南京長(zhǎng)江四橋引橋懸臂拼裝測(cè)量技術(shù)

劉 嶺,鄭勇峰

(浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310012)

南京長(zhǎng)江四橋引橋懸臂拼裝測(cè)量技術(shù)

劉 嶺,鄭勇峰

(浙江省電力設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310012)

以分段施工橋梁——南京長(zhǎng)江四橋引橋施工控制為例，針對(duì)懸臂拼裝過程中的線形控制問題，明確施工過程中的主要控制內(nèi)容及相應(yīng)的精度控制目標(biāo)，著重對(duì)施工控制網(wǎng)的建立、架橋機(jī)撓度檢測(cè)、幾何控制數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的選擇、梁段定位測(cè)量、誤差修正等內(nèi)容進(jìn)行研究。以最終線形控制結(jié)果為依據(jù)，評(píng)價(jià)所用測(cè)控方法，為今后懸臂拼裝施工技術(shù)在類似工程中的應(yīng)用提供參考。

分段施工；懸臂拼裝；線形控制；誤差修正

南京長(zhǎng)江四橋是國(guó)內(nèi)首座跨度超過千米的三跨懸吊懸索橋，其南引橋長(zhǎng)1 489.6 m，北引橋長(zhǎng)1 313 m。根據(jù)設(shè)計(jì)和施工控制的要求，將南北引橋劃分為2 122塊短梁段，其中預(yù)制2 054塊，現(xiàn)澆68塊。施工時(shí)，首先采用短線法[1-2]預(yù)制，再將梁段運(yùn)至橋位處進(jìn)行懸臂拼裝。以橋墩頂部的起始梁段為中心將整跨梁段分為左、右兩臂拼裝，最終通過張拉預(yù)應(yīng)力形成一個(gè)較長(zhǎng)的“T”形結(jié)構(gòu)的平衡懸臂。每?jī)蓚€(gè)相鄰懸臂間通過現(xiàn)澆合攏梁段和兩道現(xiàn)澆濕接縫[3]相連接，并張拉合攏預(yù)應(yīng)力，形成連續(xù)的多跨橋梁。該項(xiàng)施工技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少，且橋梁建造的現(xiàn)代施工工藝對(duì)測(cè)量精度和施工控制的方法提出了較高要求,因此本文對(duì)懸臂拼裝施工的控制網(wǎng)布設(shè)、拼裝測(cè)量方法、誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探討。

1 懸臂拼裝控制內(nèi)容及精度

根據(jù)懸臂拼裝施工技術(shù)的定義及南京長(zhǎng)江第四大橋引橋施工具體操作要求，制定其控制流程如圖1所示。

由圖1可以看到，懸臂拼裝階段的主要測(cè)量?jī)?nèi)容包括：架橋機(jī)撓度檢測(cè)、起始梁段精確定位、對(duì)稱懸臂姿態(tài)測(cè)量及預(yù)應(yīng)力張拉后驗(yàn)收等。

懸臂拼裝施工精度嚴(yán)格按照中華人民共和國(guó)建設(shè)部發(fā)布的《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制梁段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)程》[4]及《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》[5]要求，對(duì)梁段的空中姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整控制。具體空間位置控制驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方法如表1所示，其中L為梁跨徑。

圖1 懸臂拼裝施工流程

表1 懸臂拼裝施工控制精度

2 懸臂拼裝測(cè)控基礎(chǔ)

2.1 施工控制網(wǎng)的建立

南京長(zhǎng)江四橋位于長(zhǎng)江下游，概略位置為N 32°08′～32°15′，E 118°54′～118°58′。根據(jù)相關(guān)技術(shù)研究，在懸臂拼裝階段首級(jí)控制網(wǎng)的必要精度應(yīng)達(dá)到±5 mm[6-7]。因此，根據(jù)施工控制需要，布設(shè)如圖2所示的懸臂拼裝施工控制網(wǎng)，點(diǎn)位條件能滿足GPS觀測(cè)及全站儀測(cè)量、施工放樣通視條件的需要，全部布設(shè)為帶強(qiáng)制對(duì)中底盤的觀測(cè)墩。

圖2 懸臂拼裝平面控制網(wǎng)

為保證引橋測(cè)量成果與主橋統(tǒng)一，以主橋首級(jí)控制點(diǎn)(NF05、NF06、NF07、NF08、NF09、NF10)為起算數(shù)據(jù)，用4臺(tái)Trmible GPS接收機(jī)(標(biāo)稱精度為5 mm+1 ppm)，以同步環(huán)重復(fù)邊和圖形鏈接方式，按照《公路勘測(cè)規(guī)范》中的二等GPS控制網(wǎng)要求施測(cè)。

