雙棱鏡法施工波形鋼腹板定位技術(shù)

郭 勇

(山西路橋集團(tuán)運(yùn)寶黃河大橋建設(shè)管理有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

1.1 工程概況

運(yùn)寶黃河大橋是溝通晉西南和豫西北的重要公路橋梁。在《山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整方案》中“西縱”右玉殺虎口—芮城劉堡的最南端，在芮城縣陌南鎮(zhèn)柳灣村附近，跨越黃河進(jìn)入河南，接三門(mén)峽至淅川高速公路晉豫省界至靈寶段起點(diǎn)。

該橋全長(zhǎng)1 690 m，由引橋、主橋、副橋三部分組成，其中副橋橋面左右分幅，均為單箱單室斷面，共布置4道波形鋼腹板，主橋主梁采用單箱5室的波形鋼腹板PC組合梁(見(jiàn)圖1)。

1.2 波形鋼腹板優(yōu)勢(shì)

運(yùn)寶黃河大橋副橋采用單箱單室的波形鋼腹板PC組合梁，它比傳統(tǒng)的PC箱梁有更好的力學(xué)性能和優(yōu)點(diǎn)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)自重降低，抗震性能好。2)由于波形鋼腹板的折皺效應(yīng)，提高了預(yù)應(yīng)力效率，改善了結(jié)構(gòu)性能。3)節(jié)約建筑材料，改善經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低了工程總造價(jià)。4)結(jié)構(gòu)形式新穎，造型美觀。

1.3 波形鋼腹板定位難直分析

現(xiàn)階段較為有效的波形鋼腹板定位方法(見(jiàn)表1)。

1)使用徠卡棱鏡在梁端作為前視點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，作業(yè)人員直接站立在空間狹窄的波形鋼腹板上扶棱鏡桿，操作不方便，還需集中精力對(duì)中氣泡，安全風(fēng)險(xiǎn)高；每次測(cè)完后，獲得波形鋼腹板空間姿態(tài)，調(diào)整波形鋼腹板位置，然后再重新把棱鏡立在梁端進(jìn)行測(cè)量，反復(fù)測(cè)量、調(diào)整，直至波形鋼腹板調(diào)整到設(shè)計(jì)位置，定位效率低。

2)使用徠卡小棱鏡在梁端作為前視點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，這種方法不必作業(yè)人員直接站立在鋼腹板上扶桿，減小了工作的危險(xiǎn)性，但是這種方法還需要人站在波形鋼腹板旁邊搭設(shè)的平臺(tái)上扶小棱鏡，小棱鏡照準(zhǔn)覘牌較小且手扶時(shí)氣泡居中不穩(wěn)定，影響測(cè)量精度，并且在高溫天氣下超過(guò)100 m的距離，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法精確瞄準(zhǔn)或無(wú)法反射電磁波的問(wèn)題。

3)使用自由設(shè)站法進(jìn)行定位測(cè)量，仍受通視條件影響無(wú)法復(fù)核，有精度偏差隱患。

表1 現(xiàn)階段波形鋼腹板定位方法工效對(duì)比表

根據(jù)方法工效對(duì)比表分析主要影響因素如下：

1)大量高空作業(yè)，波形鋼腹板周?chē)鷳铱?，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

2)板材對(duì)溫度敏感，容易受日照等氣候條件影響，易變形，定位時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

3)高空風(fēng)速大，測(cè)量人員操作面較小，在波形鋼腹板上站立困難，測(cè)量控制難度高。

4)受棧橋分割，左右控制點(diǎn)不能通視，頻繁搬站對(duì)精度影響大。

根據(jù)以上分析：目前最有效的波形鋼腹板定位方法為自由設(shè)站配合徠卡小棱鏡法。但此方法仍無(wú)法全部滿足測(cè)量精度及工效要求。

2 波形鋼腹板雙棱鏡定位方法

2.1 雙棱鏡速測(cè)裝置

根據(jù)對(duì)波形鋼腹板定位難點(diǎn)分析結(jié)果，發(fā)明了一種不需要人員扶棱鏡的定位裝置，用來(lái)克服現(xiàn)有測(cè)量定位技術(shù)的不足，它既能精確定位波形鋼腹板的空間位置，又能快捷、高效地完成施工測(cè)量任務(wù)，同時(shí)又能保障梁上測(cè)量人員的安全。

波形鋼腹板速測(cè)定位裝置(如圖2所示)包括40 mm×40 mm×4 mm(L=550 mm)角鋼所制的主板，在主板上使用連接桿將棱鏡桿連接到主板上，兩棱鏡中心至速測(cè)裝置中軸線的間距均為250 mm，且主板表面保證精平，兩連接桿與主板面相垂直。

