塔柱施工測量控制方法

張重偉 陸湘鈞

摘要：南寧外環(huán)公路大沖邕江特大橋是雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔柱較高，施工測量控制是塔柱施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一，而斜拉索索道管精確定位又是斜拉橋塔柱施工測量控制的難點(diǎn)。本文主要介紹塔柱施工測量控制的辦法及塔柱斜拉索索道管精密定位的方法。

關(guān)鍵詞：索道管，測量控制，施工精度，三維坐標(biāo)法

中圖分類號：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

斜拉橋的施工測量因其跨度大、索塔高、精度要求高等特點(diǎn)，給我們的施工控制測量帶來了許多困難和挑戰(zhàn)。而在施工過程中塔柱受溫度、振動、大氣等因素的影響，軸線會產(chǎn)生偏移，而這偏移量往往大于塔柱施工的允許誤差，所以施工測量控制是塔柱施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一。

索道管是拉索兩端錨固于主塔、主梁的定位構(gòu)造。斜拉橋?qū)鞴?jié)點(diǎn)的位置要求相當(dāng)嚴(yán)格，必須防止拉索與索道管發(fā)生摩擦，且要保證主塔兩側(cè)對稱布置的斜拉索位于同一設(shè)計(jì)平面上，防止錨固定位偏心產(chǎn)生的附加彎矩超過設(shè)計(jì)允許值。索道管的三維坐標(biāo)有很高的精度要求，所以索道管精密定位是斜拉橋塔柱施工測量控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 工程概況

大沖邕江特大橋跨越邕江及湘桂鐵路，是南寧外環(huán)公路項(xiàng)目的控制性工程。本橋?yàn)楦叩碗p塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，全橋長888米，該橋塔柱為H型預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中8#墩塔高132.7米，9#墩塔高100米，塔柱為變截面空心五邊形斷面。

2 塔柱施工測量控制

2.1 控制網(wǎng)布設(shè)

本橋的平面與高程控制網(wǎng)由4個(gè)互相通視的GPS控制點(diǎn)構(gòu)成，高程與平面控制網(wǎng)采取統(tǒng)一布設(shè)的方法，按經(jīng)典自由網(wǎng)進(jìn)行平差處理。在橋梁施工過程中對控制點(diǎn)進(jìn)行加密布設(shè)，并與設(shè)計(jì)的控制網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，整體平差。按規(guī)范要求，控制網(wǎng)導(dǎo)線每6個(gè)月復(fù)測一次、水準(zhǔn)點(diǎn)每3個(gè)月復(fù)測一次，臺風(fēng)、大雨等特殊情況后，對控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測。該橋測量控制網(wǎng)如圖1所示。

圖1測量控制網(wǎng)平面圖

2.2 塔柱坐標(biāo)計(jì)算

塔柱坐標(biāo)計(jì)算以左右幅塔柱內(nèi)側(cè)垂直面為計(jì)算基線，以內(nèi)側(cè)垂直線中心為基點(diǎn)，按每節(jié)塔柱頂高程與承臺頂面高程的高差乘以相應(yīng)拐角點(diǎn)的邊坡收縮率，計(jì)算出拐角點(diǎn)與基點(diǎn)之間的分向距離。本橋主塔順橋向回縮率為0.6%，橫橋向外側(cè)回縮率為2.2%，按坐標(biāo)計(jì)算法計(jì)算出塔柱拐角點(diǎn)在每節(jié)塔柱頂面上的相對坐標(biāo)，然后通過編程計(jì)算器將相對坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為極坐標(biāo)。

