鋼錨梁的精確安裝工藝

朱韶軍，劉艷青，歷 帥

(中交隧道局第二工程有限公司，陜西 西安 710100)

0 引 言

斜拉橋作為橋梁中大氣與美觀的代表，同時具有復(fù)雜程度和技術(shù)水準(zhǔn)高的特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，中國斜拉橋建設(shè)水平已處于世界領(lǐng)先地位，其中大跨徑混凝土斜拉橋的數(shù)量已居世界第一[1]。國道108線禹門口黃河公路大橋主橋?yàn)殡p塔雙索面鋼混結(jié)合梁斜拉橋，采用全鋼結(jié)構(gòu)的鋼錨梁作為斜拉索的錨固結(jié)構(gòu)。在大跨徑混凝土斜拉橋中，索塔上塔柱錨固區(qū)采用“鋼錨梁與鋼牛腿”的全鋼組合，已成為斜拉橋鋼索錨固發(fā)展的趨勢。同時，由于鋼錨梁定位精度要求高、自重大、起吊不靈活、外界環(huán)境因素復(fù)雜等原因，導(dǎo)致鋼錨梁的安裝進(jìn)度緩慢、測量數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、安全風(fēng)險高。

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，通過系統(tǒng)分析鋼錨梁吊裝前的準(zhǔn)備、吊裝過程中的精確定位及規(guī)范操作事項(xiàng)，重點(diǎn)說明吊裝過程中的測量控制事項(xiàng)，切實(shí)有效地提高鋼錨梁安裝的速度與精度，保證工作效率。

1 鋼錨梁安裝定位前的準(zhǔn)備

充分合理的準(zhǔn)備工作是鋼錨梁吊裝順利與否的前提，而且能夠很大程度地提高整個吊裝過程的安全性[2]。

1.1 鋼錨梁進(jìn)場后的驗(yàn)收

鋼錨梁進(jìn)場后要進(jìn)行檢查驗(yàn)收，內(nèi)容主要包括：鋼錨梁制造參數(shù)和工廠驗(yàn)收資料； 鋼錨梁外觀檢查，包括結(jié)構(gòu)尺寸、外觀平整度、油漆涂刷等的復(fù)查；鋼材探傷等裂縫檢查。

1.2 鋼錨梁的組拼與連續(xù)預(yù)拼

由于鋼錨梁屬于異地加工，組拼后無法正常運(yùn)輸，在運(yùn)輸期間容易發(fā)生變形[3]，所以通常將組件運(yùn)到施工現(xiàn)場后，進(jìn)行二次組拼。在運(yùn)輸過程中，與鋼牛腿形成整體的鋼壁板盡量做到平放，同時在車廂的底板和四周均堆碼一定厚度的草墊緩沖，使運(yùn)輸變形盡量降到最小。

單節(jié)鋼錨梁的預(yù)拼過程為：在場地上平放2個馬鐙，測量馬鐙頂高程，率先起吊鋼錨梁擱置在馬鐙上并作簡易固定；然后分別起吊兩側(cè)壁板進(jìn)行組拼，單側(cè)壁板到位后，安裝牛腿與錨梁之間的連接螺栓完成初步組拼；最后對壁板尺寸和四角高程、錨點(diǎn)高程、索導(dǎo)管相對位置、壁板四角上下對角線長度進(jìn)行復(fù)核，滿足要求后著手進(jìn)行連續(xù)預(yù)拼。

連續(xù)預(yù)拼在連續(xù)兩節(jié)之間進(jìn)行，此時鋼錨梁為單節(jié)整體起吊，對接完成后，除進(jìn)行常規(guī)的復(fù)核外，重點(diǎn)監(jiān)測壁板的累積高度和四角高差，為后續(xù)錨高程和鋼錨梁傾斜趨勢的調(diào)整保留余地。

1.3 測量控制點(diǎn)與儀器的準(zhǔn)備

在測量過程中，由于安裝鋼錨梁的位置一般是上塔柱，上塔柱的高度通常超過100 m，在測量定位中由于地面控制點(diǎn)的局限性，往往導(dǎo)致在一個控制點(diǎn)上架設(shè)儀器只能觀測到鋼錨梁的單側(cè)面，無法保證一次觀測全部，給鋼錨梁定位帶來不便。所以在鋼錨梁架設(shè)前期應(yīng)該提前選擇加密合適的控制點(diǎn)，并且通過做控制網(wǎng)復(fù)測保證所選控制點(diǎn)的精度。