2.2 雙棱鏡波腹板定位方法

步驟一：在校核波形核鋼腹板時(shí)，測(cè)量人員先將全站儀架在可通視的梁上強(qiáng)制對(duì)中平臺(tái)的控制點(diǎn)上，指揮梁上工作人員將速測(cè)裝置安裝在待校核的波形鋼腹板端頭，并將兩個(gè)棱鏡對(duì)準(zhǔn)全站儀。

步驟二：測(cè)量?jī)衫忡R的空間位置，取兩棱鏡讀數(shù)平均值作為波形鋼腹板上口中心的偏距。因?yàn)樗贉y(cè)定位裝置的兩棱鏡距中心的距離均為250 mm，可用來(lái)復(fù)核波形鋼腹板中心偏距。在波形鋼腹板上口偏距調(diào)整到位的情況下，若棱鏡的高程存在差值，則表明波形鋼腹板不垂直，下口偏距需要調(diào)整。左側(cè)棱鏡若高于右側(cè)棱鏡，則波形鋼腹板下口右側(cè)應(yīng)向上調(diào)整，直至測(cè)得速測(cè)定位裝置上兩棱鏡高差為零，即說(shuō)明上、下口偏距相等，波形鋼腹板位于同一豎直面內(nèi)。

步驟三：通過(guò)位于待安裝的兩節(jié)波形鋼腹板兩側(cè)的螺口與相鄰已安裝波腹板螺口進(jìn)行螺栓連接，實(shí)現(xiàn)波形鋼腹板的定位。重復(fù)上述步驟二、步驟三，直至上口偏位與設(shè)計(jì)相符，且兩棱鏡無(wú)高差，波形鋼腹板處于同一豎直面，將波形鋼腹板準(zhǔn)確定位至正確位置后，在兩節(jié)波形鋼腹板自由端之間安裝定位支架，將兩節(jié)波形鋼腹板進(jìn)行定位鎖定。

2.3 雙棱鏡法定位原理

首先根據(jù)測(cè)量徠卡棱鏡的三維坐標(biāo)(L，M，H)來(lái)確定波形剛腹板的橫向偏位和上下偏位及垂直度。

其次確定縱向里程(L)：根據(jù)兩棱鏡的中心里程可以算出該位置的設(shè)計(jì)高程，并與實(shí)測(cè)高程比較，上下調(diào)整波形鋼腹板。

再確定橫向偏距(M)：根據(jù)兩棱鏡的中心偏距可以算出波形鋼腹板的中心偏位，左右調(diào)整波形鋼腹板。

最后確定高程(H)：根據(jù)左右兩棱鏡的高程數(shù)據(jù)調(diào)整垂直度，左棱鏡高則下口右側(cè)向上調(diào)整，右棱鏡高則下口左側(cè)向上調(diào)整。

運(yùn)寶大橋波形鋼腹板最大高度為5 m。上端連接鍵外間距26 cm，其中心正好位于波形鋼腹板中軸線上。將速測(cè)裝置固定在上端連接鍵，兩棱鏡高差可以反映波腹板垂直情況，固定端棱鏡數(shù)據(jù)則可以反映波腹板偏移情況，如圖3所示。

已知：S=5 m，s=0.5 m，則有1×10=L;波腹板左右偏移量D=d-0.25 m。

根據(jù)上式可知，只要測(cè)出兩棱鏡相互高差及一端棱鏡偏移值就可以得到波腹板頂端偏移及底端偏移，進(jìn)而求出垂直度。

2.4 雙棱鏡法定位優(yōu)勢(shì)

采用雙棱鏡速測(cè)裝置對(duì)波形鋼腹板進(jìn)行定位優(yōu)勢(shì)(如表2所示)主要有以下兩點(diǎn)：

1)測(cè)量人員不需站立到梁端扶棱鏡，真正做到前視無(wú)人測(cè)量，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)在調(diào)整波形鋼腹板過(guò)程中，不需要反復(fù)架設(shè)棱鏡，實(shí)現(xiàn)了即測(cè)即調(diào)，提高了定位效率，加快了施工進(jìn)度。

表2 雙棱鏡法定位與現(xiàn)階段結(jié)合定位法比對(duì)表

3 結(jié)語(yǔ)

利用借鑒高鐵測(cè)量中軌道檢測(cè)小車(chē)原理新發(fā)明的雙棱鏡速測(cè)裝置對(duì)波形鋼腹板進(jìn)行測(cè)量控制，既能提高波腹板定位的施工效率，又能保證其定位精度，其安裝后無(wú)人值守的前視測(cè)量模式避免了測(cè)量人員高空作業(yè)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，大大保障了測(cè)量人員的人身安全，在類似橋梁的施工定位中有極高的推廣價(jià)值。