大跨度鋼管拱橋測量控制技術及應用

摘 要 本文依據實例介紹了采用纜索吊系統安裝大跨度鋼管混凝土拱橋中簡易、可靠的測量控制方案及注意事項，為今后類似鋼管拱橋安裝測量積累一些方法和經驗。

關鍵詞 鋼管拱橋 測量控制 吊裝

一、引言

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，被人們越來越廣泛的應用。相比較支架法和轉體施工法，大跨度鋼管混凝土拱橋采用纜索吊裝-斜拉掛扣施工的工藝在施工精度和控制上更有難度。拱橋的線性通過實測每個節段鋼管拱的標高及拱軸線位置并借助扣索和風纜繩實施動態調整來保證。為了能確保主拱肋按照設計線形施工合龍，測量放樣的控制精度、方法及速度就顯得極為重要。筆者根據現場施工實例及查閱相關資料，對大跨度鋼管拱橋測量控制及應用、施工注意事項提出自己的看法，就今后大跨度鋼管拱橋測量控制中簡易、可靠的方案與大家共同探討。

二、工程簡介

王坡溝南橋是西安臨潼國家旅游休閑度假區內驪山大環線控制性橋梁工程之一，大橋位于烽火大道上，橋梁跨越一道天然黃土沖溝-王坡溝。王坡溝南橋主體結構為上承式鋼管混凝土拱橋，兩側各布置兩孔13.5m等高度連續鋼箱梁引橋，主橋拱肋跨徑132m，引橋及拱上立柱跨徑布置為2×13.5+12+16×8+12+2×13.5m，全橋橋面橫坡均為1.5%，橋面位于道路豎曲線上，最大縱坡1.986%。主橋立柱為0.8m×0.8m方鋼柱，引橋橋墩為1.5m×1.5m鋼筋混凝土方墩，連接墩為2m×2m鋼筋混凝土方墩，橋臺采用樁接蓋梁輕型橋臺，橋面單幅寬度19.4m，兩幅凈距0.5m，橋梁全寬39.3m。主橋拱圈為等截面懸鏈線無鉸拱，主拱凈距L0=132m，矢跨比F0/L0=1/6，拱軸系數m=1.320，預留拱度15cm（按推力影響線分配）。左右幅拱圈各由4片高2.5m，由Φ1000mm×16mm鋼管弦桿及綴板焊接成啞鈴形鋼管拱肋，上下鋼管外徑1m，雙綴板外緣間距50cm，每個拱肋中距4.5m，拱肋間采用空鋼管橫撐連接，橫撐為桁架式，上下弦管與主管成60度夾角，形成有間隙的K撐連接，橫撐設置方向與拱肋中心線垂直，拱肋接頭設計為先法蘭連接再焊接，拱圈合龍后，啞鈴型鋼管拱肋中填充補償收縮性混凝土，拱圈采用纜索吊裝-斜拉掛扣施工工藝雙拱肋吊裝，現場測量監控采用全站儀等儀器觀測。

三、測量項目及安裝精度要求

鋼管拱橋采用纜索吊裝系統施工工藝，其施工技術較為復雜，且難度大、測量項目多，測量的控制直接影響到結構物的吊裝安全和合龍后橋梁結構的質量、線形。

1.測量監控項目。（1）東、西岸主地錨水平位移的觀測。（2）索塔的平面位移及索塔基礎沉降觀測。（3）東、西岸拱座水平位移及沉降觀測。（4）吊裝過程中拱肋的軸線控制及標高控制。

2.安裝精度要求。放樣精度嚴格按照交通部最新頒布的《公路工程質量檢驗評定標準》對鋼管拱肋安裝的要求來控制。主拱肋安裝精度要求如下：（1）面內豎向偏差≤±18mm；（2）面外水平偏差≤±30mm；（3）拱肋間相對偏差≤±25mm；（4）跨徑偏差≤±25mm；其中地錨水平位移、索塔平面位移、索塔基礎沉降、拱座水平位移及拱座沉降觀測按照各自設計工況條件下分別進行控制，觀測精度控制在1mm以內。