在高溫季節(jié)里，高溫和強(qiáng)光都是影響測量儀器精度的重要因素，白天有效測量時間很短，大部分測量工作在夜間進(jìn)行，而且高塔柱測距較長，對儀器的要求也很嚴(yán)格。鋼錨梁精確定位使用的全站儀必須滿足以下要求：角度測量精度不超過± 1″；距離測量精度不超過± 1mm +2ppm；帶有紅外線導(dǎo)向功能；帶馬達(dá)驅(qū)動、自動照準(zhǔn)和數(shù)據(jù)自動記錄功能[4]，如Leica(徠卡)系列的TCA2003、TCA1201及天寶全站儀Trimble S6、S8等(圖1)；必須有至少2套與全站儀型號配套使用的測量棱鏡并且均在合格有效使用期限之內(nèi)。

圖1 全站儀

1.4 測量人員的配備

配備1名能熟練操作儀器、能做測量坐標(biāo)正反算、具有一定測量工作經(jīng)驗(yàn)的測量員作為主測，2名具有一定測量工作經(jīng)驗(yàn)的司鏡員，還需1名機(jī)動人員隨時檢查后視棱鏡的傾斜情況和其他事務(wù)。

1.5 其他準(zhǔn)備事項(xiàng)

對起吊設(shè)備進(jìn)行例行檢查調(diào)整，特別是制動系統(tǒng)；對用于吊裝及定位調(diào)節(jié)的吊具、鎖具、葫蘆、千斤頂和高強(qiáng)螺栓及其施擰機(jī)具進(jìn)行檢查校正。鋼錨梁采用四點(diǎn)起吊，根據(jù)鋼錨梁的外形尺寸特點(diǎn)，在吊架耳板上開不同間距的吊孔[5]；檢查工作面配備的照明設(shè)備、電源線以及鋼錨梁牽引繩、手拉葫蘆是否到位；安裝并檢查工作平臺。了解天氣情況，以免因風(fēng)、雨、霧等惡劣天氣影響吊裝；吊裝工作應(yīng)選擇作業(yè)點(diǎn)風(fēng)速在10 m·s-1以下且無雨霧天氣、溫差變化較小的時間進(jìn)行。

2 鋼錨梁的安裝定位

鋼錨梁在吊裝的過程中分為首節(jié)吊裝和其他(標(biāo)準(zhǔn))節(jié)吊裝2個部分，其中首節(jié)安裝需要重點(diǎn)預(yù)控壁板的高程[6]、平面位置以及壁板之間的相對高差，需要預(yù)埋鋼支架作為鋼錨梁的擺放平臺；其他節(jié)鋼錨梁在安裝過程中采用連續(xù)疊加的方法[7]，即相鄰上下節(jié)鋼錨梁壁板之間直接對接。

2.1 首節(jié)鋼錨梁的吊裝

第一節(jié)鋼錨梁的安裝在第19節(jié)塔柱混凝土澆注完成、第20節(jié)塔柱混凝土勁性骨架接高到位后進(jìn)行。為了準(zhǔn)確調(diào)整鋼錨梁的平面位置和高程，第19節(jié)塔柱混凝土澆注時，在混凝土內(nèi)預(yù)埋4個40 cm×40 cm×20 cm鋼板，拼成5 m×3 m的矩形狀。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到40 MPa后，采用I25工字鋼焊接鋼支架，支架的平面位置由塔柱橫向和縱向軸線分出，支架的高程是在第一節(jié)鋼錨梁底部圖紙?jiān)O(shè)計(jì)高程的基礎(chǔ)上加上由MIDAS建模計(jì)算得出的首節(jié)鋼錨梁的最大變形量。

禹門口黃河大橋首節(jié)鋼錨梁自重達(dá)18 t，所以首節(jié)鋼錨梁精調(diào)的原則及思路是：在吊裝前由限位板控制鋼錨梁的橫橋向位置(即垂直于線路方向)，吊裝后通過測量精調(diào)過程控制鋼錨梁的縱向位置，最后復(fù)核鋼錨梁的各個角點(diǎn)及中心點(diǎn)。

