斜拉橋斜塔柱施工過程中的線型控制

李忠林，周華欣

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710100)

0 引 言

禹門口黃河公路大橋位于晉陜峽谷出口處，大橋主跨長565 m，為雙塔雙索面鋼混結(jié)合梁斜拉橋。大橋主塔為H型索塔，塔高171.3 m，其中下塔柱向外傾斜，塔高25.75 m；中塔柱向內(nèi)傾斜，塔高71 m；上塔柱為垂直塔柱，塔高71.55 m。本文研究如何更好地控制中塔柱向外傾斜施工及下塔柱向內(nèi)傾斜施工時的線型控制措施及塔柱施工完成后的檢查方法。

1 工程概況

擬建的禹門口黃河公路大橋位于舊橋下游420 m處，主塔由塔座、下塔柱、中塔柱、上塔柱、下橫梁、上橫梁組成，下塔柱為向外伸壁、變截面、圓倒角薄壁空心墩，中塔柱為向內(nèi)伸壁、變截面、圓倒角薄壁空心墩，上塔柱為垂直等截面薄壁空心墩，上下橫梁均為預(yù)應(yīng)力箱型現(xiàn)澆梁。施工區(qū)域位于暖溫帶半干旱氣候區(qū)，冬季寒冷偏短，夏季炎熱較長，晝夜溫差較大，年平均氣溫為14.2 ℃，最高溫度為41 ℃，最低溫度為-15 ℃，年降水量為558 mm，由于地處黃河大峽谷出口處，全年不定期有大風(fēng)。

2 儀器選定

由于本項目地理位置特殊，無法布置高度超過主塔高度的測量控制點，綜合考慮后選定帶有ATR(自動照準(zhǔn))的測量儀器，仰視測量可以輕松找見目標(biāo)棱鏡，方便現(xiàn)場實際操作。測量儀器精度為1″ ，免棱鏡測量距離為500 m(塔柱斜率檢查中要使用免棱鏡功能)。本項目使用徠卡TS16，測量棱鏡為徠卡原裝圓棱鏡，棱鏡常數(shù)為0。對中桿使用前應(yīng)檢查對中桿垂直度、棱鏡刻度高度與實際高度是否一致，避免因為儀器誤差影響測量精度，儀器使用前經(jīng)過校檢，符合設(shè)計及規(guī)范要求[1-3]。

3 控制點的布置

主塔11#、12#距離岸邊最近距離分別為150 m和170 m。布設(shè)控制點時考慮后視距離應(yīng)大于前視距離，以保證定位方位角時的儀器設(shè)站精度，長邊控制短邊以提高測量精度及數(shù)據(jù)的可靠性?？紤]后期可能有施工或人為因素的影響，每個主塔沿河岸布置布設(shè)4個控制點，保證4個控制點互相之間通視，控制點精度為GPS D級和二等水準(zhǔn)。由于儀器測量時受外界因素影響較多，本項目主要受風(fēng)力的影響，所以在控制點位處放置直徑為2 m、高度為2 m的鋼護筒，并在需要的位置切割開口方便測量及后視，以消除風(fēng)力對儀器測量精度的影響[4]?？刂泣c布設(shè)如圖1所示。

圖1 主橋施工控制網(wǎng)布設(shè)

4 平面控制網(wǎng)測量

(1)主網(wǎng)控制加密點復(fù)測采用4臺華測T8接收機，靜態(tài)觀測標(biāo)稱精度為5+1 ppm·km-1。

(2)平面復(fù)測控制網(wǎng)等級為D級GPS網(wǎng)布局，沿線路方向設(shè)點，在1980年西安坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)中，其最弱邊相對中誤差應(yīng)不大于1/35 000。D級GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計、觀測、外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核數(shù)據(jù)處理、點位精度等應(yīng)符合《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314—2001)中的有關(guān)規(guī)定。在本標(biāo)段共復(fù)測平面控制點17個，其中5個(A02、A01、DQ03、DQ02、DQ01)設(shè)計院交樁控制點作為已知數(shù)據(jù)，計算另外12個(JM4-JM26)加密控制點。測量過程中采用邊連接式組成GPS網(wǎng)，才能保證網(wǎng)的幾何強度，提高平面控制網(wǎng)的可靠性。首先將4臺接收機分別架設(shè)在A02、A01、DQ02、JM09上，觀測1個時段，然后保持A02、DQ02點上接收機不動，將其他2臺接收機分別架設(shè)在JM10、JM04控制點上觀測1個時段；然后保持DQ02、JM10點上接收機不動，將其他2臺接受機分別架設(shè)在DQ01、JM11控制點上觀測1個時段。由此循環(huán)，最后分別把4臺接收機架設(shè)在JM23、JM24、JM25、JM26上觀測1個時段，每時段測量時間應(yīng)大于2 h。每臺接收機在控制點上觀測時的儀器高度、開關(guān)機時間、儀器編號、天氣情況、操作人員等信息應(yīng)按照規(guī)范要求進行記錄，以備后期數(shù)據(jù)處理。

