地錨式懸索橋基準索股的垂度監測與控制分析

黃優平

摘要 準確測量并控制地錨式懸索橋主纜基準索股絕對垂度是提高懸索橋成橋狀態的關鍵，基于此，文章依托某地錨式懸索橋基準索股的絕對垂度監測與控制，論述了基準索股絕對垂度測量內容，總結了基準索股絕對垂度測量方法，從提高測量精度和改善索股穩定性兩個角度，提出了控制方案。

關鍵詞 公路橋梁項目；地錨式懸索橋；基準索股；絕對垂度；相對垂度

中圖分類號 U448.25文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0084-03

0 引言

地錨式懸索橋在大跨徑橋梁建設項目中應用廣泛，其吊索長度、空纜線形、主梁恒載直接影響了懸索橋的成橋線形。主纜架設是懸索橋項目施工中的重要環節，其施工質量及架設精度直接影響成橋狀態與成橋線形。主纜為懸索橋關鍵承重結構，線形控制方案包括一般索股線形控制和基準索股線形控制兩種措施。索股線形的精準控制離不開索股垂直度的精準測量，需通過一般索股相對垂直度和基準索股絕對垂直度的測量獲得精確數據，以提高索股線形的控制精度，其中主纜架設環節的關鍵在于基準索股的絕對垂直度測量與控制。

1 工程概況

貴州某地錨式懸索橋全長2 000 m，主跨為680 m鋼桁梁懸索橋。該橋梁跨越區域河流，為高速公路項目關鍵控制性工程。目標橋梁選用雙塔三跨雙索面結構，主纜總長為1 276 m。大橋主纜采用預制平行鋼絲索股（PPWS）法形成，上下游各1根。每根索股由127根直徑5.2 mm預制平行鋼絲編織而成，每根主纜由61根索股構成。

施工過程中需精確測量和控制主纜線形，確保施工環節主纜線形與設計值相吻合。基準索股為橋梁架設過程中一般索股調整的基礎，通過對基準索股絕對垂度值的精準控制和精密測量，確保其線形達標，為提高主纜架設精度值奠定了基礎。

2 基準索股絕對垂度測量內容

測量基準索股絕對垂度值時，需要選擇作為基準的索股，然后方可進行測量。需要測量的指標包括基準索股的絕對垂度值、上下游基準索股的相對垂度值，以及基準索股的穩定性等指標[1]。

（1）選擇基準索股。主纜由一般索股和基準索股構成，基準索股的絕對垂度和一般索股的相對垂度水平決定了主纜架設的基本線形，因此在基準索股選擇時應當充分考慮項目需求、設計因素、施工影響等?；鶞仕鞴蛇x定標準包括：①索股處于相對自由狀態，需先行架設且受其他索股影響小，并可作為基準，對其他索股的垂度水平加以控制。②每根基準索股與相關數量的一般索股相對應，基于該基準索股，來完成對其他索股的分組控制[2]。

（2）絕對垂度測量。確定基準索股并完成架設后，溫濕度水平相對穩定的情況下，選定基準索股標志點、散索鞍中心標志點、主索鞍中心標志點進行絕對垂度值的測量，并結合基準溫度值進行校正。

（3）上下游基準索股相對垂度值測定。選定基準索股上下游對稱的基準索股，進行主纜基準索股相對垂度值的測量，避免其影響主梁結構合理性及成橋狀態。

（4）基準索股穩定性評價。風力、溫度、濕度等相關因素變化，均會影響基準索股絕對垂度水平，故需結合項目特點和實際施工情況，進行穩定性分析[3]。

3 基準索股絕對垂度測量方法

該項目地錨式懸索橋地質環境復雜，水準儀架設難度高，故該橋梁基準索股絕對垂度測量選用全站儀三角高程法進行[4]。

3.1 測站設置

分三個部分進行基準索股絕對垂度值的測量，即邊跨1、邊跨2和中跨。不同位置設置兩個測量點，測量站點布設情況如圖1所示。

小里程側測站1為邊跨1的基準測站，屬首級控制網點的強制歸心觀測墩。

中跨跨徑長且對主纜線形要求高，以大里程側測站2作為中跨測站，用來完成中跨索股絕對垂度值和中跨主纜線形的測量[5]。

3.2 跨中控制點的確定

懸索橋主纜基準索股測點位于跨中，通過對跨中點的高程值測量，可以明確索股有無線形變化。對索股監測的方法包括兩種，需根據項目特點和實際情況合理選擇最佳方案[6]。第一種監測方法將跨中里程位置固定，通過對索股標高數據的變化反映其線形情況，對目標里程標高精準控制，以達到設計水平，從而滿足項目需求。第二種監測方法借助棱鏡置于索股主跨中點位置，對高程與里程值進行計算，從而通過對兩個數據的調整，使其滿足目標需求，而達到設計值[7]。不同監測方法的控制點、棱鏡布設情況如圖2～3所示。