高程控制網(wǎng)與平面控制網(wǎng)使用的控制點(diǎn)一致，采用精密水準(zhǔn)的方法按照國(guó)家二等水準(zhǔn)要求嚴(yán)格施測(cè)。

隨著懸臂拼裝施工進(jìn)度的開展和觀測(cè)條件的限制，需要將地面控制點(diǎn)傳遞至橋墩頂部或已完成預(yù)應(yīng)力張拉的梁段上，此時(shí)加密的方法可以采用測(cè)角前方交會(huì)、測(cè)邊前方交會(huì)、全站儀自由設(shè)站交會(huì)、角度后方交會(huì)法或?qū)Ь€法等[8]。不同的加密方法對(duì)控制點(diǎn)精度的影響不同，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響最小的方法。

2.2 架橋機(jī)撓度監(jiān)測(cè)

懸臂拼裝施工時(shí)，架橋機(jī)的性能將直接影響施工進(jìn)度、懸臂拼裝質(zhì)量、橋梁設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。為了減少架橋機(jī)自身的變形對(duì)梁段拼裝線形的影響，需要在架橋機(jī)空載、梁段拼裝完成后及解構(gòu)后測(cè)量其撓度值。撓度是指彎曲變形時(shí)橫截面形中心沿與軸線垂直方向的線位移，即梁、桁架等受彎構(gòu)件在荷載作用下的最大變形量。架橋機(jī)撓度值測(cè)量控制點(diǎn)分布如圖3所示。利用水準(zhǔn)儀測(cè)量出其相對(duì)高程值，根據(jù)兩點(diǎn)之間的距離，換算成撓度變形量。

圖3 架橋機(jī)撓度變形測(cè)量控制點(diǎn)

2.3 幾何控制點(diǎn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

根據(jù)理論研究，連續(xù)橋梁可以利用梁段的中心線及其頂面的橫坡來組合表示橋梁在三維空間內(nèi)的線形與姿態(tài)。因此，懸臂拼裝施工需要控制的是梁段頂面中心線及中心線在接縫處頂面的橫坡。根據(jù)以上原理，在梁段預(yù)制時(shí)預(yù)埋如圖4所示的幾何控制點(diǎn)，連接位于梁段頂面中心線上的點(diǎn)FH及BH，作為梁段的軸線控制線，以此控制梁段在平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角；分別連接點(diǎn)FL、FR及BL、BR組成兩條高程控制線，控制梁段立面線形和接縫處的橫坡。測(cè)量出其在預(yù)制坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，并建立與橋梁整體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系用于懸臂拼裝。

圖4 懸臂拼裝幾何控制點(diǎn)

3 懸臂拼裝控制測(cè)量

懸臂拼裝定位測(cè)量，在墩頂加密控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，并用多個(gè)后視點(diǎn)進(jìn)行定向校核，根據(jù)精密三維坐標(biāo)法測(cè)量出梁段頂面控制點(diǎn)的坐標(biāo)，與設(shè)計(jì)拼裝位置相比并進(jìn)行調(diào)整，如圖5所示。

圖5 懸臂拼裝測(cè)量示意圖

高程控制時(shí)，先將地面高程控制點(diǎn)通過同時(shí)對(duì)向三角高程觀測(cè)法傳遞至橋墩頂部，然后結(jié)合精密水準(zhǔn)測(cè)量方法，進(jìn)行控制點(diǎn)高程控制。

3.1 起始梁段定位

起始梁段作為整跨梁段懸臂施工的起點(diǎn)與基礎(chǔ)，其空間定位誤差將對(duì)整跨的線形產(chǎn)生巨大影響。由于其具有結(jié)構(gòu)及受力情況復(fù)雜、施工工序環(huán)節(jié)多、施工條件差等特點(diǎn)，施工過程中需要有高精度的測(cè)量控制方法。因此起始梁段的定位精度要求比普通梁段高，具體要求如表2所示。

表2 起始梁段定位允許誤差

橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完畢后，需要檢查臨時(shí)支座標(biāo)高、永久支座墊石標(biāo)高，打磨平整超高部分。先用全站儀放樣出橋軸線位置，并在墩頂上標(biāo)示，為起始梁段定位做好準(zhǔn)備(見圖6)。具體調(diào)整步驟如下：

1)起吊起始梁段進(jìn)行粗定位。通過設(shè)置在墩頂上的油壓千斤頂調(diào)整，使梁段軸線與墩項(xiàng)預(yù)先放樣出的橋軸線對(duì)齊。梁段粗定位需要多次調(diào)整趨近，控制限差為平面位置偏差為±20 mm，標(biāo)高位置偏差為±30 cm。

