肇慶閱江大橋主塔塔柱測量控制方法

王孟寶

（上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司，上海市200092）

1 工程概述

肇慶閱江大橋?yàn)殡p塔單索面混凝土梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，大橋主跨跨徑分布為（160+320+160）m，主橋全長640 m，墩、塔、梁固結(jié)。主索塔采用鋼混組合體系，整體塔高83.8 m，塔底與零號(hào)塊相接處梁面標(biāo)高為39.704 m，梁面以上25.26 m采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土塔柱上部接鋼塔節(jié)段，鋼塔節(jié)段總高58.54 m，塔頂高程123.504 m，縱橋向整個(gè)塔柱呈“帆”型。

整個(gè)索塔“帆”型兩側(cè)各有24對(duì)斜拉索。斜拉索均錨固于鋼塔內(nèi)（錨于GT2~GT13節(jié)段的錨箱內(nèi)）。GT1通過箱室內(nèi)的剪力釘同鋼混組合段混凝土澆筑成一體，通過預(yù)應(yīng)力張拉，將GT1錨固于混凝土塔柱節(jié)段。

2 測量控制技術(shù)

2.1 控制網(wǎng)建立

肇慶閱江大橋主橋施工階段首級(jí)控制網(wǎng)主要由10個(gè)測量控制點(diǎn)組成，其中4個(gè)為國家C級(jí)控制網(wǎng)。首級(jí)控制網(wǎng)的平面坐標(biāo)系采用1980西安坐標(biāo)系；高程控制網(wǎng)系統(tǒng)采用國家85高程基準(zhǔn)。首級(jí)控制網(wǎng)采用混合網(wǎng)，滿足E級(jí)控制網(wǎng)精度要求；高程控制網(wǎng)滿足國家三等水準(zhǔn)網(wǎng)精度要求。

根據(jù)肇慶閱江大橋主塔施工階段的精度要求，需要針對(duì)現(xiàn)場地形測量條件和塔柱施工高度，加密首級(jí)控制網(wǎng)，以保證整個(gè)主塔施工的施工測量和安裝精度要求。

根據(jù)現(xiàn)場施工地形，綜合比較，分別于已完成的35#蓋梁、38#零號(hào)塊、39#零號(hào)塊、42#蓋梁上選點(diǎn)加密。同時(shí)考慮到38#、39#的施工對(duì)點(diǎn)位的影響，在南岸住房區(qū)域和北岸T型梁橋下可通視區(qū)域，采用深基礎(chǔ)，加密做一強(qiáng)制歸心混凝土觀測墩，后續(xù)監(jiān)控加密點(diǎn)的變化。具體點(diǎn)位分布如圖1所示。

圖1 閱江大橋主橋測量控制點(diǎn)點(diǎn)位分布圖

控制網(wǎng)的加密，采用3臺(tái)Trimble R8 GNSS GPS數(shù)據(jù)接收器同步觀測，通過混合式布網(wǎng)，將加密點(diǎn)同首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)位三角網(wǎng)相聯(lián)。GPS靜態(tài)控制測量采集數(shù)據(jù)，后期通過Trimble TBC軟件處理采集數(shù)據(jù)，得到加密點(diǎn)位坐標(biāo)。具體點(diǎn)位見表1所列。

2.2 測量儀器選擇

考慮到肇慶閱江大橋主塔施工測量的技術(shù)特點(diǎn)和施工難度，為使相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)測量儀器的功能、性能指標(biāo)及實(shí)用性等方面的綜合比選分析，主要采用的測量觀測設(shè)備見表2所列。

表1 加密點(diǎn)位坐標(biāo)一覽表

表2 測量設(shè)備一覽表

2.3 大氣溫度、氣壓、風(fēng)速及大氣濕度對(duì)測量的影響

肇慶閱江大橋所處地區(qū)的氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季少雨溫和。塔柱在施工過程中，受日照、溫度、風(fēng)力等外界環(huán)境因素的影響，隨著塔柱高度的攀升，塔柱會(huì)產(chǎn)生周期性的擺動(dòng)和扭轉(zhuǎn)；另外，由于江面會(huì)產(chǎn)生較大霧氣，對(duì)光線會(huì)產(chǎn)生折射影響?？紤]到上述因素對(duì)塔柱的影響，測量時(shí)間段選擇在氣溫條件較穩(wěn)定的夜間且風(fēng)力較小、江面霧氣小的時(shí)候進(jìn)行塔柱的安裝定位測量工作。

3 塔柱施工測量技術(shù)

3.1 測量方法選擇

混凝土塔柱位置測量放樣主要采用精密全站儀極坐標(biāo)法；高程的測量主要通過全站儀精密天頂測距法，輔助以鋼尺水準(zhǔn)測量和全站儀三角高程測量。

精密全站儀極坐標(biāo)法放樣測量，主要通過對(duì)全站儀儀器溫度和大氣壓的修正，通過后視定向，再選擇一控制點(diǎn)復(fù)核坐標(biāo)的方法，確定設(shè)站正確、點(diǎn)位偏差符合規(guī)范要求后，方可進(jìn)行現(xiàn)場放樣測量工作。