(3)本項目平面控制網(wǎng)等級為GPS D級網(wǎng)終，靜態(tài)數(shù)據(jù)平差采用華測CGO靜態(tài)處理軟件進行處理及平差，評查結(jié)果應(yīng)滿足《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》(GB/T18314—2009)要求。

5 高程控制網(wǎng)復(fù)測

(1)高程控制網(wǎng)采用1臺Trimble DiNi03電子水準(zhǔn)儀按往返線路進行測量，水準(zhǔn)銦瓦尺與儀器應(yīng)配套[5-6]。水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺在使用前均進行檢校，附有鑒定報告，并且水準(zhǔn)儀視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸在豎直面上的夾角不超過 20″ ， 水準(zhǔn)銦瓦尺應(yīng)垂直。

(2)高程復(fù)測從標(biāo)尾A02開測，沿線路方向依次往返測量控制點，結(jié)束點為JM24。前后視線長度小于50 m，單站前后視距差小于2 m，每站前后視距積累差小于5 m，視線高度三絲能準(zhǔn)確讀數(shù)。

(3)本項目高程控制網(wǎng)等級為三等水準(zhǔn)控制網(wǎng)，數(shù)據(jù)平差均采用平差軟件按嚴(yán)密平差方法進行水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理成果須符合《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》(GB/T 12898—2009)的要求，并與設(shè)計院《精密工程控制測量網(wǎng)三等水準(zhǔn)成果表》中高程值進行分析比較，直至符合要求。

6 模板靠立測量及計算辦法

主塔下塔柱及中塔柱為傾斜變截面、圓倒角薄壁空心墩，施工中每個高度的變化平面位置都會發(fā)生相應(yīng)的變化，塔柱斜率如圖2所示。

圖2 主塔斜率

下塔柱內(nèi)側(cè)斜率為5.25∶25.75，外側(cè)斜率為5.25∶25.75，里程方向斜率為1.5∶96.75；中塔柱里程方向斜率為1.5∶96.75。從斜率變化可以看出每個高程對應(yīng)的塔柱位置都在變化，這就給模板靠立提出了更高的要求，所測數(shù)據(jù)均需要現(xiàn)場計算。由于塔柱為變截面、圓倒角薄壁空心墩，用四角定位的測量方法進行模板校驗不能準(zhǔn)確地定位出模板的三維位置。這里采用四邊側(cè)量的方法進行測量計算及模板校驗，如圖3所示。

圖3 四邊側(cè)量方法

下塔柱施工時，模板靠立時順橋向長邊測量2個任意點a、b，由于斜拉橋為直線橋梁，只需控制順橋向長邊的橫偏距離即可，分別測量a、b點的xyh坐標(biāo)，根據(jù)高程計算出測量點a、b設(shè)計橫偏L，要求橫偏偏差控制在0.5cm；再測量出橫橋向短邊c、d點(任意點)的xyz坐標(biāo)，根據(jù)高程計算出測量點c、d點的設(shè)計里程以及a、b點設(shè)計里程，要求里程偏差控制在0.5cm。2點定位1條直線，當(dāng)a、b、c、d點根據(jù)上述方法調(diào)整到位后，即a、b、c、d點所在的邊調(diào)整到位。用同樣的方法校核出另外2個邊的模板靠立位置，當(dāng)所有的邊模板靠立到位后進行模板加固，加固完成后再檢查所有邊的模板位置，防止加固變形。

由于下塔柱向外傾斜，下橫梁未施工時防止塔柱向外傾斜，在下塔柱設(shè)置對拉措施，對拉采用Φ32 mm精軋螺紋鋼通過連接器進行連接。為防止精軋螺紋鋼被施工焊渣燒傷，應(yīng)設(shè)置保護套。精軋螺紋鋼共設(shè)置8根，設(shè)置于大小里程2個腹板位置，每側(cè)設(shè)置4根，居中設(shè)置，垂直高度為500 mm。第1道對拉桿距離承臺頂面19 565 mm，在施工塔柱時，在對應(yīng)位置預(yù)留直徑50 mm鋼管，待液壓爬模不受影響時，將精軋螺紋鋼穿入，同1排2根精軋螺紋鋼采用型鋼分配壓力，保證對拉處受力均勻，每根精軋螺紋鋼施加350 kN拉力。