2)利用平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，用精密三維極坐標(biāo)或前方交會(huì)法測(cè)量起始梁段頂面6個(gè)控制點(diǎn)的平面位置坐標(biāo)值，高程控制時(shí)采用水準(zhǔn)測(cè)量方法放樣。觀測(cè)梁段偏位情況，按照橋梁設(shè)計(jì)要求計(jì)算出定位調(diào)整值。根據(jù)計(jì)算值用梁底的調(diào)位千斤項(xiàng)，對(duì)梁段進(jìn)行精確定位，使其滿足控制精度要求。采集最終控制點(diǎn)坐標(biāo)值，了解梁段安裝的誤差，為后續(xù)梁段拼裝提供依據(jù)。

3)起始梁精確定位后，進(jìn)行永久支座上座板及臨時(shí)支座灌漿，并拆除底部千斤頂，張拉臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力，最后進(jìn)行梁段第二次澆筑。

圖6 起始梁段定位

如表3所示為橋軸坐標(biāo)系下，本項(xiàng)目中某跨起始梁段的最終定位情況，由表中的偏差情況可以看出，該起始梁段的定位精度滿足施工控制精度要求，可以進(jìn)行第一對(duì)梁段的懸臂拼裝。

表3 橋軸坐標(biāo)系下起始梁段實(shí)際安裝值

3.2 平衡懸臂T構(gòu)拼裝

起始梁段精確定位后，在其基礎(chǔ)上利用架橋機(jī)逐對(duì)起吊左右相鄰兩塊梁段進(jìn)行懸臂拼裝，具體拼裝步驟如下：

1)起吊1號(hào)梁段，在縱向及橫向上接近設(shè)計(jì)空間位置，并使其下緣略高于橋面標(biāo)高，且與起始梁段間預(yù)留150 cm的空隙。

2)在1號(hào)梁段與起始梁段的匹配面上均勻快速的涂抹3 mm厚的環(huán)氧樹脂。

3)按照梁段短線法預(yù)制時(shí)1號(hào)梁段與起始梁段間的相對(duì)位置關(guān)系及橋梁整體線形，計(jì)算拼裝階段的梁段頂面6個(gè)控制點(diǎn)的幾何數(shù)據(jù)，根據(jù)其指導(dǎo)放樣定位1號(hào)梁段空間姿態(tài)。在施工現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀和水準(zhǔn)儀，按照表1中的精度限差要求進(jìn)行施工控制調(diào)整。若誤差在允許范圍內(nèi)，按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖張拉臨時(shí)預(yù)應(yīng)力，進(jìn)行下一梁段的拼裝(見圖7)。

圖7 對(duì)稱懸臂拼裝

4)起始梁段對(duì)稱方向的-1號(hào)梁段懸臂拼裝，按照步驟1)至3)重復(fù)進(jìn)行，并按照永久結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖張拉永久預(yù)應(yīng)力；

5)對(duì)于整跨內(nèi)剩余的梁段，采用步驟1)至4)對(duì)稱懸臂拼裝。

表4及表5為橋軸坐標(biāo)系下，某跨中1號(hào)梁段和-1號(hào)梁段的最終定位情況，可以看到其定位精度均滿足施工控制要求，可以進(jìn)行循環(huán)對(duì)稱懸臂拼裝，直至達(dá)到最大懸臂處。

4 懸臂拼裝誤差修正

每對(duì)稱安裝完成一對(duì)梁段后，需將梁段上6個(gè)控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)安裝坐標(biāo)值與設(shè)計(jì)安裝位置進(jìn)行分析對(duì)比，計(jì)算出每塊梁段頂面控制點(diǎn)的誤差，根據(jù)誤差大小，采用相應(yīng)的調(diào)整方案。如果偏差值不足以影響該跨內(nèi)后續(xù)梁段的拼裝，可以待整跨梁體全部拼裝完成后統(tǒng)一用濕接縫進(jìn)行調(diào)整。如果確認(rèn)下一梁段拼裝時(shí)需要進(jìn)行糾偏，梁段線形調(diào)整的方法有：

1)加墊環(huán)氧樹脂墊片(如圖8所示)。以立面調(diào)整為例，計(jì)算墊片調(diào)整高度。由于墊塊很薄，所以

(1)

得到：

h=bL/H.