四、測量前期工作

1.儀器檢驗。對所使用的測量儀器需進行相關標定檢測。

2.控制點布設。觀測的控制點布于承臺工作頂面，由于采用雙拱肋吊裝，每組拱肋（兩肋拱）采用同偏距、不同里程、兩個測量控制點、兩臺全站儀在橋軸線上同時進行觀測，控制單邊拱肋，以確保拱肋的線形。此控制點和已知導線點需進行平差閉合，其布設位置如圖一所示：

圖一 控制點布置圖

3.對已完成結構物的檢查。在對上部結構進行吊裝前需對已完成結構物進行檢查、復核。（1）對承臺拱座處預埋板幾何尺寸、高程及平面位置要進行檢查，調整。預埋板安裝時相對承臺來說是一個立體的定位，在拱座混凝土澆筑完成后需重新復核其位置、角度是否符合設計要求。（2）對橋臺及已完成墩柱進行全面的測量復核，檢查其平面位置、高程及相關預埋件（箱梁底抗震錨栓）位置是否符合設計要求。

4.對現場預拼胎體上拱肋等構件的大樣檢查。在鋼管拱制作的工藝中已對其關鍵工藝頂點進行了重點控制，但考慮到運輸過程的影響，需重新對其管口橢圓度、管段不平度進行檢驗和調整，以達到現場拼裝要求。預拼前，用全站儀檢查預拼段鋼管拱大樣是否符合設計坐標，預拼后，對胎體上的立體段進行逐段和全面檢查，檢測其各個部位高程和平面位置，以保證滿足設計要求。對鋼箱梁及鋼立柱的檢查同上，主要檢查構件大樣的相對平面位置和高程等。

5.吊裝過程中觀測點的布設。觀測點的布設共分為一下幾部分：（1）主地錨水平位移形變觀測采用千分表讀取，即在錨固端橫梁（鋼軌）上安裝百分表，然后在不同的加載階段讀取錨固端橫梁的形變量，對讀取數值分析后錨端是否處于安全狀態。（2）索塔平面位置的偏移觀測，在兩岸索塔的塔頂上各布設一、二個固定點（貼反射片），以便每次加載過程中測出塔架的偏移值，即塔架的撓度。另外，對讀取的數值進行分析，分析是否超出索塔設計工況安全范圍，以保證下一步工序進行的安全。索塔的沉降觀測主要是對索塔基礎的沉降進行觀測，在索塔與基礎的每個固結點處設一固定的觀測點，并把加載前的數據記錄好，用以觀測索塔在每個加載階段的沉降值。（3）東、西岸拱座的縱向水平位移及沉降觀測。在拱座的頂面各設三個固定的觀測點，呈同一橫斷面，在吊裝之前先讀取它的初始值，并做好記錄。然后在拱肋安裝加載階段、拱肋鋼管澆注混凝土加載階段、橋面系加載階段對觀測點的縱向水平位移都做出觀測記錄，并對數值進行分析。（4）考慮到現場的安裝要求，全橋拱肋每個吊裝單元（每組拱肋共計五個吊裝單元）都需要設置安裝的觀測點，觀測點可選取在每段拱肋的節段分段節點往拱腳水平方向一定距處，輔助以計算機得出其三維坐標，觀測點在鋼拱肋預拼時應布設完畢。①鋼拱肋軸線觀測點擬采用在鋼拱肋上下弦管頂底面焊接水平且垂直大橋軸線方向標尺的方法，觀測時采用全站儀進行觀測，如圖二所示。②鋼拱肋標高觀測點擬采用在上弦管標尺上貼設反射片的方法，觀測時采用全站儀對標尺上反射片進行觀測，從而控制拱肋標高（標高輔以水準儀復核），如圖二所示。

軸線觀測時，用兩臺全站儀在相對位置同時進行觀測，待上下弦管的軸線控制標尺在同一刻度時方可，期間配合拱肋風纜索及扣索動態調整拱肋節段的線形和標高。

圖二 軸線及標高觀測點布置圖

五、吊裝測量方案

鋼拱橋測量控制主要有以下幾個方面：

1.主地錨水平位移監測。主地錨水平位移的監測使用相應行程的百分表進行監測。

2.索塔平面位移及索塔基礎沉降監測。索塔平面位置的觀測可使用全站儀全圓測回法進行觀測，即觀測在塔頂分配梁處布設的固定觀測點，每次加載過程測出塔架偏移值，對數值進行分析，以保證吊裝的安全，在塔架不是很高的情況下可使用垂球加標尺讀出塔頂的相對撓度，以確定是否超出設計工況。索塔的沉降觀測可以使用水準儀隔次吊裝觀測一次，以確定塔架基礎有沒有發現沉陷。