全站儀精密天頂測距法測量高程，是指利用全站儀的精密天頂角，通過安裝全站儀配套目鏡彎管，調(diào)節(jié)棱鏡位置，測距得到全站儀儀高和測點(diǎn)之間的高差，再通過旋轉(zhuǎn)全站儀鏡頭90°，利用塔尺后視已知點(diǎn)標(biāo)高，從而推算得到塔柱上測點(diǎn)標(biāo)高。為保證測量精度要求、消除儀器誤差，采用盤左和盤右分別完成多個(gè)測回，取平均值為最終計(jì)算數(shù)據(jù)。在塔柱測量的同時(shí)，需根據(jù)測量時(shí)段的塔柱溫度，對(duì)計(jì)算的塔柱測點(diǎn)標(biāo)高予以溫度修正。具體測量工藝如圖2所示。

圖 2全站儀精密天頂測距法示意圖

3.2 混凝土塔柱節(jié)段測量

混凝土塔柱的施工測量內(nèi)容主要包括塔柱鋼模的定位、標(biāo)高，以及相關(guān)監(jiān)測測量工作。其測量的難點(diǎn)是在于模板的定位坐標(biāo)測量。在混凝土塔柱施工過程中，由于外側(cè)腳手架的支擋及內(nèi)側(cè)鋼筋的綁扎，使得對(duì)模板的直接測量難以實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)場施工測量條件，采用全站儀將控制點(diǎn)放樣于零號(hào)塊箱梁梁面，通過精密激光垂準(zhǔn)儀將點(diǎn)位反測到模板頂口，測量頂口模板到激光點(diǎn)位的距離，同設(shè)計(jì)數(shù)值相比，調(diào)節(jié)模板，保證模板的安裝精度。然后在模板不同高度處量測模板至激光點(diǎn)位的距離，調(diào)整偏差，保證整體模板垂直度的要求。具體點(diǎn)位的計(jì)算放樣，采用塔肢的縱橋向和橫橋向的軸線交點(diǎn)為測量控制點(diǎn)（見圖 3）。

圖3 梁面放樣控制點(diǎn)點(diǎn)位示意圖（圖中尺寸以m計(jì)）

模板標(biāo)高通過全站儀精密天頂測距法測量確定，復(fù)核以水準(zhǔn)儀+鋼尺為校核，確定模板的頂口標(biāo)高。

3.3 鋼塔的安裝測量

鋼塔的安裝測量內(nèi)容主要包括鋼塔節(jié)段的定位、鋼塔頂口的標(biāo)高測量、外壁板的垂直度測量、索導(dǎo)管和錨箱的位置、標(biāo)高復(fù)核，以及鋼塔節(jié)段開口尺寸復(fù)核等相關(guān)測量工作。其測量的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要是鋼塔節(jié)段的坐標(biāo)定位和標(biāo)高控制的精度。

鋼塔安裝的坐標(biāo)調(diào)整采用精密全站儀極坐標(biāo)法來完成。架設(shè)全站儀于零號(hào)塊加密控制點(diǎn)，后視定向，復(fù)核坐標(biāo)，點(diǎn)位誤差符合規(guī)范要求后，測量鋼塔節(jié)段測控點(diǎn)坐標(biāo)，同設(shè)計(jì)坐標(biāo)比較，進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)現(xiàn)場鋼塔節(jié)段測控點(diǎn)的測量，采用普通測量花桿架設(shè)棱鏡的方法，測量數(shù)據(jù)誤差較大，無法達(dá)到鋼塔吊裝精度要求。對(duì)此，在現(xiàn)場通過加工一簡易支座，用于擺設(shè)棱鏡調(diào)平支座，之后擺設(shè)棱鏡，減小架設(shè)棱鏡誤差，測量點(diǎn)位偏差，進(jìn)而調(diào)整鋼塔至規(guī)范要求范圍內(nèi)。

鋼塔節(jié)段標(biāo)高的測量采用精密全站儀天頂測距法測量。受限于鋼塔節(jié)段焊接平臺(tái)的遮擋，無法直接將標(biāo)高引測至鋼塔節(jié)段，遂采用在焊接平臺(tái)選擇一穩(wěn)定點(diǎn)位，通過水準(zhǔn)擺設(shè)棱鏡，測量儀器與棱鏡點(diǎn)位的距離，反算棱鏡點(diǎn)位標(biāo)高，再通過水準(zhǔn)儀將點(diǎn)位標(biāo)高引測至已完成全部焊接任務(wù)的鋼塔節(jié)段側(cè)面，標(biāo)記清楚，作為上部鋼塔節(jié)段安裝的標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)，后續(xù)節(jié)段的吊裝標(biāo)高可通過基準(zhǔn)點(diǎn)拉鋼尺的方法，測量鋼塔節(jié)段頂口的標(biāo)高。因?yàn)殇撍w較高，為避免由于鋼尺太長引起較大誤差，所以標(biāo)高的引測需進(jìn)行五次，分別于GT1節(jié)段、GT4節(jié)段、GT8節(jié)段、GT12節(jié)段和GT14節(jié)段引測標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)位。

