大跨徑拱橋測(cè)量控制

張偉華

0 引言

現(xiàn)代橋梁建設(shè)中,隨著橋梁工藝的發(fā)展,鋼管混凝土拱橋以其在材料、施工和經(jīng)濟(jì)上表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì),已越來(lái)越被人們所采用。目前,大跨度鋼管混凝土拱橋主要采用纜索吊裝—斜拉扣掛施工新技術(shù),拱橋的線形通過(guò)實(shí)測(cè)每節(jié)鋼管拱的標(biāo)高及拱軸線位置并借助扣索實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整來(lái)保證。為確保主拱按預(yù)期線形快速合龍,測(cè)量放樣的精度和速度顯得極為重要,要加快大橋拱肋定位速度,提高精度,就必須在測(cè)量控制方法上進(jìn)行改善。

1 工程概況

合江長(zhǎng)江一橋是國(guó)家高速公路網(wǎng)成渝地區(qū)環(huán)線的重要橋梁工程,主跨為鋼管混凝土中承式拱橋,主拱肋為鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu),主孔跨度為530 m(凈跨 500 m),設(shè)計(jì)拱軸線為懸鏈線,拱軸系數(shù) m=1.45,凈矢跨比F/L=1/4.5。拱頂截面徑向高為8.0 m;拱腳截面徑向高為 16 m,肋寬為4.0 m,每條拱肋為上、下各兩根φ 1 320×22(26,30,34)mm、內(nèi)灌 C60混凝土的鋼管混凝土弦管,通過(guò)橫聯(lián)鋼管φ 762×16 mm和豎向兩根腹桿φ 660×12 mm鋼管連接而構(gòu)成。吊桿和拱上立柱間距為14.3 m,吊桿處豎向兩根腹桿(拱腳段為立柱處徑向兩根腹桿)間設(shè)橫隔,加強(qiáng)拱肋橫向連接,拱肋中距為28.6 m,兩肋間橋面以上的拱圈上弦平面設(shè)置“△”形鋼管橫撐,吊桿處間隔設(shè)置豎向“I”形鋼管桁架橫撐,橋面以下的拱腳段設(shè)置徑向鋼管混凝土桁架橫撐和下弦“X”形撐。吊桿采用φ 15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線擠壓成型為吊桿索體,極限抗拉強(qiáng)度為1 860 MPa,兩端采用定型耐久性錨具,人行道以上的吊桿外套哈佛管保護(hù)和裝飾。拱肋接頭設(shè)計(jì)為先法蘭連接再焊接。拱圈采用纜索吊裝,斜拉扣掛的安裝工藝施工。測(cè)量采用全站儀、經(jīng)緯儀等儀器現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)監(jiān)控。

2 導(dǎo)線控制網(wǎng)的布設(shè)

合江長(zhǎng)江一橋的主跨跨徑為530 m,觀測(cè)軸線的控制點(diǎn)布于各拱座頂面,在大橋兩側(cè)布置4個(gè)控制點(diǎn),組成大地四邊形控制網(wǎng)。再由 Q1,Q2,Q3,Q4引出 B1,B2,B3,B44個(gè)控制點(diǎn)(見圖1),并繪出該控制網(wǎng)示意圖,便于施工中找尋和竣工交接時(shí)使用。在吊裝過(guò)程中應(yīng)以一點(diǎn)控制單邊拱肋,以確保拱肋成型的一致性。大橋的橋軸線,就是在橋軸線上布設(shè)兩個(gè)測(cè)站點(diǎn),可在該測(cè)站點(diǎn)用三維坐標(biāo)來(lái)復(fù)核觀測(cè)拱肋定位。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

3.1 拱肋坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

拱肋坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖見圖2,在二維坐標(biāo)中主弦上弦管拱背參數(shù):計(jì)算跨徑為521.596 m,矢高107.304 m,拱軸系數(shù)為 m=1.45,用計(jì)算機(jī)鋪助設(shè)計(jì),通過(guò)懸鏈線方程計(jì)算:

跨中樁號(hào)為 K15+742.942,距中為 0,跨中拱頂高程為347.612 8?？刂泣c(diǎn)到中線的距離為16.85,坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式為K=15 742.942±x,B=16.85,Z=347.612 8-Y1+bx。