在首節(jié)鋼錨梁吊裝前，用全站儀在支架上放樣，并用鋼板作為限位板焊接固定，同時測量復(fù)核鋼支架頂面高程(該高程的測量采用三角高程測量原理，且應(yīng)低于設(shè)計(jì)高程4 mm，以便于調(diào)整)。

在整座斜拉橋設(shè)計(jì)上，塔柱橫橋向軸線與整個線路方向正交，即左右幅塔柱關(guān)于線路中心對稱(圖2)。左幅塔柱縱向軸線的偏距(與線路中心線的距離)[8]由設(shè)計(jì)圖紙計(jì)算得出是-14 m。按照架設(shè)要求，鋼錨梁順橋向中心線與塔柱順橋向中線應(yīng)重合，鋼錨梁底板寬度是 1.18 m，則靠近線路中心一側(cè)的底板偏距均為-8.1 m。所以，在鋼錨梁吊裝前，鋼支架上放樣的限位板位置均需滿足偏距-8.1 m，即保證整個鋼錨梁放置在鋼支架上時，其橫橋向位置由限位板來控制，順橋向位置暫不考慮，這樣便于鋼錨梁的精調(diào)，如圖3所示。

圖2 塔柱

圖3 限位板位置

為保證橫橋向位置，需要通過全站儀測量來控制鋼錨梁的順橋向位置：整個主塔橫向中心線的里程[9]均為K1+275；由設(shè)計(jì)圖紙可知鋼錨梁的橫橋向中心線與整個塔柱的橫向中心重合，鋼錨梁縱向2個壁板之間的凈距為6.8 m，所以大里程壁板內(nèi)壁里程為1 278.4 m，即K1+278.4，小里程壁板內(nèi)壁里程為1 271.6 m，即K1+271.6。

在首節(jié)鋼錨梁初次吊裝完畢后，開始進(jìn)行鋼錨梁位置精調(diào)。首先檢查后視棱鏡從而確定全站儀的精度穩(wěn)定情況，如果后視誤差較大，立即查明原因并重新設(shè)站，確保儀器設(shè)置準(zhǔn)確無誤[10]。初次測定鋼錨梁小里程方向壁板的中心位置點(diǎn)(該中心點(diǎn)在鋼錨梁加工過程中已精確標(biāo)記完成)的坐標(biāo)(X,Y)，然后借助編程計(jì)算器反算該點(diǎn)對應(yīng)的里程偏距。例如：該點(diǎn)反算的里程和偏距是(K1+271.608，-14.001)，已知鋼錨梁小里程側(cè)壁板中心點(diǎn)的設(shè)計(jì)里程和偏距是(K1+271.6，-14)；則明顯看出實(shí)際鋼錨梁的小里程壁板中心點(diǎn)在里程上與設(shè)計(jì)相差8 mm,偏距上相差1 mm。接著觀測鋼錨梁大里程側(cè)壁板的中心點(diǎn)，例如：觀測的坐標(biāo)是(X1，Y1)，同樣反算成里程和偏距為(K1+278.407，-14.002)，且已知該點(diǎn)設(shè)計(jì)的里程和偏距是(K1+278.4，-14)，從而得到鋼錨梁大里程側(cè)壁板的中心點(diǎn)在里程上與設(shè)計(jì)相差7 mm，偏距上相差2 mm。

這節(jié)鋼錨梁在偏距方向(即上文橫橋向)相差較小，在合理范圍之內(nèi)，無需調(diào)整，而里程方向(即上文順橋向)與設(shè)計(jì)相差7～8 mm,不符合要求，需要再作調(diào)整。接下來由現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員指揮塔吊將鋼錨梁重新起吊，按測量結(jié)果作出調(diào)整，之后再次通過全站儀測量反算確定偏位情況；在2個中心點(diǎn)都調(diào)整無誤后，繼續(xù)測定鋼錨梁的4個角點(diǎn)，從而復(fù)核驗(yàn)算整個鋼錨梁的偏位情況，方法與中點(diǎn)測量原理一樣。