3.拱座平面位移及拱座沉降監測。利用全站儀觀測拱座頂面布設的三個固定點以確定拱座縱向水平位移，利用水準儀對拱座布設固定點進行沉降觀測，在每次吊裝前讀取初始值并做好記錄，在拱肋不同的加載階段做出觀測記錄，并對數值進行分析。

4.拱肋吊裝測量。拱肋在吊裝施工過程中，應該盡可能地避開強風、有霧或能見度很低的天氣，以確保吊裝施工的安全性和準確性。（1）拱肋平面位置觀測。在安裝拱肋第一節段時，兩臺全站儀同時置于控制點上，后視對岸橋臺相同位置的控制點，由于上下弦管的控制標尺是雙肋拱通長布置，故同時觀測上下弦管的標尺直至處于同一刻度線上即可認為拱肋處于平衡狀態，方便時可輔以水平管加以檢查。

安裝風纜繩和扣索在同一時間進行，觀測人員對安裝拱肋節段的軸線和高程的偏差及時跟蹤通報，指揮人員根據反饋信息進行精確就位，在保證首節段與拱座連接滿足設計要求后，進行下一節段吊裝并做好記錄。如圖三所示。

圖三 拱肋吊裝順序圖

拱肋合龍應選擇在天氣晴好的情況下進行。合龍前，全面檢查四半孔拱肋的標高、線形，待動態調整到位后再對合龍段進行配切，最終完成拱肋的合龍。（2）拱肋標高觀測。拱肋標高的控制測量亦是一個關鍵、復雜的過程，可利用全站儀的高程測量功能輔助精密水準儀進行，如圖二所示。在控制標尺上貼上發射片，利用兩臺全站儀同時測量，后輔助水準儀測標高，即可把拱肋標高控制在設計范圍以內。這要求在胎體大樣上布設觀測點的時候做到精確無誤，每組拱肋數值分別記錄，并在吊裝過程中一一對應。

同軸線控制測量一樣，標高的觀測也是一個動態控制的過程，在實際操作過程中，測量人員不斷跟指揮人員溝通匯報，指揮人員再根據信息調整扣索精確到位。

六、注意事項

一是由于吊裝過程中完全依賴于對觀測點的測量，故在胎體大樣上布設觀測點的精度顯得尤為重要，直接影響到后期的測量控制精度，所以在結構物出胎體前需反復核對觀測點位置及相關數據。二是結構物上布設的觀測標尺不宜太長，否則結構物階段吊裝時扣索會對其影響甚至剮擦到標尺，影響吊裝測量時的控制精度，此處需反復計算并模擬現場工況。三是對控制點的保護和導線復測亦是保證吊裝測量精度重要的一環。四是由于吊裝的過程中是一個動態控制，所以天氣的影響需考慮，盡量避免在大風大霧天氣吊裝。

七、結束語

在控制吊裝拱肋的過程中盡量降低客觀因素對測量的影響，特別是現場氣溫變化和大風對拱肋線形的影響。本橋從拱肋起吊到拱肋安裝完畢整個過程的測量控制采用跟蹤測量法貫穿整個過程，隨時報取標高數和軸線偏位數，以及時調整扣索張力，使拱肋達到設計標高。在澆筑拱肋混凝土、安裝拱上立柱和安裝鋼箱梁以及橋面板鋪設等加載過程中也要觀測記錄拱肋的標高變化量和軸線偏移量，及時提供數據用于指導施工，以達到設計要求，依據以上控制方案，王坡溝南橋鋼管拱安裝合龍精度滿足設計要求，并為以后同類工程施工提供參考。

參考文獻

[1]王坡溝南橋施工圖設計文件.

[2]白羚.鋼管混凝土拱橋綜合施工技術[J].山西建筑，2008，34（4）：326-327.

[3]JTG/TF50-2011.公路橋涵施工技術規范.