3.2 導(dǎo)線點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)的推算

如圖3所示:已知橋軸線 A(K15+338.440,0),B(K16+181.935,0)兩點(diǎn)的大地坐標(biāo)分別為:(3 197 976.44,35 586 045.903,225.210)和(3 197 368.254,35 585 461.443,246.427),AB方位角JAB=223°51′37.4″,則導(dǎo)線點(diǎn) C(33 197 986.100,35 585 985.883,225.45)的相對(duì)坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程為:

AC 的方位角JAC=279°08′35.3″,距離 I=60.792 m。

以此類推其他三角網(wǎng)的導(dǎo)線控制點(diǎn)相對(duì)坐標(biāo)。

4 觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的安裝要求,每段拱肋都需要設(shè)置安裝的觀測(cè)點(diǎn),全橋共分36個(gè)單元段吊裝,每段長(zhǎng)度都不一致。用于觀測(cè)各段拱肋安裝的軸線、高程觀測(cè)系統(tǒng)要合理布設(shè)。本橋拱肋安裝時(shí)的軸線擬用經(jīng)緯儀觀測(cè)。拱肋高度大,河面較寬,用水準(zhǔn)儀觀測(cè)標(biāo)高比較困難,擬采用全站儀和棱鏡。觀測(cè)所用的經(jīng)緯儀、全站儀要送往檢測(cè)部門進(jìn)行檢驗(yàn)和校正,并取得合格證后方可用于安裝觀測(cè)。觀測(cè)軸線的控制點(diǎn)布于各拱座頂面,后視點(diǎn)設(shè)于拱座正面,采用陰陽(yáng)標(biāo)記,陰陽(yáng)部分的交界線即為觀測(cè)基線,要設(shè)準(zhǔn)確。觀測(cè)軸線的標(biāo)尺安裝于每段拱肋離接頭1.5 m處(采用DN32鍍鋅水管做好尺寸標(biāo)記然后與絲堵連接點(diǎn)焊于拱肋上),水平方向垂直于拱肋。觀測(cè)控制點(diǎn)、后視點(diǎn)和標(biāo)尺中心從拱肋軸線往垂直于拱肋的外側(cè)引出一相同的水平距離。觀測(cè)時(shí)將經(jīng)緯儀架設(shè)于觀測(cè)控制點(diǎn)上,照準(zhǔn)后視點(diǎn),固定水平盤,再轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤找準(zhǔn)相應(yīng)標(biāo)尺,通過(guò)觀測(cè)標(biāo)尺中心標(biāo)記與望遠(yuǎn)鏡縱絲的偏差距離即可知道拱肋節(jié)段的軸線偏位情況,并報(bào)相關(guān)指揮人員指揮調(diào)整。拱肋高程采用全站儀觀測(cè),也要于拱肋上設(shè)高程觀測(cè)點(diǎn)和在地上設(shè)高程控制點(diǎn),高程控制點(diǎn)可相應(yīng)布設(shè)于各拱座面上,避免因距離較遠(yuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)棱鏡中心存在誤差影響標(biāo)高觀測(cè)精度,觀測(cè)前先將棱鏡上部分與鏡座分離,另加一套筒與棱鏡部分連接,然后將棱鏡置掛于距拱肋接頭1.5 m處底座(在鋼管上面焊一個(gè)安放棱鏡的底座,先量棱鏡十字絲中心到拱肋頂?shù)母叨茸鳛殓R高輸入儀器),測(cè)得觀測(cè)點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)(X,Y,Z)為(樁號(hào),距中,高程),和設(shè)計(jì)值相比較可知拱肋控制點(diǎn)的偏差情況,Y值偏差只作為參考(由軸線觀測(cè)組控制上下弦),報(bào)告給指揮中心指揮拱肋就位組進(jìn)行調(diào)整。拱肋上的觀測(cè)點(diǎn)如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

在拱肋吊裝過(guò)程中,由于對(duì)每段拱肋嚴(yán)格控制,并使之達(dá)到預(yù)抬的標(biāo)高,從而減小了鋼管拱合龍前調(diào)整拱肋的整體控制難度,保證了鋼管拱的順利合龍。結(jié)果表明:分組控制方法運(yùn)用合理,減少了觀測(cè)次數(shù),簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程,數(shù)據(jù)結(jié)果合乎精度要求,具有直觀、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn),達(dá)到了測(cè)量控制目的,直接減少了工人在拱肋停留的時(shí)間,提高了工作效率,為合江長(zhǎng)江一橋的順利合龍?zhí)峁┝思夹g(shù)保證。

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