抽水蓄能電站塔式進(jìn)出水口交通橋線形監(jiān)測精度分析

謝先雙

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610066)

1 交通橋橋型概況

溧陽抽水蓄能電站①、②進(jìn)/出水口塔均設(shè)有1座交通橋(1#、2#)與庫岸相連,1#、2#交通橋起點(diǎn)接上水庫①、②進(jìn)/出水口操作平臺(tái),終點(diǎn)與上水庫環(huán)庫公路平面交叉。

交通橋均采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu),橋跨布置為35+63+35 m。主梁斷面為單箱單室箱形截面。變截面箱梁梁底線型按1.8次拋物線變化,箱梁根部梁高為3.50m,跨中梁高為2.20m,箱梁頂板全寬為6.00m,頂板厚度0號(hào)塊為0.40m,1號(hào)段為0.40～0.25 m,其他梁段為0.25 m。底板寬度為4.00m,墩頂至跨中厚度為0.40～0.25 m,邊跨梁端底板厚度為0.25～0.55 m。

腹板厚度分別為:在邊跨梁端8′號(hào)梁段0.50m變至0.80m,其他梁段腹板厚度均為0.50m。箱梁在梁端設(shè)置1道1.20m厚橫梁,在主墩頂各設(shè)置2道1.00m厚橫隔梁,在跨中設(shè)置1道0.40m厚橫梁。

箱梁單個(gè)“T”共分6段懸臂澆筑,0號(hào)梁段長11.00m;1號(hào)-4號(hào)梁段分段長為4.00m;5號(hào)、6號(hào)梁段分段長為4.50m;邊跨現(xiàn)澆段長2.38 m;中跨及邊跨合龍段為2.00m。按1#、2#橋墩2個(gè)單“T”對稱懸澆施工,除0號(hào)梁段及邊跨現(xiàn)澆段采用搭設(shè)托架澆筑完成外,其余梁段采用掛籃懸澆。全橋合龍順序?yàn)橄冗吙绾淆?再中跨合龍。

每座橋共有1#、2#兩個(gè)橋墩,橋墩基礎(chǔ)均為16φ150mm鋼管支承樁,樁長20m;橋墩墩身為雙肢薄壁矩形墩,1#、2#橋墩高分別為57.9 m(2#橋:55 m)和26.9 m(2#橋:25.9 m),2#墩布置在庫岸半坡上;3#臺(tái)為重力埋置式橋臺(tái),鋼管樁基礎(chǔ);0#橋臺(tái)則為進(jìn)出水口塔身結(jié)構(gòu)。由于1#、2#交通橋結(jié)構(gòu)相同,后面的1#橋懸澆法連續(xù)剛構(gòu)橋線形監(jiān)測技術(shù),2#交通橋同樣適用。

2 線形監(jiān)測的目的

施工線形監(jiān)控就是對橋梁施工過程中的線形進(jìn)行監(jiān)測控制,使施工中的結(jié)構(gòu)處于正確的線形狀態(tài),它是施工質(zhì)量控制體系的重要組成部分,是保證橋梁建設(shè)質(zhì)量的重要手段。監(jiān)控單位將配合監(jiān)理,輔助業(yè)主,解決橋梁施工質(zhì)量控制過程中的線形問題,確保成橋后的軸線線形達(dá)到設(shè)計(jì)要求,以確保橋梁施工的正常運(yùn)營。

3 線形監(jiān)測

線形控制中最主要的任務(wù),就是根據(jù)每個(gè)施工階段的測量結(jié)果,分析測量數(shù)據(jù),同時(shí),與模型預(yù)測值進(jìn)行對比,從中找出差距,分析誤差產(chǎn)生的原因,從而確定下一階段的合理預(yù)拱度。每一節(jié)段施工完畢,對結(jié)構(gòu)模型的實(shí)際混凝土養(yǎng)護(hù)齡期、節(jié)段施工周期、混凝土的實(shí)際彈性模量、容重等參數(shù)進(jìn)行修正。參數(shù)修正之后,對結(jié)構(gòu)模型再次進(jìn)行計(jì)算,將新的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較,比較的主要內(nèi)容包括澆筑混凝土前后的標(biāo)高變化、張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋前后的標(biāo)高變化及梁底、梁頂?shù)臉?biāo)高值。通過比較的結(jié)果,可以對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.1 監(jiān)測方法

采用全站儀TCR802(標(biāo)稱精度2″,2+2ppm)三角高程單向觀測的方法進(jìn)行測量。

3.2 監(jiān)測點(diǎn)位布置

主梁上線形測點(diǎn)具體布置位置如下:

(1)0#塊頂面布置9個(gè)測點(diǎn),測點(diǎn)布置的頂面圖見圖1。

圖1 0#段測點(diǎn)布置頂面(單位:mm)

