裝配式橋梁一體化安裝施工測量控制

焦新明

摘要 裝配式橋梁一體化安裝施工測量控制精度，直接影響安裝質(zhì)量。文章通過測量控制網(wǎng)優(yōu)化、建立三角形網(wǎng)、設(shè)置強(qiáng)制對中觀測墩，來減弱控制點(diǎn)誤差。編制程序轉(zhuǎn)換施工坐標(biāo)系，控制定位胎架，從而保證墩柱軸線和柱間距滿足精度要求。另外，采用高精度測量儀器進(jìn)行點(diǎn)位放樣、垂直度及墩頂高程控制等措施保證了安裝精度。對控制方法，測量精度、誤差進(jìn)行分析總結(jié)，以供類似工程項(xiàng)目參考。

關(guān)鍵詞 裝配式；三角形網(wǎng)；定位胎架；施工坐標(biāo)系

中圖分類號 U445.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0056-03

0 引言

裝配式橋梁利于標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化、工廠化施工。預(yù)制完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場吊裝拼接施工，具有施工周期短、對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，相比其他工藝有著絕對的優(yōu)勢，被越來越廣泛地應(yīng)用。

裝配式橋梁一體化安裝精度要求較高，中交三航局承建的阜溧高速公路橫涇河特大橋，在安裝施工測量控制中，通過控制網(wǎng)優(yōu)化、變換坐標(biāo)系、采取高精度測量儀器等措施保證了項(xiàng)目的順利實(shí)施。

1 工程概況

阜溧高速公路建湖至興化段，地處里下河洼地平原地區(qū)，區(qū)域內(nèi)湖蕩星羅棋布、圩田眾多、河道縱橫交錯(cuò)，地面高程在0.5～3 m之間。橫涇河特大橋跨越臨興河、梁山河、橫涇河、二級公路X303、橋梁結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)共29聯(lián)，全長3 829.6 m，橋梁角度90 °/120 °/135 °。

橋梁平面位于右偏半徑R=3 100 m圓曲線上，平曲線上各墩軸線均徑向布置，斜墩為橋墩徑向布置后再旋轉(zhuǎn)至相應(yīng)角度。蓋梁頂面、底面保持水平，通過墊石高度的變化形成橋面橫坡，墩柱為1.4 m柱徑，下接啞鈴型承臺(tái)，采用1.2 m和1.5 m樁基。

全橋采用裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁或簡支箱梁，第9～23聯(lián)（33#～102#墩）采用下部墩身及蓋梁采用預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，蓋梁及墩柱預(yù)制完成后運(yùn)輸至現(xiàn)場吊裝拼接施工，橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)采用現(xiàn)場澆筑施工。一體化架橋機(jī)見圖1。

2 重難點(diǎn)分析

第9～23聯(lián)采用全預(yù)制裝配式施工，墩柱吊裝是該橋施工的關(guān)鍵工序之一，設(shè)計(jì)拼裝精度：墩柱軸線與設(shè)計(jì)位置偏差不得大于5 mm；墩柱垂直度不得大于H/1500，且不大于5 mm；墩頂高程允許偏差±10 mm；相鄰墩臺(tái)、柱間距允許偏差±5 mm。墩柱軸線、垂直度是控制的重點(diǎn)，若超出限值，蓋梁就無法正常安裝[1]。墩柱、蓋梁詳細(xì)參數(shù)見表1。

3 施工測量控制

3.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

因柱間距允許偏差為±5 mm，柱中心點(diǎn)位允許偏差為≈3.54 mm，根據(jù)現(xiàn)場條件，控制網(wǎng)平均邊長約為250 m，推算求得最弱相鄰點(diǎn)邊長相對中誤差為1/70 000。在復(fù)測原控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工需要適當(dāng)加密、優(yōu)化并建立滿足精度要求的施工測量控制網(wǎng)。沿線路走向布設(shè)三角形網(wǎng)，宜布設(shè)為近似等邊三角形，內(nèi)角不小于30 °，按照三等三角形網(wǎng)進(jìn)行觀測，采用嚴(yán)密平差計(jì)算方法（可采用科傻、四院平差、南方平差易等軟件）。三角形網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)位分布均勻、各點(diǎn)之間互相牽制、圖形強(qiáng)度較高。三等三角形網(wǎng)的主要技術(shù)要求見表2。

一個(gè)三角形網(wǎng)的必要數(shù)據(jù)是4個(gè)，選取三角形網(wǎng)的首末兩個(gè)控制點(diǎn)（JM01、JM15）作為起算點(diǎn)（兩點(diǎn)的縱橫坐標(biāo)為4個(gè)）。將兩個(gè)起算點(diǎn)納入全線高等級GNSS網(wǎng)中進(jìn)行靜態(tài)測量，選取3個(gè)均勻分布的首級點(diǎn)約束平差，基于“一點(diǎn)一方向”平差解算，保證建網(wǎng)精度的情況下建立獨(dú)立的平面基準(zhǔn)。

