懸索橋主纜錨固系統(tǒng)施工測(cè)量控制

岳德威

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430000)

1 工程概況

白洋長(zhǎng)江公路大橋位于宜昌長(zhǎng)江公路大橋下游約26 km，北岸位于宜昌枝江市白洋鎮(zhèn)，南岸位于宜昌宜都市陸城鎮(zhèn)。主橋采用主跨1 000 m雙塔單跨鋼桁梁懸索橋，主纜跨度布置為276+1 000+296.5 m，兩岸錨碇均采用重力式錨，組合梁橋面系，主纜矢跨比1/9。成橋狀態(tài)主跨跨中處主纜中心點(diǎn)設(shè)計(jì)高程為+90.189 m，塔頂處主纜中心理論交點(diǎn)高程為+201.3 m，主纜理論散索點(diǎn)高程為白洋側(cè)+81.3 m，宜都側(cè)+79.3 m。

全橋共兩根主纜，中跨兩主纜中心橫向間距為36.0 m。為使錨室結(jié)構(gòu)不與主線引橋相抵觸，使主線引橋在錨碇中間處順利穿過(guò)，設(shè)計(jì)將散索點(diǎn)向橋梁中線外側(cè)平移4.50 m，理論散索點(diǎn)橫向間距為45.0 m，理論散索點(diǎn)到主塔中心面的距離仍為白洋側(cè)276 m，宜都側(cè)269 m。邊跨主纜所在平面與中跨主纜豎直面的夾角為：白洋側(cè)atan(4.5/276)=0.934 1°，宜都側(cè)atan(4.5/269)=0.958 4°。

1.1 后錨梁

后錨梁共分為5種類(lèi)型，分別為Mh1～Mh5。后錨梁采用“][”截面，由兩片分離的“[”形梁通過(guò)綴板、加勁肋等連接而成。為便于錨桿與后錨梁的連接，依據(jù)主纜散索角度及錨固位置，在錨梁相應(yīng)位置設(shè)置錨桿連接接頭，連接接頭采用與錨桿截面一致的H形截面。

1.2 錨桿

錨桿分單束股錨桿和雙束股錨桿，單束錨桿對(duì)應(yīng)連接錨固1根索股，雙束錨桿對(duì)應(yīng)連接錨固2根索股，單個(gè)錨室共布置錨桿103根，其中單束錨桿Mg3(Mg4)有37根，雙束錨桿Mg1(Mg2)有66根。

錨桿設(shè)計(jì)長(zhǎng)度采用統(tǒng)一尺寸，全長(zhǎng)22.02 m。每根錨桿制造時(shí)分成兩段。下段錨桿Mg2、Mg4分別與后錨梁和上段錨桿連接，采用焊接H形截面，長(zhǎng)度均為16.01 m。上段錨桿Mg1、Mg3長(zhǎng)度均為6.01 m，單束錨桿上段Mg3上端1.0 m范圍內(nèi)采用焊接□型截面，中間1.80 m范圍采用栓焊組合的格構(gòu)式構(gòu)造，下端3.21 m范圍內(nèi)采用焊接H型截面，雙束錨桿上段Mg1采用焊接H型截面。兩類(lèi)錨桿下端與后錨梁連接，上端伸出前錨面，與主纜索股錨頭連接。

1.3 定位支架及施工平臺(tái)

錨固系統(tǒng)鋼構(gòu)件安裝采用定位支架進(jìn)行支撐定位，定位支架采用型鋼制作的桁架結(jié)構(gòu)，采用在填芯混凝土內(nèi)埋設(shè)預(yù)埋件做為支撐，為便于施工，在支架上設(shè)置螺栓安裝平臺(tái)，摘鉤平臺(tái)及測(cè)量平臺(tái)等。

2 錨固系統(tǒng)測(cè)量方法

施工過(guò)程中不僅要保證測(cè)量定位精度，還必須有較高的效率以保證施工的進(jìn)度，同時(shí)錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)涉及復(fù)雜的空間解析幾何計(jì)算，測(cè)量定位采用的是全站儀三維解析測(cè)量方案，根據(jù)實(shí)測(cè)坐標(biāo)與相應(yīng)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)對(duì)比結(jié)果，進(jìn)行改正，直到滿足精度要求。白洋長(zhǎng)江公路大橋錨固系統(tǒng)精度標(biāo)準(zhǔn)：前錨固孔道中心線坐標(biāo)偏差±10 mm，前錨面孔道角度±0.2°。