2.3 塔柱施工測量作業(yè)程序

（1）定位勁性骨架，精度控制在±10mm范圍內(nèi)。

（2）放樣的模板位置，根據(jù)已準(zhǔn)確定位的勁性骨架及其拐角放樣點(diǎn)，用鋼卷尺和垂球及液壓爬模系統(tǒng)粗略調(diào)整定位。

（3）模板檢測調(diào)校。根據(jù)已計(jì)算出高程拐點(diǎn)處的坐標(biāo)，用全站儀直接測量，最后精確定位并固定。

（4）混凝土施工拆模實(shí)測實(shí)體拐點(diǎn)三維坐標(biāo)作為該節(jié)段塔柱竣工資料。

（5）進(jìn)行下一節(jié)段塔柱施工。

2.4 塔柱施工測量控制

塔柱施工測量的重點(diǎn)是保證塔柱各部分的傾斜度、垂直度和外形幾何尺寸，以及一些內(nèi)部構(gòu)件、預(yù)埋件的空間位置。具體內(nèi)容可分為塔柱各節(jié)段勁性骨架、模板和預(yù)埋件的定位，各節(jié)段交工測量、索道管的精密定位等。

每次測量放樣后，嚴(yán)格執(zhí)行測量雙檢制，選不同時(shí)間，不同導(dǎo)線點(diǎn)，由不同測量人員對測量放樣結(jié)果進(jìn)行復(fù)測。本橋?qū)λ┕y量驗(yàn)收采用監(jiān)理、監(jiān)控和項(xiàng)目部三方檢測測量驗(yàn)收的方法，確保塔柱施工精度。

（1）測量建站點(diǎn)時(shí)對儀器進(jìn)行氣象修正，然后對后視點(diǎn)的距離及坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測，并與控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對比。符合精度要求后方可進(jìn)行測量放樣工作。

（2）施工測量放樣采用三維坐標(biāo)法。塔柱的放樣主要是勁性骨架和各節(jié)段模板的定位。模板安裝就位后，測量斷面轉(zhuǎn)角點(diǎn)的坐標(biāo)并與該高程面上的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對比，若兩者誤差在5mm以內(nèi)，則該點(diǎn)可以認(rèn)為已定位在設(shè)計(jì)位置上，否則應(yīng)根據(jù)反算的△x、△y對模板進(jìn)行調(diào)整，直至滿足要求為止。

（3）塔柱高程測量采用全站儀三角高程控制，與平面點(diǎn)位測量放樣同時(shí)進(jìn)行，保證儀器豎直角的指標(biāo)差和視線長度，用盤左、盤右分別進(jìn)行觀測，取平均值。高程測量校核與平面測量同步，對塔柱施工控制測量要測量的點(diǎn)位進(jìn)行往返或閉合測量，復(fù)測無誤后方可進(jìn)行下道工序。

（4）主塔塔柱內(nèi)側(cè)垂直度采用JC100全自動激光垂準(zhǔn)儀進(jìn)行檢驗(yàn)，混凝土施工拆模后對塔柱實(shí)體垂直度進(jìn)行檢測并記錄，以此作為該階段塔柱竣工資料。

（5）主塔沉降觀測及全橋高程控制點(diǎn)貫通測量。塔柱施工前在承臺上預(yù)埋高程觀測點(diǎn)，采用對向觀測法四測回對該點(diǎn)進(jìn)行測量，并紀(jì)錄該點(diǎn)實(shí)測高程，每節(jié)塔柱施工完畢后對該點(diǎn)進(jìn)行測量，以便掌握實(shí)際沉降量。

3索道管的控制測量

本橋塔柱索道管采用三維坐標(biāo)法精密定位，利用施工專用控制網(wǎng)，用全站儀測量空間坐標(biāo)，直接測定索道管錨墊板中心、出口中心和出口下緣坐標(biāo)進(jìn)行定位放樣、調(diào)整和檢驗(yàn)。