得到平面坐標(biāo)作為三角形網(wǎng)平差計(jì)算的起算數(shù)據(jù)。三角形網(wǎng)中的角度和邊長全部觀測，角度和邊長均作為三角形網(wǎng)中的觀測量參與平差計(jì)算，這樣整體線形滿足設(shè)計(jì)要求，三角形網(wǎng)的內(nèi)符合精度也得到保證。

根據(jù)“忽略不計(jì)原則”，總的誤差M=3.54 mm，由控制點(diǎn)誤差m1，放樣誤差m2，兩種誤差引起，當(dāng)m1等于或者小于m2的1/3時(shí)，則m1對總的誤差M的影響可以忽略不計(jì)。

可知：m2=3m1

由誤差傳播定律得：

（1）

可得出控制點(diǎn)允許中誤差：

；

該控制網(wǎng)沿線路布設(shè)成三角形網(wǎng)，均勻分布平均邊長約為250 m，為減少儀器對中誤差，控制點(diǎn)全部設(shè)置為強(qiáng)制對中觀測墩，采用徠卡TS60全站儀多測回測角程序，按照三等三角形網(wǎng)要求進(jìn)行觀測。多測回測角程序是建立高等級三角形網(wǎng)、導(dǎo)線（網(wǎng)）以及大型構(gòu)筑物和建筑物變形監(jiān)測網(wǎng)時(shí)的主要觀測手段，主要特點(diǎn)有基本可以消除觀測誤差，限差設(shè)置靈活、自動(dòng)觀測、后處理完善規(guī)范等[2]。

實(shí)測坐標(biāo)值誤差統(tǒng)計(jì)見表3?？梢钥闯?，最弱點(diǎn)為JM09點(diǎn)位中誤差為Mx=0.42 mm，My=0.80 mm，Mp=

0.90 mm，小于允許中誤差m1，可看出控制點(diǎn)均滿足施工測量定位精度要求。

3.2 墩柱軸線控制

每個(gè)墩柱在承臺(tái)上預(yù)埋豎向錨固鋼筋18根，直徑為32 mm的螺紋鋼，伸出承臺(tái)34 cm；墩柱頂部預(yù)留豎向18根蓋梁錨固筋，直徑為32 mm的螺紋鋼，伸出墩柱130 cm。墩柱錨固筋與蓋梁錨固筋上下對應(yīng)，在同一垂直投影線上。

為保證預(yù)埋鋼筋的位置準(zhǔn)確及預(yù)制墩柱安裝時(shí)相對位置的精確性，根據(jù)相對尺寸在工廠定制了定位胎架，誤差≤±1 mm。定位胎架采用10 mm的鋼板制作，上下兩層中間通過筋板連接固定，預(yù)埋鋼筋孔為36 mm無縫鋼管，胎架內(nèi)徑1 070 mm，外徑1 470 mm，高200 mm，定位胎架構(gòu)造見圖2。承臺(tái)施工時(shí)，控制好胎架的軸線和平整度就能保證預(yù)埋鋼筋準(zhǔn)確。

每個(gè)橋墩建立一個(gè)坐標(biāo)系，將控制點(diǎn)的測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以墩中為原點(diǎn)的施工坐標(biāo)系，其中墩中切線為A方向，順時(shí)針90 °為B方向，切線方位角為旋轉(zhuǎn)角。33#～102#墩橋梁角度為90 °，因此4個(gè)墩柱的走向方位角與A方向一致。每個(gè)墩中心坐標(biāo)和走向方位角由線路設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算得到。測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換施工坐標(biāo)見公式（2）?？蓪⒐骄幦胗?jì)算器中方便現(xiàn)場使用。

（2）

以卡西歐fx?5 800p計(jì)算器為例測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換施工坐標(biāo)系程序：

程序名

設(shè)置角度單位與數(shù)值格式

坐標(biāo)系原點(diǎn)坐標(biāo)X、Y和旋轉(zhuǎn)角

需轉(zhuǎn)換的測量坐標(biāo)X（輸入0結(jié)束程序）

程序返回到開始

需轉(zhuǎn)換的測量坐標(biāo)Y

施工坐標(biāo)縱坐標(biāo)計(jì)算

施工坐標(biāo)橫坐標(biāo)計(jì)算

施工坐標(biāo)A

施工坐標(biāo)B

程序返回

結(jié)束程序

全站儀以施工坐標(biāo)系設(shè)站及定向，放樣出1條橫向軸線，2條縱向軸線，胎架依據(jù)軸線固定，并安裝預(yù)留鋼筋。胎架放樣數(shù)據(jù)見表4。承臺(tái)澆筑后，定位胎架與模板一同拆除。