(2)

式中：b為墊塊的厚度；H為梁段高度；L為梁段長(zhǎng)度；h為該梁段可調(diào)高度。

表4 橋軸坐標(biāo)系下1號(hào)梁段實(shí)際安裝值

表5 橋軸坐標(biāo)系下-1號(hào)梁段實(shí)際安裝值

圖8 懸臂拼裝誤差墊片修正法

梁段平面位置調(diào)整時(shí)，將式(2)中的高度替換為梁段寬度即可。

利用增加墊片的方法可以調(diào)整懸臂拼裝過程中的誤差，但是調(diào)整范圍仍然很小，因此拼裝過程中需要進(jìn)行高精度的控制。

2)控制臨時(shí)預(yù)應(yīng)力張拉。在梁段不需要調(diào)整的情況下，以上下左右對(duì)稱張拉為原則，以盡量保證梁段的正位；當(dāng)需要調(diào)整線性誤差時(shí)，張拉的順序以先張拉能使梁段向控制方向偏轉(zhuǎn)的臨時(shí)拉桿為原則，以利于校正誤差。

3)其它方法。若梁段拼好后，梁段拼裝誤差還需要調(diào)整，可以適當(dāng)壓重，進(jìn)行豎向調(diào)整。

4)增設(shè)濕接縫。當(dāng)梁段線形發(fā)生主要定位錯(cuò)誤或者線形誤差較大，用以上辦法均無法糾偏時(shí)，需用濕接縫的方法，增設(shè)的濕接縫一般寬50 mm，應(yīng)設(shè)在兩段梁段之間并采用無收縮水泥砂漿。

5 懸臂拼裝控制線形分析

為驗(yàn)證文中所述懸臂拼裝階段測(cè)控方法，評(píng)價(jià)橋梁懸臂拼裝線形，可以通過分析梁段頂面控制點(diǎn)的實(shí)際懸臂拼裝位置與設(shè)計(jì)懸臂拼裝位置的差值來得到。以本項(xiàng)目中某跨的懸臂拼裝為例，分別將其頂面4個(gè)高程控制點(diǎn)的實(shí)際拼裝高程與設(shè)計(jì)拼裝高程的差值、2個(gè)軸線控制點(diǎn)的實(shí)際拼裝平面位置與設(shè)計(jì)拼裝平面位置的差值繪制成偏差圖，如圖9、圖10所示。

圖9 懸臂拼裝高程誤差曲線

圖10 懸臂拼裝平面誤差曲線

由圖可見：

1)由于起始梁段采用了較高精度的測(cè)控方法，靠近起始梁段的節(jié)段拼裝誤差小，誤差值離起始梁段越遠(yuǎn)效果越明顯，但是未出現(xiàn)較大的累積誤差，整體偏差量呈波浪形；

2)各測(cè)點(diǎn)標(biāo)高方向誤差最大為10 mm，最小為0 mm，在整跨最大懸臂處均出現(xiàn)了較大的正偏差，但是滿足誤差控制標(biāo)準(zhǔn)[-15 mm,+15 mm]的要求；

3)對(duì)于平面內(nèi)的偏差值，較大部分均能控制在[-5 mm,+5 mm]內(nèi)，且縱橋向的控制精度要優(yōu)于橫橋向的控制精度。

6 結(jié)束語

在本項(xiàng)目懸臂拼裝施工時(shí)用文中的測(cè)控方法能夠控制施工過程中各項(xiàng)誤差的影響，達(dá)到很好的線形控制效果，各項(xiàng)精度均能滿足竣工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

[1]方蕾.短線預(yù)制懸臂拼裝連續(xù)梁橋施工線形控制研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2008.

[2]王雄.短線法預(yù)制梁施工[J].中南公路工程，2005(1)：97-100.

[3]林輝源.先簡(jiǎn)支后連續(xù)橋梁濕接縫的設(shè)計(jì)與施工[J].華東公路，2002(3)：24-26.

[4]上海市第一市政工程有限公司.CJJ/T 111-2006預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁預(yù)制節(jié)段逐跨拼裝施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]交通部公路科學(xué)研究所.JTGF80/1-2004 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：人民交通出版社，2004.

[6]鄭德華.特大型橋梁首級(jí)平面施工控制網(wǎng)的必要精度研究[J].測(cè)繪通報(bào)，2003(6)：20-23.

[7]黃騰，梅紅.特大橋鋼索塔建造精密測(cè)控技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2012：127-128.

[8]馮兆祥，鐘建馳，岳建平.現(xiàn)代特大型橋梁施工測(cè)量技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2003：64-71.

[責(zé)任編輯：張德福]

Measurement techniques of free cantilever erection in the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge

LIU Ling, ZHENG Yong-feng

(Zhejiang Electric Power Design Institute, Hangzhou 310012, China)

For the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge, a segmental construction is taken as an example.With regard to the lineshape control in the free cantilever erection, the main control contents and precision objectives during the process of construction are discussed, and the following aspects are highlighted: construction control network, deflection measurement of bridge-erecting machine, data usesd to controlled, positioning of segments and error correction.Based on the results, the measurement techniques used will cover the similar projects.

segmental construction; free cantilever erection; lineshape control; error correction

2013-08-08

劉 嶺(1987-)，男，碩士研究生.

P22

：A

：1006-7949(2014)09-0056-06