 使用GPS点作起算点，应对成果进行检测。检测的方法可根据实际情况来定。不论采用什 么方法都应采取检核，以防止特殊情况出现，使检测结果失真。 工程测量学的发展评述 作者:张正禄来源:武汉测绘科技大学发表日期:2002-11-02点击:913【关键字】工程测量 工业测量 精密工程测量 测量机器人 工程网优化设计 变形观测数据处理 系统论方法 科傻系统 【摘要】本文对工程测量学重新进行了定义，指出了该学科的地位和研究应用领域；阐述了工程测量学领域通用和专用仪器的发展；在理论方法发展方面，重点对

34、平差理论、工程网优化设计、变形观测数据处理方法进行了归纳和总结。扼要地叙述了大型特种精密工程测量在国内外的发展情况。结合科研和开发实践，简介了地面控制与施工测量工程内外业数据处理一体化自动化系统科傻系统。最后展望了21世纪工程测量学若干发展方向。 On the Development of Engineering Geodesy ZHANG Zheng-lu 一. 学科地位和研究应用领域 1. 学科定义 工程测量学是研究地球空间(地面、地下、水下、空中)中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 2. 学科地位

35、 测绘科学和技术(或称测绘学)是一门具有悠久历史和现代发展的一级学科。该学科无论怎样发展，服务领域无论怎样拓宽，与其他学科的交叉无论怎样增多或加强，学科无论出现怎样的综合和细分，学科名称无论怎样改变，学科的本质和特点都不会改变。总的来说，整个学科的二级学科仍应作如下划分： 大地测量学(包括天文、几何、物理、卫星和海洋大地测量)； 工程测量学(含近景摄影测量和矿山测量)； 航空摄影测量与遥感学； 地图制图学； 不动产地籍与土地整理。 3. 研究应用领域 目前国内把工程建设有关的工程测量按勘测设计、施工建设和运行管理三个阶段划分；也有按行业划分成：线路(铁路、公路等)工程测量、水利工程测量、桥隧工

36、程测量、建筑工程测量、矿山测量、海洋工程测量、军事工程测量、3维工业测量等，几乎每一行业和工程测量都有相应的著书或教材。 由Hennecke,Mueller,Werner 3个德国人所编著的工程测量学，主要按下述内容进行划分和编写：测量仪器和方法；线路、铁路、公路建设测量；高层建筑测量；地下建筑测量；安全监测；机器和设备测量。 由于工程测量的研究应用领域非常广泛，发展变化也很快，因此写书十分困难。目前国内外没有一本全面涉及工程测量学理论、技术、方法和实际应用的现代专著或教材。 国际测量师联合会(FIG)的第六委员会称作工程测量委员会，过去它下设4个工作组：测量方法和限差；土石方计算；变形测量；

37、地下工程测量。此外还设了一个特别组：变形分析与解释。现在，下设了6个工作组和2个专题组。6个工作组是：大型科学设备的高精度测量技术与方法；线路工程测量与优化；变形测量；工程测量信息系统；激光技术在工程测量中的应用；电子科技文献和网络。2个专题组是：工程和工业中的特殊测量仪器；工程测量标准。 德国、瑞士、奥地利3个德语语系国家自50年代发起组织每34年举行一次的“工程测量国际学术讨论会”。过去把工程测量划分为以下几个专题：测量仪器和数据获取；数据解释、处理和应用；高层建筑和设备安装测量；地下和深层建筑测量；环境和工程建筑物变形监测。 1992年第11届讨论会的专题是：测量理论与测量方案；测量技术

38、和测量系统；信息系统和CAD；在建筑工程和工业中的应用。 1996年的第12届讨论会的专题是：测量和数据处理系统；监测和控制；在工业和建筑工程中的质量问题；数据模型和信息系统；交叉学科的大型工程项目。 从以上可见，工程测量学的研究领域既有相对的固定性，又是不断发展变化的。笔者认为，工程测量学主要包括以工程建筑为对象的工程测量和以设备与机器安装为对象的工业测量两大部分。在学科上可划分为普通工程测量和精密工程测量。工程测量学的主要任务是为各种工程建设提供测绘保障，满足工程所提出的要求。精密工程测量代表着工程测量学的发展方向，大型特种精密工程建设是促进工程测量学科发展的动力。 二. 二、工程测量仪器

39、的发展 工程测量仪器可分通用仪器和专用仪器。通用仪器中常规的光学经纬仪、光学水准仪和电磁波测距仪将逐渐被电子全测仪、电子水准仪所替代。电脑型全站仪配合丰富的软件，向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通讯及CCD技术，可实现测量的全自动化，被称作测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1 s内完成一目标点的观测，像机器人一样对成百上千个目标作持续和重复观测，可广泛用于变形监测和施工测量。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术

40、与全站仪灵活的3维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。 专用仪器是工程测量学仪器发展最活跃的，主要应用在精密工程测量领域。其中，包括机械式、光电式及光机电(子)结合式的仪器或测量系统。主要特点是：高精度、自动化、遥测和持续观测。 用于建立水平的或竖直的基准线或基准面，测量目标点相对于基准线(或基准面)的偏距(垂距)，称为基准线测量或准直测量。这方面的仪器有正、倒锤与垂线观测仪，金属丝引张线，各种激光准直仪、铅直仪(向下、向上)、自准直仪，以及尼龙丝或金属丝准直测量系统等。 在距离测量方面，包括中长距离(数十米至数公里)、短距离(数米至数十米)和微距离(毫米至数米)及其变化量的