考慮到由于索塔在整個(gè)橋梁施工過程中，會(huì)產(chǎn)生一定的基礎(chǔ)沉降和變形，經(jīng)過設(shè)計(jì)和監(jiān)控單位的計(jì)算分析，確定在施工過程中，將鋼塔的設(shè)計(jì)標(biāo)高抬高0.02 m。

通過全站儀極坐標(biāo)法和天頂測距法，中間輔助以傳統(tǒng)吊線錘法，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)鋼塔的順利封頂，后期測設(shè)鋼塔的整體垂直度，最大偏差為7 mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的H/4 000，即20 mm。在施工過程中，監(jiān)測每個(gè)節(jié)段標(biāo)高，嚴(yán)格要求安裝進(jìn)度，預(yù)留焊縫收縮余量，節(jié)段焊接完成后，復(fù)測節(jié)段標(biāo)高，較設(shè)計(jì)相差±（2~5）mm，滿足規(guī)范要求。

通過上述方法，測量記錄每個(gè)節(jié)段現(xiàn)場定位的坐標(biāo)和標(biāo)高，同設(shè)計(jì)值對(duì)比，嚴(yán)格控制定位精度，符合規(guī)范要求，現(xiàn)匯總鋼塔節(jié)段固定后現(xiàn)場定位的軸線坐標(biāo)和標(biāo)高同設(shè)計(jì)值的偏差，如表3所列。

表3 鋼塔節(jié)段吊裝定位軸線坐標(biāo)、標(biāo)高偏差匯總表

3.4 塔柱相關(guān)監(jiān)測

項(xiàng)目前期由于航道改線延期、拆遷延后等不利因素影響，整體工期較為緊張，考慮到工期的要求，現(xiàn)場對(duì)塔柱的安裝和箱梁的澆筑，時(shí)間緊，任務(wù)重。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)控計(jì)算和審核，同意采用塔梁同步施工工藝，在完成鋼塔4號(hào)節(jié)段吊裝焊接后，可同步進(jìn)行吊裝鋼塔和掛籃懸澆箱梁的施工。為減小施工過程中斜拉索的吊裝、張拉等施工因素和持續(xù)光照、風(fēng)等大氣影響因素對(duì)整個(gè)塔柱的影響，需隨時(shí)監(jiān)控整個(gè)塔柱的縱橋向偏移，一旦出現(xiàn)較大偏差，立即停止現(xiàn)場吊裝作業(yè)和掛籃箱梁施工，找到問題根源，商討解決方案。

塔柱的傾斜偏移監(jiān)控測量，根據(jù)現(xiàn)場施工測量條件限制，在混凝土塔柱兩側(cè)橫橋向中心點(diǎn)設(shè)置觀測點(diǎn)，同時(shí)在零號(hào)塊兩側(cè)梁面中心樁號(hào)翼板倒角處放樣一點(diǎn)。在塔柱吊裝完成鋼塔GT4節(jié)段后，選擇一個(gè)氣溫在18℃左右、無持續(xù)光照的時(shí)間段，在GT4兩個(gè)塔肢中間橫梁節(jié)段，通過在零號(hào)塊點(diǎn)位架設(shè)全站儀，后視混凝土塔柱點(diǎn)位，通過上調(diào)棱鏡角度，保證全站儀水平角度不變，對(duì)準(zhǔn)GT4、GT14橫梁，分別放樣一點(diǎn)，于點(diǎn)位中心處貼反射光片，反射光片中心對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)位中心。利用三點(diǎn)一面的原理，后期監(jiān)控塔柱的縱橋向偏移變形。

圖4為監(jiān)測點(diǎn)位示意圖。

圖 4監(jiān)測點(diǎn)位示意圖（所示為橫橋向視圖）

4 結(jié)語

通過對(duì)肇慶閱江大橋主塔施工測量控制的難點(diǎn)分析和技術(shù)分析，結(jié)合工程測量過程中的實(shí)踐，得出以下幾方面的總結(jié)。

（1）測量控制網(wǎng)的加密，保證先整體后局部，先控制后碎步的原則。

（2）測量儀器的選擇，根據(jù)精度安裝要求，選用符合精度要求的測量儀器。

（3）測量過程中，要嚴(yán)格按照測量控制方法的要點(diǎn)操作，從而保證測量的精度要求。

（4）測量時(shí)段的選擇，避免在持續(xù)光照、氣溫偏高、風(fēng)力較大、濕度較大等影響測量精度時(shí)段內(nèi)測量，最佳測量時(shí)段為凌晨2:00~5:30。同時(shí)，測量期間，應(yīng)停止大型設(shè)備的起吊和運(yùn)行。