2.1 錨固系統(tǒng)計(jì)算

錨固系統(tǒng)采用的坐標(biāo)系，其原點(diǎn)為散索鞍理論中心，坐標(biāo)系的X軸垂直于前、后錨面向下，Y軸與X軸垂直，Z軸和X、Y軸為右手定律關(guān)系。圖紙給出前、后錨面固定參數(shù)，其部分施工斷面，需要根據(jù)前后錨面固定參數(shù)要素表自行進(jìn)行解算數(shù)據(jù)。

錨桿上任意特征點(diǎn)上的三維坐標(biāo)的計(jì)算步驟：

根據(jù)H點(diǎn)(理論后錨面中心點(diǎn))和Q點(diǎn)(理論前錨面中心點(diǎn))所給的三維坐標(biāo)(XH、YH、ZH)和(XQ、YQ、ZQ)，計(jì)算出向量︱HQ︱，

即求出︱HQ︱=√(XH-XQ)2+(YH-YQ)2+(ZH-ZQ)2

tanα=(YH-YQ)/(XH-XQ)

tanβ=(ZH-ZQ)/(XH-XQ)

sinθ=(YH-YQ)/︱HQ︱

根據(jù)上述上式推導(dǎo)可得，錨桿是任意一點(diǎn)N的三維坐標(biāo)計(jì)算公式：

XN=XH-λXsinθ/tanα

YN=YH-λXsinθ

ZN=ZH-λXsinθXtanβ/tanα

式中：λx為錨桿N點(diǎn)與后錨面H點(diǎn)距離。

2.2 施工測(cè)量放樣控制方法

錨固系統(tǒng)定位支架安裝采用絕對(duì)控制法和相對(duì)控制法相結(jié)合的方法進(jìn)行，主要定位控制需要使用高精度全站儀進(jìn)行。

(1)絕對(duì)定位控制

定位架預(yù)埋件安裝采用絕對(duì)定位控制，即安裝時(shí)采用全站儀控制預(yù)埋件的空間位置，主要控制橫、縱橋向位置偏差及高程偏差；安裝定位架桁架時(shí)采用絕對(duì)定位控制，全站儀控制桁架的空間位置，保證桁架安裝滿足設(shè)計(jì)圖紙要求；前、后支架橫梁連接桿最底部桿件和中間一根桿件采用絕對(duì)定位控制，使用全站儀控制橫梁連接桿的空間位置(主要是高程)，再次校正前、后支架位置。

(2)相對(duì)定位控制

前、后支架橫梁連接桿大部分桿件采用相對(duì)定位控制，即以絕對(duì)定位控制的橫梁連接桿為基準(zhǔn)，采用直尺控制其余桿件的安裝。安裝過(guò)程中相互校正橫梁連接桿的空間位置，并在錨桿安裝前進(jìn)行全部桿件位置及定位架位置的復(fù)核精確測(cè)量。

3 錨固系統(tǒng)的測(cè)量控制

3.1 后錨梁支撐定位

后錨梁與錨桿相連接，為匹配錨桿的反射線形特征，為整體斜向與錨桿相交并傾向內(nèi)側(cè)的空間形態(tài)。后錨梁安裝前，在混凝土中設(shè)置預(yù)埋底座，并以支撐牛腿作為支撐后錨梁及調(diào)整其空間姿態(tài)的作用。在安裝過(guò)程中，先檢查錨梁底端支撐牛腿傾角和標(biāo)高，并彈出十字軸線，錨梁底端十字線應(yīng)與牛腿十字線重合。使用測(cè)量?jī)x器定位控制錨梁上端腹板中心點(diǎn)座標(biāo)，經(jīng)初調(diào)后靜置約一個(gè)小時(shí)，觀測(cè)支架變形量，并逐一檢查各錨桿接頭中心點(diǎn)坐標(biāo)，最后再根據(jù)修正值對(duì)錨梁進(jìn)行精確調(diào)整。