(2)每一普通懸臂施工塊件頂面布置3個(gè)測點(diǎn)。測點(diǎn)布置頂面及剖面見圖2,測點(diǎn)沿縱橋向布置在離塊件前端10 cm處。

(a)頂面

合龍段監(jiān)測點(diǎn)布置見圖3、圖4及圖5。

圖3 中跨合龍段監(jiān)測點(diǎn)布置

圖4 邊跨合龍段監(jiān)測點(diǎn)布置

圖5 中跨、邊跨合龍段監(jiān)測點(diǎn)布置斷面

由于橋面為工作面,測量儀器架設(shè)穩(wěn)定性不理想,因此,在環(huán)庫路面做兩控制墩1、2,在以后的施工期中均以1基點(diǎn)為基準(zhǔn),2為后視校核點(diǎn),測量監(jiān)測點(diǎn)的高程,其中基準(zhǔn)點(diǎn)每隔一個(gè)月復(fù)測一次。

3.3 監(jiān)測工況

對于每一個(gè)懸澆梁段都要進(jìn)行3種工況的線形控制觀測:①掛籃就位;②混凝土澆筑后;③預(yù)應(yīng)力鋼束張拉完成后。

其中,工況①和②的測量數(shù)據(jù)之差反映箱梁節(jié)段自重產(chǎn)生的撓度效應(yīng);工況②和③的測量數(shù)據(jù)之差反映箱梁節(jié)段張拉預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的撓度效應(yīng);本節(jié)段工況③和下節(jié)段工況①的測量數(shù)據(jù)之差反映了掛籃移動(dòng)產(chǎn)生的撓度效應(yīng)。

工況程序的關(guān)鍵是:每個(gè)施工循環(huán)過程的結(jié)束都必須對已完成的節(jié)段進(jìn)行全面測量,分析實(shí)際施工結(jié)果與預(yù)計(jì)目標(biāo)的誤差,從而及時(shí)地對已出現(xiàn)的誤差進(jìn)行調(diào)整,在達(dá)到要求的精度后,才能對下一施工循環(huán)作出預(yù)報(bào)。

上述監(jiān)測讀數(shù)盡可能安排在早晨完成,并注明測試時(shí)間、天氣和溫度狀況。

4 監(jiān)測結(jié)果

將1#橋各節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉完成后梁頂?shù)膶?shí)測標(biāo)高與本階段計(jì)算立模標(biāo)高進(jìn)行對比,詳細(xì)結(jié)果見表1。

表1 1#橋線形監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果

成橋后實(shí)測線形與理論設(shè)計(jì)線形對比見圖6。

圖6 1#橋?qū)崪y線形與理論設(shè)計(jì)線形

由表1及圖6中可以看出,實(shí)測線形與理論設(shè)計(jì)線形吻合程度良好[1-2],成橋后線形最大偏差控制在1 cm左右。

5 精度分析

由于高程觀測時(shí),利用的是三角高程單向觀測[3]的方法,因此單就三角高程單向觀測時(shí)的精度加以分析。

設(shè)架站點(diǎn)為A(高程已知),待測點(diǎn)B(高程未知),儀器高為i,棱鏡高為v,則有兩點(diǎn)間的高程之差為:

hAB=S·sinα+c-r+i-v

(1)

式中,hAB為A、B間的高程之差;S為A、B間的斜距;α為豎直角;r為大氣折光系數(shù)改正數(shù);c為地球曲率改正數(shù),其中:

(2)

(3)

式中,K為大氣折光系數(shù);S為斜距;D為平距;R為地球半徑。

將式(2)、(3)代入式(1),則有三角高程單向觀測的計(jì)算公式:

(4)

根據(jù)誤差傳播定律[4-5],對式(4)進(jìn)行微分,轉(zhuǎn)變?yōu)橹姓`差公式,則有:

(5)

式中,mh為A、B間的高差中誤差;ms為A、B間的斜距中誤差;mα為A、B間的豎直角中誤差;mK為大氣折光系數(shù)中誤差;mi為儀器高量取中誤差;mv為棱鏡高量取中誤差;ρ為角度值化弧度值常量,ρ=206265。

(6)

式(6)中取值:

平距S=0.15 km;地球半徑R=6375 km;豎直角α=10 °;ρ=206265;

根據(jù)全站儀的精度2″,2+2ppm,可取mα=±2″,ms=±2.3 mm;由于大氣折光系數(shù)通常在±0.03～±0.05之間,取最大mk=±0.05;儀器高量取中誤mi與棱鏡高量取中誤差mv取mi=mv=±1 mm;則有本情況下全站儀單向觀測的高差中誤差為:mh=±2.054 mm。

取2倍中誤差為高差的極限誤差則有mh限=2mh=±4.108 mm,而此情況下:

其中,K測段長取0.15 km。

因此,本情況下,全站儀三角高程單向觀測達(dá)到三等水準(zhǔn)測量,符合要求。

6 結(jié)語

在溧陽抽水蓄能電站上水庫1#交通橋施工測量過程的線形控制中,利用三角高程單向觀測的方法,通過對該種測量方式的精度分析及施工放樣的精度限差要求,該種測量方式的高程測量精度能達(dá)到三等水準(zhǔn)測量精度,測量精度完全滿足施工要求,為后期同類型的施工測量提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。