中塔柱施工時，模板靠立時順橋向長邊測量2個點a1、b1(任意點)，由于斜拉橋為直線橋梁，只需控制順橋向長邊的橫偏距離即可，分別測量a1、b1點的xyh坐標(biāo)，根據(jù)高程計算出測量點a1、b1點設(shè)計橫偏L1，要求橫偏偏差控制在0.5cm；再測量出橫橋向短邊c1、d1點(點為任意點)，分別測量出c1、d1點的xyz坐標(biāo)，根據(jù)高程計算出測量點c1、d1點的設(shè)計里程以及a1、b1點的設(shè)計里程，要求里程偏差控制在0.5cm。2點定位1條直線，當(dāng)a1、b1、c1、d1點根據(jù)上述方法調(diào)整到位后，即a1、b1、c1、d1點所在的邊調(diào)整到位，以同樣的方法校核出另外2個邊的模板靠立位置。當(dāng)所有的邊模板靠立到位后進行模板加固，加固完成后再檢查所有邊的模板位置，防止加固變形。

由于中塔柱為向內(nèi)傾斜，上橫梁未施工時為防止塔柱向內(nèi)傾斜，在中塔柱設(shè)置對撐措施，對撐采用鋼管作為支撐結(jié)構(gòu)。鋼管尺寸為530 mm×10 mm，中塔柱共設(shè)置3道，每道支撐由2根鋼管組成。鋼管之間焊接[32雙槽鋼平聯(lián)，鋼管兩端與塔柱預(yù)埋件鋼板焊接，預(yù)埋鋼板的尺寸為1 300 mm×1 000 mm×16 mm，鋼板后設(shè)置6個U型HRB400Φ25錨固鋼筋，施工塔柱時，將其埋置于混凝土內(nèi)。由于鋼板表面內(nèi)陷30 mm，在其下設(shè)置1個三角托架平臺，支撐鋼管與預(yù)埋鋼板焊接。為保證支撐鋼管穩(wěn)定，在下橫梁跨中位置設(shè)置4個豎向支撐鋼管，鋼管尺寸亦為530 mm×10 mm，其間距為6 000 mm×6 000 mm；采用[32雙槽鋼作為平聯(lián)，在支撐鋼管位置采用[32雙槽鋼作為支撐點，確保支撐鋼管穩(wěn)定。

7 模板位置控制

澆注混凝土?xí)r由于混凝土自身的質(zhì)量及特性(混凝土為流體)，會對模板產(chǎn)生很大的壓力，應(yīng)派專人看護模板，注意塔柱模板的變形情況，分層緩慢澆注。若發(fā)現(xiàn)模板有較大的變形，應(yīng)停止?jié)沧?，安排測量人員對塔柱模板進行復(fù)測調(diào)整，待模板調(diào)整到位并加固后再繼續(xù)澆注，測量方法與模板靠立測量方法一致[7-10]。必須保證混凝土澆注完成后模板不會產(chǎn)生大的位移變化，以確保主塔成品混凝土的線型。

8 成品塔柱斜率檢查

塔柱上升之后利用全站儀免棱鏡法測量成品塔柱斜率是否在規(guī)范誤差以內(nèi)。以中塔柱外側(cè)面為例，檢查方法如下。

(1)使用全站儀在塔柱橫軸線方向空地上放樣出3個點，點間距不小于50 m，使用穿線法確定全站儀水平方向并鎖定，使用免棱鏡法測量塔柱斜面任意2點的坐標(biāo)及高程(此坐標(biāo)及高程為相對坐標(biāo)高程)[11-12]。點位布置如圖4所示。

圖4 觀察點布設(shè)

(2)使用全站儀測量A點的坐標(biāo)及高程xA、yA、hA，測量B點的坐標(biāo)xB、yB、hB，先計算AB兩點的距離dAB和斜率K。

式中：x為北坐標(biāo)；y為東坐標(biāo)；h為高程。

通過測量并計算出實際斜率，與設(shè)計斜率對比就可以檢查出塔柱實際斜率是否符合設(shè)計及規(guī)范要求。

同理可以用上述方法檢查中塔柱及下塔柱其他面的斜率是否符合設(shè)計及規(guī)范要求。

9 結(jié) 語

在斜拉橋斜塔柱施工中，使用精密合理的儀器、高精度的測量控制網(wǎng)，通過四邊線控制的方法來精確的控制模板靠立，以保障模板的三維坐標(biāo)正確。通過觀察及復(fù)測的方法保證澆注混凝土?xí)r模板的位移。下塔柱向外傾斜時通過設(shè)置對拉設(shè)施來消除塔柱自身重力所產(chǎn)生的應(yīng)力，防止下塔柱位移發(fā)生變化。通過設(shè)置對撐設(shè)施來消除中塔柱自身重力所產(chǎn)生的應(yīng)力，防止中塔柱位移發(fā)生變化。施工完成后通過斜率檢查的方法來檢查塔柱斜率是否滿足設(shè)計及規(guī)范要求。

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