3.2 支架定位安裝

由于定位支架高且寬，安裝使進(jìn)行分節(jié)、分片吊裝。在拼裝支架前，先由測(cè)量人員檢查復(fù)核預(yù)埋件中心偏位、標(biāo)高，并放出十字中心線。若測(cè)量數(shù)據(jù)偏差較大，應(yīng)及時(shí)通知技術(shù)人員對(duì)定位架進(jìn)行調(diào)整，并滿足結(jié)構(gòu)受力要求。支架定位測(cè)量重點(diǎn)控制好支架桁片順橋向與橋中線偏轉(zhuǎn)角度、錨梁背靠支撐面傾斜角度、桁片內(nèi)側(cè)凈距、錨桿支撐水平橫桿標(biāo)高。支架安裝時(shí)應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度和支架變形量參數(shù)作出適當(dāng)修正。

3.3 后錨梁安裝定位

后錨梁直接擱置于后支架的抄墊上，對(duì)其先放樣出支撐牛腿和支架的中心線，然后利用兩根20 t的吊帶對(duì)對(duì)后錨梁隔板進(jìn)行捆綁起吊，以加強(qiáng)對(duì)后錨梁的保護(hù)，防止變形，其中的一根帶吊與吊鉤之間設(shè)置一臺(tái)25 t的手拉葫蘆，用于后錨梁的姿態(tài)調(diào)整。當(dāng)后錨梁就位后，由測(cè)量人員對(duì)后錨面軸線進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，并由抄墊進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保偏位誤差不超過(guò)2 mm。

3.4 錨桿支撐定位

錨桿支撐定位主要由前、中層片式框架組成。在施工過(guò)程由測(cè)量人員準(zhǔn)確的計(jì)算出該截面錨桿與錨桿間的間距，并計(jì)算出其三維坐標(biāo)，并準(zhǔn)確的放樣出層片式框架的軸線具體位置。

3.5 錨桿安裝定位

錨桿一端與后錨梁連接，拼裝前須先對(duì)相應(yīng)錨梁上接頭中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量復(fù)查，以防止偏差過(guò)大對(duì)整根錨桿安裝精度的影響。安裝時(shí)使用測(cè)量?jī)x器對(duì)錨桿前端中心點(diǎn)進(jìn)行控制測(cè)量，逐層安裝，逐層測(cè)量。待該批錨梁全部吊裝到位后，再根據(jù)支架變形測(cè)量值與溫度修正值進(jìn)行精確調(diào)整，并使用限位裝置對(duì)水平、標(biāo)高進(jìn)行鎖定。依次逐根、逐層進(jìn)行錨桿安裝，并在混凝土澆筑前后，分別對(duì)錨桿進(jìn)行復(fù)測(cè)校核，以確認(rèn)定位精度前后一致。

3.6 測(cè)量定位誤差分析

錨固系統(tǒng)安裝精度要求高，前錨面測(cè)量定位點(diǎn)誤差在±3 mm，錨桿偏位誤差縱向+3 mm，橫向+2 mm。通過(guò)錨固系統(tǒng)安裝定位誤差來(lái)源分析，采用針對(duì)性地措施，具體如下。

(1)測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)的誤差

①所有觀測(cè)墩面和聯(lián)結(jié)噐均精加工制作，制作誤差不大于0.2 mm。

②加強(qiáng)測(cè)量控制網(wǎng)圖形強(qiáng)度，增加觀測(cè)條件。

③采用先進(jìn)的測(cè)儀器：測(cè)邊測(cè)角采用徠卡TS09全站儀，標(biāo)稱(chēng)精度：測(cè)角1″，測(cè)距1 mm+1.5 ppm。

預(yù)期效果：能夠使控制點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不大于1.2 mm。

(2)放樣時(shí)儀器本身的測(cè)量誤差

解決措施：放樣采用TS09全站儀以極坐標(biāo)法放樣進(jìn)行，依據(jù)其精度分析，控制放樣視線在200 m以內(nèi)，能夠使放樣點(diǎn)點(diǎn)位中誤差不大于1.6 mm。

