混合梁斜拉橋現澆梁端索道管定位精度控制★

陳 康 黃天貴 李政遜

(中交第一公路工程局有限公司，北京 100024)

0 引言

大型斜拉橋主要由塔、梁、索三大部分組成。斜拉索是連接主塔和主梁的紐帶，而索道管是將斜拉索兩端分別錨固在主塔和主梁上的重要構件，為了防止斜拉索與索道管口發生摩擦而損壞斜拉索，影響工程質量，以及保證對稱，防止錨固定偏心而產生的附加彎矩超過設計允許值，對索道管錨墊板中心和現澆梁頂面索道管出口中心的三維空間坐標位置提出了很高的精度要求，按大型斜拉橋設計規定，一般要求斜拉索、錨具軸線偏差小于±5 mm［1］。斜拉索通常采用扇形布置，現澆梁端的索道管分布在邊跨位置，它們分布相對密集，傾角變化大，索道管長度變化大。

本文以永川長江大橋現澆端索道管安裝為背景，在現澆端索道管精確定位控制方面進行簡單的探討。

1 工程概況

永川長江大橋橋型為七跨連續半漂浮體系雙塔雙索面混合梁斜拉橋，跨型布置為(64+2×68+608+2 ×68 +64)m;主梁中跨采用PK 斷面鋼箱梁，邊跨采用同外形的混凝土箱梁，梁高3.5 m，箱梁全寬(含風嘴)37.6 m;中跨標準索距15.5 m，邊跨索距10 m，8 m(見圖1)。

圖1 斜拉索總體布置圖

在斜拉橋邊跨混凝土梁的施工中，索道管的精密定位十分重要，受實際施工條件限制，現澆梁端索道管的定位施工放樣困難，但精度要求高。永川長江大橋，定位精度要求平面位置偏差小于±5 mm，高程偏差小于±2 mm［2］。大橋邊跨現澆梁南北岸各長196 m，分別布設19 對索道管，其中傾角最大為80.114°，最小為37.818°，索道管最長為5.293 m，最短為3.310 m。一般情況，索道管越長，體積越大，重量越重，則相對應的定位難度越大。在索道管安裝前，放樣錨固點中心點位置，提前安裝型鋼支架，作為初步定位用，以備后期安裝微調使用。

2 大橋坐標系統和測量儀器

大橋建立了大橋獨立坐標系和投影面，測量儀器使用現代先進儀器。

2.1 大橋獨立坐標系和投影面

為了方便設計和施工，以橋軸線右岸端點坐標為起算坐標，橋軸線方位為起算方位角。設計橋面高程面是主要投影面，因橋梁上部結構安裝，能否盡量減小變形，關鍵在此投影面的確定，設計成果的投影面為250 m。

2.2 測量儀器

測量儀器使用徠卡TCRP1201 +R400 全站儀，標稱測角精度0.5″，測距在有棱鏡模式時的測距精度為1 mm +1.5 ×10－6D，無棱鏡模式時的測距精度為2 mm+2 ×10－6D。

3 索道管設計坐標的計算與修正

3.1 索道管設計坐標利用數學模型計算

不考慮邊跨現澆梁動態施工特性時的索道管三維坐標旋轉模型。現以永川長江大橋南岸邊跨現澆梁索道管為例，推導不考慮現澆梁動態施工的特性，即設計成橋狀態時的索道管測量放樣數據計算的數學模型。

圖2 索道管數學模型圖

如圖2 所示，假設AD 為索道管中心線，A 為索道管下端錨固點，D 為索道管出口點，AB 為索道管中心線在Y 軸面上的投影，AE 為索道管中心線在X 軸面上的投影，BDEC 為索道管出口中心點所在的水平面，L 為索道管設計長度，m 為索道管中心線在BDEC 面的投影，h 為索道管錨固中心點到索道管出口中心點高差，β 為索道管的豎直角，γ 為索道管的水平角，高程已知z錨，索道管錨固點中心點平面坐標已知為(x錨，y錨)，以此建立立體模型，計算如下:

把式(2)代入式(1)可計算出:

把式(3)，式(4)代入式(2)，再將結果代入式(1)可以推算出:

因為，L，β 角，γ 角都為已知量，所以可以計算出h。得出h后，將h 代入式(3)，式(4)可算出Δx 和Δy。

其中，h，Δx 和Δy 三個量全部求出，又已知錨固點三維坐標，可算出索道管出口坐標:

3.2 數據修正

在現澆梁索道管精密定位過程中，由于在鋼管支架上立模、鋼筋綁扎等施工荷載的增加，往往使現澆梁底模發生沉降，而偏離設計。所以，在索道管的實際定位過程中應充分考慮上述因素并對索道管的實際放樣數據做出修正。索道管設計參數的修正應主要考慮橋梁順橋向(x)、橫橋向(y)及坐標高程(z)偏差這三個因素。這三個因素是通過高程和傾斜角的修正來同時完成的，而且要結合現場時間情況進行修正的完善，只理論上進行修正而不與實際情況相結合所定位的索道管是不正確的。永川長江大橋是混合梁斜拉橋，對成橋狀態下索道管測量放樣數據計算模型進行修正時，應在斜拉索區施工前期，對現澆梁進行24 h 的變形觀測，根據變形觀測數據與原有的數學計算模型進行對比和修正。但考慮永川長江大橋邊跨現澆梁跨徑比較大，分三個梁段進行澆筑，所以每完成一個澆筑工況，應重新對現澆端進行24 h 的變形觀測，再與數學模型計算的數據進行對比與修正，從而使索道管放樣數據計算的方法更趨向科學合理。

1)索道管傾斜角的修正。

由于鋼筋綁扎、澆筑過程中錨墊板位置在下方且重量較大，變形量較大，從而導致索道管的傾斜角發生變化。下面就傾斜角的修正做簡要分析。如圖3 所示，AB 為水平面，AC 為索道管錨塊設計坡度線，AC1為索道管錨塊實際坡度線，C(C1)為索道管錨固點，β 為索道管傾角，α 為設計坡度，θ 為索道管中心線與設計坡度線的夾角。

圖3 索道管施工前后變化

永川長江大橋索道管現澆梁端，AC 為負坡，α 為負，由圖3 可知:

當坡度變化了Δα 時(取向下為正)，C 位置移動到C1，為保證索道管中心線與設計坡度線的夾角θ 不變，α 也必須作相應的改正。結合上文敘述的公式不難看出:

根據上述原理，在索道管定位之前，應先把索道管實際的坡度與設計的坡度之差Δα 和錨固中心點實際與設計高差ΔH，計算測量得出，從而計算出改正后的傾角，即:

2)現澆梁底模標高定位偏差引起的錨固點高程修正。

假定沉降定位偏差引起的高程偏差為ΔH，為保證斜拉索的線性，現澆梁端索道管的標高也應該改變相同的偏差量，由于索道管上其他坐標的計算都是從錨固點起算的，因此只需對錨固點進行此項修正即可。修正后錨固點的高程為:

4 結語

大型混合梁斜拉橋工程的建設需要測量數據更加精準，對精度的要求更高。理論值必不可少，但還需在理論的基礎上結合現場的實際進度、施工條件等對理論值做修正處理，以更加完善的數據進行測量，這樣可以保證橋梁整體的精準度。

本文從坐標計算和修正兩方面對混合梁斜拉橋現澆端索道管定位精度做了簡單的分析，但是對索道管精度定位的因素不只是有本文論述內容，還有其他，如:大氣溫度、斜拉索垂曲等，都需要根據當時施工的實際條件來適當修正，以保證索道管定位的精度，保證工程質量。

［1］吳棟材，謝建綱.大型斜拉橋施工測量［M］.北京:測繪出版社，1996.

［2］JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術規范［S］.