41、精密测量。以ME5000为代表的精密激光测距仪和TERRAMETER LDM2双频激光测距仪，中长距离测量精度可达亚毫米级；可喜的是，许多短距离、微距离测量都实现了测量数据采集的自动化，其中最典型的代表是铟瓦线尺测距仪DISTINVAR，应变仪DISTERMETER ISETH，石英伸缩仪，各种光学应变计，位移与振动激光快速遥测仪等。采用多谱勒效应的双频激光干涉仪，能在数十米范围内达到0.01m的计量精度，成为重要的长度检校和精密测量设备；采用CCD线列传感器测量微距离可达到百分之几微米的精度，它们使距离测量精度从毫米、微米级进入到纳米级世界。 高程测量方面，最显著的发展应数液体静力水准测量系

42、统。这种系统通过各种类型的传感器测量容器的液面高度，可同时获取数十乃至数百个监测点的高程，具有高精度、遥测、自动化、可移动和持续测量等特点。两容器间的距离可达数十公里，如用于跨河与跨海峡的水准测量；通过一种压力传感器，允许两容器之间的高差从过去的数厘米达到数米。 与高程测量有关的是倾斜测量(又称挠度曲线测量)，即确定被测对象(如桥、塔)在竖直平面内相对于水平或铅直基准线的挠度曲线。各种机械式测斜(倾)仪、电子测倾仪都向着数字显示、自动记录和灵活移动等方向发展，其精度达微米级。 具有多种功能的混合测量系统是工程测量专用仪器发展的显著特点，采用多传感器的高速铁路轨道测量系统，用测量机器人自动跟踪沿

43、铁路轨道前进的测量车，测量车上装有棱镜、斜倾传感器、长度传感器和微机，可用于测量轨道的3维坐标、轨道的宽度和倾角。液体静力水准测量与金属丝准直集成的混合测量系统在数百米长的基准线上可精确测量测点的高程和偏距。 综上所述，工程测量专用仪器具有高精度(亚毫米、微米乃至纳米)、快速、遥测、无接触、可移动、连续、自动记录、微机控制等特点，可作精密定位和准直测量，可测量倾斜度、厚度、表面粗糙度和平直度，还可测振动频率以及物体的动态行为。 三. 工程测量理论方法的发展 1. 测量平差理论 最小二乘法广泛应用于测量平差。最小二乘配置包括了平差、滤波和推估。附有限制条件的条件平差模型被称为概括平差模型，它是各

44、种经典的和现代平差模型的统一模型。测量误差理论主要表现在对模型误差的研究上，主要包括：平差中函数模型误差、随机模型误差的鉴别或诊断；模型误差对参数估计的影响，对参数和残差统计性质的影响；病态方程与控制网及其观测方案设计的关系。由于变形监测网参考点稳定性检验的需要，导致了自由网平差和拟稳平差的出现和发展。观测值粗差的研究促进了控制网可靠性理论，以及变形监测网变形和观测值粗差的可区分性理论的研究和发展。针对观测值存在粗差的客观实际，出现了稳健估计(或称抗差估计)；针对法方程系数阵存在病态的可能，发展了有偏估计。与最小二乘估计相区别，稳健估计和有偏估计称为非最小二乘估计。 巴尔达的数据探测法对观测值

45、中只存在一个粗差时有效，稳健估计法具有抵抗多个粗差影响的优点。建立改正数向量与观测值真误差向量之间的函数关系，可对多个粗差同时进行定位和定值，这种方法已在通用平差软件包中得到算法实现和应用。 方差和协方差分量估计实质上是精化平差的随机模型，过去一直仅停留在理论的研究上。实际中，要求对多种观测量进行综合处理，因此，方差分量估计已成为测量平差的必备内容了。目前，通用平差软件包中已增加了该功能，但还需要在测量规范中明确提出来。 需要指出的是：许多测量作业单位喜欢采用附合导线进行逐级加密，主要依据目前规范中有关一、二、三级导线和图根导线的规定。无疑附合导线具有许多优点，但由于多余观测少，发现和抵抗粗差

46、的能力较弱，不宜滥用。建立一个区域的控制，首级网点采用GPS测量，下面最好用一个等级的导线网作全面加密。从测量平差理论来看，全面布设的导线网具有更好的图形强度，精密较均匀，可靠性也较高。 2. 工程控制网优化设计理论和方法 网的优化设计方法有解析法和模拟法两种。解析法是基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或极小值。一般将网的质量指标作为目标函数或约束条件。网的质量指标主要有精度、可靠性和建网费用，对于变形监测网还包括网的灵敏度或可区分性。对于网的平差模型而言，按固定参数和待定参数的不同，网的优化设计又分为零类、一类、二类和三类优化设计，涉及到网的基准设计，网形、观测值精

47、度以及观测方案的设计。在工程测量中，施工控制网、安装控制网和变形监测网都需要作优化设计。由于采用GPS定位技术和电磁波测距，网的几何图形概念与传统的测角网有很大的区别。除特别的精密控制网可考虑用专门编写的解析法优化设计程序作网的优化设计外，其他的网都可用模拟法进行设计。模拟法优化设计的软件功能和进行优化设计的步骤主要是：根据设计资料和地图资料在图上选点布网，获取网点近似坐标(最好将资料作数字化扫描并在微机上进行)。模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，可进一步模拟观测值。计算网的各种质量指标如精度、可靠性、灵敏度。精度应包括点位精度、相邻点位精度、任意两点间的相对精度、最弱点和最弱边精度、边长和方位角精度。进一步可计算坐标未知数的协方差阵或部分点坐标的协方差阵，协方差阵的主成份计算，特征值计算，点位误差椭圆、置信椭圆的计算等。可靠性包括每个观测值的多余观测分量(内部可靠性)