首節(jié)鋼錨梁定位無誤后，通過焊接使鋼錨梁與鋼支架固定在一起，避免其后期發(fā)生偏位。

2.2 其他節(jié)鋼錨梁的吊裝

安裝其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)鋼錨梁時，由于鋼錨梁壁板厚度為30 mm，接觸面積小，施工過程中定位不易控制，因此采用增加接觸面積的辦法來達(dá)到增加穩(wěn)定性的目的。經(jīng)比選，在單節(jié)鋼錨梁的一側(cè)壁增設(shè)2個水平方向的對接牛腿，上下壁板對接牛腿之間采用螺栓連接。其他節(jié)鋼錨梁均采取單節(jié)吊裝，當(dāng)被起吊錨梁的壁板的底口高度和首節(jié)鋼錨梁壁板上口導(dǎo)向高度一致時，緩慢小心落放接高鋼錨梁，錨梁四周由人員值守，避免待安裝錨梁磕碰已安裝錨梁的壁板和對接牛腿。

當(dāng)接高錨梁與前一次安裝到位的鋼錨梁壁板對接牛腿高度和位置基本對正后，緩慢放松塔吊大鉤，直至待裝錨梁的重量全部由已裝錨梁的壁板承受。需要指出的是，由于其他節(jié)鋼錨梁安裝時在橫向沒有限位板，所以第二節(jié)與首節(jié)鋼錨梁對接安裝時，仍有可能出現(xiàn)偏位的情況，所以需要繼續(xù)通過全站儀測量反算來確定其偏位情況。

3 吊裝過程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)

在整個過程中，測量環(huán)節(jié)無疑是鋼錨梁吊裝精度的保障，合理的測量方法、合適的測量儀器、正確的測量操作流程等是保證鋼錨梁精確定位的前提。

(1)鋼錨梁的吊裝過程對環(huán)境、天氣的要求很高，在吊裝前要關(guān)注天氣預(yù)報，風(fēng)、雨、霧都是直接影響吊裝的因素，甚至可能造成安全隱患。在整個吊裝過程中，塔柱周圍其他的交叉作業(yè)必須先暫停，而且事先撤離到安全區(qū)域。

(2)在測量過程中，大風(fēng)天氣容易使測站點(diǎn)架設(shè)的儀器發(fā)生移動，尤其是精密儀器更容易受到擾動，前視棱鏡同樣存在這樣的問題，所以最好選擇在4級以下風(fēng)力的天氣進(jìn)行吊裝和測量。

(3)霧天會使全站儀在觀測時發(fā)射的激光在空氣中發(fā)生折射，使測距較平時增加，造成測量誤差，因此霧天應(yīng)盡量避免吊裝。

(4)溫度變化較大時，全站儀補(bǔ)償器(液態(tài)裝置)因熱脹冷縮會受到極大的影響，從而造成測量誤差大(可以達(dá)到2～3 cm)，理想的測量溫度在20 ℃內(nèi)。因此，夏天高溫時白天有效測量時間很短，白天可以吊裝，但是精調(diào)必須到夜間溫度相對較低且變化較小時進(jìn)行。

(5)全站儀必須要有ATR自動照準(zhǔn)功能，原因是在較遠(yuǎn)的測距下，人為照準(zhǔn)棱鏡很困難，尤其在配合使用小棱鏡的情況下就更加困難。但是，ATR對中受光源干擾較大，應(yīng)盡量減少光源對觀測質(zhì)量的影響，在無光源的漆黑環(huán)境，ATR自動照準(zhǔn)精度最高。所以，全站儀盡量避免逆光測量和在強(qiáng)光下測量。

(6)全站儀盡量避免跨河測量，高溫會使河面氣化嚴(yán)重，導(dǎo)致測量誤差。

4 結(jié) 語

本文對鋼錨梁的整個吊裝過程作了系統(tǒng)論述，尤其在測量方面，從儀器的角度分析了測量過程中各種外界因素對測量精度的影響，以及在鋼錨梁精調(diào)過程中測量坐標(biāo)所反映出來的偏位情況。首節(jié)鋼錨梁吊裝前，提前在鋼支架上通過測量放樣固定限位板，可大大提高首節(jié)鋼錨梁的定位精度，從而簡化首節(jié)鋼錨梁的精調(diào)過程；其他(標(biāo)準(zhǔn))節(jié)鋼錨梁吊裝時，使用對接牛腿能夠增加上下兩節(jié)鋼錨梁的對接面積，提高整體的穩(wěn)定性。

施工現(xiàn)場情況復(fù)雜，不同溫度及氣壓對全站儀精度的影響以及大氣折光率對全站儀三角高程測量的影響仍未明確，需通過大量的實(shí)測數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的研究。

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