(3)標(biāo)點(diǎn)與立點(diǎn)誤差

標(biāo)點(diǎn)誤差來(lái)源于加工制作廠家，可控制在1 mm以內(nèi)。立點(diǎn)誤差是指現(xiàn)場(chǎng)棱鏡架設(shè)誤差，一般常用的棱鏡對(duì)中桿氣泡精度為8分，按1.3 m高度推算出其誤差應(yīng)為3 mm，不滿足要求。

解決措施：采用徠卡配套小棱鏡，能夠使立點(diǎn)誤差不大于0.5 mm。

(4)儀器對(duì)點(diǎn)誤差

解決措施：觀測(cè)墩面和聯(lián)結(jié)器均精加工制作，制作誤差不大于0.2 mm，能夠使儀器對(duì)點(diǎn)誤差不大于0.5 mm。

(5)定位測(cè)量總誤差：根據(jù)(1)～(4)項(xiàng)誤差來(lái)源，按照誤差傳遞規(guī)律

M2總=±√M12+M22+M32+M42推算出總的定位測(cè)量誤差不大于2.1 mm，滿足要求。

3.7 測(cè)量定位的注意事項(xiàng)

(1)后錨梁定位精度直接影響錨桿的安裝精度，因此，后錨梁不能出現(xiàn)“扭轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。上、下兩點(diǎn)測(cè)量的誤差除滿足規(guī)范要求外， 應(yīng)偏向同方向， 確保安裝方向的準(zhǔn)確。對(duì)后錨梁上特征點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行修正(根據(jù)溫度、氣壓修正)，保證后錨梁在設(shè)計(jì)狀態(tài)溫度時(shí)位置。

(2)溫度影響，鋼構(gòu)件對(duì)于溫度特別敏感，錨桿長(zhǎng)22 m，在10 ℃溫差下，長(zhǎng)度方向大于有2.5 mm的變化量，因此，一般選擇在夜間或凌晨，以減小溫度影響。

(3)考慮制造時(shí)誤差對(duì)測(cè)量定位的影響。從理論計(jì)算可算出：錨桿制造長(zhǎng)度偏差10 mm，在不修正時(shí)，錨桿里程方向和高程方向的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差將近5 mm，所以，錨桿的制造精度對(duì)測(cè)量定位影響很大；錨桿在進(jìn)場(chǎng)后，必須對(duì)長(zhǎng)度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，了解每根錨桿的長(zhǎng)度誤差，在測(cè)量定位時(shí)加以修正。

(4)注意測(cè)量的頻率，包括定位支架、后錨梁安裝期間、錨桿安裝期間、填芯混凝土澆筑過(guò)程中的監(jiān)測(cè)(可能上浮)。后支架頂端觀測(cè)點(diǎn)變形結(jié)果主要作為后錨梁變形的修正依據(jù)，前支架頂端觀測(cè)點(diǎn)結(jié)果主要作為上錨桿變形修正依據(jù)。澆筑完成后，對(duì)定位支架、已安裝的后錨梁、錨桿的位移要繼續(xù)觀測(cè)，以免影響安裝質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

白洋長(zhǎng)江公路大橋主纜錨固系統(tǒng)安裝完成后，經(jīng)過(guò)復(fù)核及驗(yàn)收，精度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；通過(guò)錨固系統(tǒng)的施工測(cè)量，有以下幾點(diǎn)體會(huì)：除了配備高精度測(cè)量?jī)x器，經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)量技術(shù)人員外，要制定詳細(xì)的專(zhuān)項(xiàng)測(cè)量方案；施工前要做好控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)和聯(lián)測(cè)，主橋部分應(yīng)做獨(dú)立控制網(wǎng)，提高精度等級(jí)。三維坐標(biāo)的理論計(jì)算應(yīng)通過(guò)CAD制圖、表格計(jì)算等進(jìn)行精確符合；測(cè)量定位時(shí)，提前考慮溫度、桿件變形、錨碇基礎(chǔ)沉降等多方面因素影響，要不斷的監(jiān)測(cè)，及時(shí)調(diào)整。這樣才能滿足精度要求。