3.1 索道管定位元素

索道管作為斜拉橋特有的構(gòu)造部位，其空間定位元素為三維，施工中可通過定位兩端中心及出口下緣來定位索道管的空間位置。索道管的定位精度有兩點(diǎn)要求：一是錨固點(diǎn)空間位置的三維允許誤差為±10mm，二是索道管軸線與拉索軸線的相對允許偏差為±5mm。根據(jù)上述兩方面的要求和斜拉索的結(jié)構(gòu)受力特性，將斜拉索軸線精度和錨固點(diǎn)位置的精度作為放樣的主導(dǎo)。

3.2 索道管控制點(diǎn)的計(jì)算方法

塔柱索道管錨墊板中心的坐標(biāo)及高程設(shè)計(jì)、斜拉索在各個(gè)投影面的夾角和出口中心點(diǎn)高程已經(jīng)給出。可以利用已知條件計(jì)算出口點(diǎn)坐標(biāo)及出口下緣空間位置。其中計(jì)算塔柱斜拉索出口中心坐標(biāo)方法如下：

X2=x1-(h1-h2) ／tanα y2=y1-(h1-h2)tanγ

式中：x1，y1為錨墊板中心坐標(biāo)

x2，y2為出口中心坐標(biāo)

h1為錨墊板中心的設(shè)計(jì)高程，h2為出口設(shè)計(jì)高程

α為斜拉索在XOZ面的投影與X軸的夾角

γ為斜拉索與其在XOY面上投影的夾角

根據(jù)已計(jì)算得到的管口中心空間坐標(biāo)、管徑及管口與塔身斜面的夾角計(jì)算出管口下緣的高程，再用上述公式計(jì)算坐標(biāo)。拉索角度如圖2所示。

圖2斜拉索角度示意圖

3.3 索道管施工控制測量方法

根據(jù)現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，本橋在索道管施工放樣過程中采用如下定位索道管的方法，其實(shí)施過程如下：

圖3索道管定位圖

（1）計(jì)算出斜拉索索道管的錨固點(diǎn)中心、出口中心和出口下緣的空間三維坐標(biāo)；

（2）用全站儀放出索道管出口下緣的高程，現(xiàn)場根據(jù)此高程焊接一根橫梁在勁性骨架上，復(fù)測高程符合誤差允許后，將管口下緣點(diǎn)平面坐標(biāo)放樣于該橫梁上；

（3）將索道管置于橫梁放樣點(diǎn)上，放出出口中心位置，調(diào)整索道管出口中心至放樣點(diǎn)。調(diào)整到位后在索道管出口兩側(cè)焊接固定鋼筋固定索道管出口，防止后期調(diào)整過程中出口位置出現(xiàn)較大的偏移；

（4）放樣錨固點(diǎn)中心的位置，現(xiàn)場調(diào)整索道管錨固點(diǎn)中心的空間位置，直至達(dá)到誤差允許范圍；

（5）調(diào)整錨固點(diǎn)中心后，重新檢測索道管出口下緣及出口中心的坐標(biāo)，如有較大偏差則根據(jù)偏差情況進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到誤差允許范圍；

（6）重復(fù)第4、5步，反復(fù)調(diào)整出口及錨固點(diǎn)中心的三維坐標(biāo)，直至兩個(gè)位置都達(dá)到誤差范圍且索道管中心軸線與設(shè)計(jì)值誤差達(dá)到允許值后，對索道管進(jìn)行焊接加固，加固完成后復(fù)測一次，確保安裝精度。

4結(jié)語

目前南寧外環(huán)公路大沖邕江特大橋塔柱施工已全部完成，塔柱平面位置，垂直度均控制在規(guī)范允許誤差范圍內(nèi)，索道管定位準(zhǔn)確。可見，科學(xué)合理的布設(shè)控制網(wǎng)和合理的測量控制方法對塔柱的施工控制測量起著至關(guān)重要的作用，三維坐標(biāo)法精密定位索道管是一種有效、可靠的測量方法，它不僅精度滿足要求，有效提高測量質(zhì)量，也減少復(fù)測耗時(shí)，有效提高特大橋的施工速度。

參考文獻(xiàn)：

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