上述兩種監測方法均能提高項目施工精度值，其主要特點如下：①第一種監測方法操作簡單，直接控制索股標高值，但難以為后期鋼桁梁架設提供準確的數據參考和基準點。②第二種方法通過標記索股標記點位置的方案，有效控制里程與高程值，通過對溫度數據的調整實現精準放樣，以提高控制精確度。但該方案需要多次標記和反復放樣，基準索股監測中需結合實際情況選擇監測方案，根據該橋梁特點最終選定第二種方案，進行基準索股標高與里程值的檢測[8]。

4 基準索股垂度測量結果分析

測量基準索股絕對垂度值并完成現場穩定性試驗，通過相關指標的變化，來實現對主纜基準索測量精度的有效控制，為提高主纜線形奠定基礎。

4.1 測量精度分析

該項目基準索股絕對垂直度測量選用單向三角高程測量法，對測站1和測站2之間的高程差進行測量，詳情如下：

式中，Sab——取值為600 m，表示左岸側點與索股跨中位置的距離；α取值為2.5°，即豎直角角度；ia、υb——測站1和測站2的高程值。

對上述表達式進行全微分轉化，獲得誤差關系式如下所示：

式中，ms——測量精度；ma——測角精度；mvb——覘標高精度；mia——儀器高程值精度；mf——水準高程與三角高程差。

采用萊卡全站儀TM60完成基準索股絕對垂度值的測量，并利用精密水準尺完成小角度測量，可知ma=±0.5″，mia=±0.2 m。采用固定棱鏡桿進行目標高程測定，mvb=±0.5 m。

基準索股絕對垂度值測量過程中，由于大氣折光系數的影響，需將設備架設于大小里程觀測點后，并對大氣折光系數進行修正，以獲得相對準確的高程值，并將水準點高程差與三角高程差控制在5 mm以內，將極限誤差控制在2倍中誤差范圍內[9]。為滿足索股架設的基本設計要求，確定主跨垂度測量誤差范圍為?10.48～+10.48 mm。

4.2 基準索股的穩定性觀測結果

光照不均勻、風速變化均會對基準索股動態平衡產生影響，測量過程中為提高基準索股架設穩定性，應排除環境因素的影響，對多重測量結果進行綜合修正，用以提高基準索股絕對垂度測量的穩定性，以便更好地反映基準索股架設精度水平。

完成基準索股架設后，需對懸索橋主纜基準索股穩定性進行連續3 d的監測，充分考慮溫度、風速、塔高等因素的影響，并校正基準索股絕對垂度值，而獲得理想測量狀態下的絕對垂度值，并將其與實際測量值進行比對，獲得基準索股相對垂度值與中跨索股絕對垂度數據，詳見表1和圖4。

對表1分析可知，邊跨1和邊跨2的絕對垂度最大值分別為18.9 mm和11.3 mm，中跨絕對垂度最大值為19.4 mm，監測指標均符合設計要求，精度達標。對圖4分析可知，上下游懸索橋主纜絕對垂度變化規律一致，且其水平高低與溫度值關系密切，即主纜線形合理，受力均勻，該研究所采取的基準索股監測與控制方案可行[10]。

5 結論

綜上所述，基于對某地錨式懸索橋基準索股絕對垂度測量，結論如下：

（1）該橋梁選定l#索股為基準索股，滿足了項目施工、測量和質量控制的基本要求。

（2）固定跨中里程位置，作為懸索橋基準索股絕對垂度控制點的測量方案，更符合主纜控制要求。

（3）精度分析結果顯示該橋梁測點、測站選擇合理，穩定性監測結果顯示基準索股絕對垂度值在可控范圍內。

（4）該項目施工中未將風力變化、溫度不均勻變化等因素考慮在內，為進一步提升懸索橋基準索股監測與控制精度值，需將相關因素影響考慮在內進一步探究。

參考文獻

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