大跨徑拱橋測量控制

張偉華

0 引言

現代橋梁建設中,隨著橋梁工藝的發展,鋼管混凝土拱橋以其在材料、施工和經濟上表現出的優勢,已越來越被人們所采用。目前,大跨度鋼管混凝土拱橋主要采用纜索吊裝—斜拉扣掛施工新技術,拱橋的線形通過實測每節鋼管拱的標高及拱軸線位置并借助扣索實施動態調整來保證。為確保主拱按預期線形快速合龍,測量放樣的精度和速度顯得極為重要,要加快大橋拱肋定位速度,提高精度,就必須在測量控制方法上進行改善。

1 工程概況

合江長江一橋是國家高速公路網成渝地區環線的重要橋梁工程,主跨為鋼管混凝土中承式拱橋,主拱肋為鋼管混凝土桁架結構,主孔跨度為530 m(凈跨 500 m),設計拱軸線為懸鏈線,拱軸系數 m=1.45,凈矢跨比F/L=1/4.5。拱頂截面徑向高為8.0 m;拱腳截面徑向高為 16 m,肋寬為4.0 m,每條拱肋為上、下各兩根φ 1 320×22(26,30,34)mm、內灌 C60混凝土的鋼管混凝土弦管,通過橫聯鋼管φ 762×16 mm和豎向兩根腹桿φ 660×12 mm鋼管連接而構成。吊桿和拱上立柱間距為14.3 m,吊桿處豎向兩根腹桿(拱腳段為立柱處徑向兩根腹桿)間設橫隔,加強拱肋橫向連接,拱肋中距為28.6 m,兩肋間橋面以上的拱圈上弦平面設置“△”形鋼管橫撐,吊桿處間隔設置豎向“I”形鋼管桁架橫撐,橋面以下的拱腳段設置徑向鋼管混凝土桁架橫撐和下弦“X”形撐。吊桿采用φ 15.2 mm預應力鋼絞線擠壓成型為吊桿索體,極限抗拉強度為1 860 MPa,兩端采用定型耐久性錨具,人行道以上的吊桿外套哈佛管保護和裝飾。拱肋接頭設計為先法蘭連接再焊接。拱圈采用纜索吊裝,斜拉扣掛的安裝工藝施工。測量采用全站儀、經緯儀等儀器現場觀測監控。

2 導線控制網的布設

合江長江一橋的主跨跨徑為530 m,觀測軸線的控制點布于各拱座頂面,在大橋兩側布置4個控制點,組成大地四邊形控制網。再由 Q1,Q2,Q3,Q4引出 B1,B2,B3,B44個控制點(見圖1),并繪出該控制網示意圖,便于施工中找尋和竣工交接時使用。在吊裝過程中應以一點控制單邊拱肋,以確保拱肋成型的一致性。大橋的橋軸線,就是在橋軸線上布設兩個測站點,可在該測站點用三維坐標來復核觀測拱肋定位。

3 坐標轉換

3.1 拱肋坐標轉換

拱肋坐標轉換示意圖見圖2,在二維坐標中主弦上弦管拱背參數:計算跨徑為521.596 m,矢高107.304 m,拱軸系數為 m=1.45,用計算機鋪助設計,通過懸鏈線方程計算:

跨中樁號為 K15+742.942,距中為 0,跨中拱頂高程為347.612 8。控制點到中線的距離為16.85,坐標轉換公式為K=15 742.942±x,B=16.85,Z=347.612 8-Y1+bx。

3.2 導線點相對坐標的推算

如圖3所示:已知橋軸線 A(K15+338.440,0),B(K16+181.935,0)兩點的大地坐標分別為:(3 197 976.44,35 586 045.903,225.210)和(3 197 368.254,35 585 461.443,246.427),AB方位角JAB=223°51′37.4″,則導線點 C(33 197 986.100,35 585 985.883,225.45)的相對坐標計算過程為:

AC 的方位角JAC=279°08′35.3″,距離 I=60.792 m。

以此類推其他三角網的導線控制點相對坐標。

4 觀測點的布設

根據現場的安裝要求,每段拱肋都需要設置安裝的觀測點,全橋共分36個單元段吊裝,每段長度都不一致。用于觀測各段拱肋安裝的軸線、高程觀測系統要合理布設。本橋拱肋安裝時的軸線擬用經緯儀觀測。拱肋高度大,河面較寬,用水準儀觀測標高比較困難,擬采用全站儀和棱鏡。觀測所用的經緯儀、全站儀要送往檢測部門進行檢驗和校正,并取得合格證后方可用于安裝觀測。觀測軸線的控制點布于各拱座頂面,后視點設于拱座正面,采用陰陽標記,陰陽部分的交界線即為觀測基線,要設準確。觀測軸線的標尺安裝于每段拱肋離接頭1.5 m處(采用DN32鍍鋅水管做好尺寸標記然后與絲堵連接點焊于拱肋上),水平方向垂直于拱肋。觀測控制點、后視點和標尺中心從拱肋軸線往垂直于拱肋的外側引出一相同的水平距離。觀測時將經緯儀架設于觀測控制點上,照準后視點,固定水平盤,再轉動豎盤找準相應標尺,通過觀測標尺中心標記與望遠鏡縱絲的偏差距離即可知道拱肋節段的軸線偏位情況,并報相關指揮人員指揮調整。拱肋高程采用全站儀觀測,也要于拱肋上設高程觀測點和在地上設高程控制點,高程控制點可相應布設于各拱座面上,避免因距離較遠望遠鏡照準棱鏡中心存在誤差影響標高觀測精度,觀測前先將棱鏡上部分與鏡座分離,另加一套筒與棱鏡部分連接,然后將棱鏡置掛于距拱肋接頭1.5 m處底座(在鋼管上面焊一個安放棱鏡的底座,先量棱鏡十字絲中心到拱肋頂的高度作為鏡高輸入儀器),測得觀測點的相對坐標(X,Y,Z)為(樁號,距中,高程),和設計值相比較可知拱肋控制點的偏差情況,Y值偏差只作為參考(由軸線觀測組控制上下弦),報告給指揮中心指揮拱肋就位組進行調整。拱肋上的觀測點如圖4所示。

5 結語

在拱肋吊裝過程中,由于對每段拱肋嚴格控制,并使之達到預抬的標高,從而減小了鋼管拱合龍前調整拱肋的整體控制難度,保證了鋼管拱的順利合龍。結果表明:分組控制方法運用合理,減少了觀測次數,簡化了計算過程,數據結果合乎精度要求,具有直觀、快速、準確的特點,達到了測量控制目的,直接減少了工人在拱肋停留的時間,提高了工作效率,為合江長江一橋的順利合龍提供了技術保證。

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[3] 武漢測繪科技大學.測量學[M].北京:測繪出版社,1991.

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