全站儀盤左放樣點(diǎn)位誤差分析：點(diǎn)位誤差m主要來源是測角誤差和測距誤差，其影響分別為·D和a+b·D。其中，mβ——儀器的測角誤差；ρ=206 265；a——儀器測距的固定誤差；b——比例誤差系數(shù)；D——距離。

（3）

放樣最大距離取儀器至測量點(diǎn)D=150 m計(jì)算，TS60全站儀測角精度mα=0.5″，精密測距精度為0.6 mm+

1 ppm，則點(diǎn)位中誤差m=±0.91 mm，滿足放樣點(diǎn)位的精度要求，觀測時(shí)應(yīng)先將氣壓、溫度預(yù)輸入儀器中，儀器自動(dòng)進(jìn)行改正。

平整度通過水準(zhǔn)儀觀測四角高程就可以控制，四角高差控制在小于1 mm完全可以做到，此處不再贅述[3]。

3.3 垂直度及高程控制

墩柱吊裝后進(jìn)行垂直度控制，全站儀或者經(jīng)緯儀與墩柱大致成90 °架設(shè)。儀器豎絲與墩柱頂部邊緣相切，縱向轉(zhuǎn)動(dòng)儀器望遠(yuǎn)鏡觀測墩柱底部，用鋼直尺與柱面緊貼垂直放置，前后慢移，豎絲與尺面刻度重合，刻度最小時(shí)讀數(shù)，用讀數(shù)除以墩高得到垂直度。

垂直度小于H/1 500且不大于5 mm不需要調(diào)整，若大于限值需調(diào)整限位千斤頂，滿足要求后灌漿固定。先待底部砂漿達(dá)到20 MPa強(qiáng)度后，拆除千斤頂，進(jìn)行C100高強(qiáng)度無收縮水泥灌漿料施工。套筒或金屬波紋管內(nèi)灌漿料強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)大于35 MPa后進(jìn)行下一道工序。

墩頂高程控制，使用水準(zhǔn)儀倒尺法測量，用式（4）進(jìn)行計(jì)算：

墩頂高程=儀器高+前視讀數(shù) （4）

高墩柱可使用三角高程法進(jìn)行控制。按式（5）計(jì)算：

（5）

式中，HA——水準(zhǔn)點(diǎn)高程；DAB——水平距離；αAB——垂直角；iA——儀器高；υB——棱鏡高；fAB——球氣改正數(shù)。

三角高程測量時(shí)注意事項(xiàng)：①保證前后視距相等；②有足夠的視線高度；③成像清晰穩(wěn)定時(shí)觀測；④要進(jìn)行對向觀測。

最后，使用定位胎架模擬蓋梁檢驗(yàn)墩柱之間的相對關(guān)系，保證蓋梁的順利安裝。

綜上所述，裝配式橋梁施工中，預(yù)埋主筋的軸線、垂直度和墩柱間距等環(huán)節(jié)都要準(zhǔn)確無誤，才能滿足最終的安裝精度。同時(shí)墩柱運(yùn)輸至現(xiàn)場應(yīng)進(jìn)行全面檢測，主要包括墩高，墩底預(yù)留孔位間距、孔徑、孔深，保證能與承臺(tái)預(yù)埋的主筋吻合。墩頂檢測預(yù)留主筋的間距、長度，另外主筋與對應(yīng)的預(yù)留孔應(yīng)在同一軸線上，這樣才能保證后期蓋梁的順利安裝[4]。

4 結(jié)語

該工程采用高精度測量控制網(wǎng)，設(shè)置強(qiáng)制對中觀測墩消除了儀器對中誤差，利用定位胎架預(yù)埋主筋，保證了墩柱和蓋梁的安裝精準(zhǔn)度，在施工中都取得了良好的效果。

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，大型橋梁工程增多，新的結(jié)構(gòu)和新的施工方法被廣泛采用，對施工測量提出了新的更高要求。測量工作保證施工工程質(zhì)量是一項(xiàng)極為重要的工作，測量人員必須充分了解工程設(shè)計(jì)和施工工藝的特點(diǎn)和要求，與設(shè)計(jì)、施工人員緊密配合，選用正確適用的方法進(jìn)行測量控制，以確保施工、安裝精度。

參考文獻(xiàn)

[1]公路勘測規(guī)范： JTG C10—2007[S].北京：人民交通出版社， 2007.

[2]工程測量標(biāo)準(zhǔn)： GB 50026—2020[S].北京：中國計(jì)劃出版社， 2020.

[3]覃輝， 馬德富， 熊友誼.測量學(xué)（第2版）[M].北京：中國建筑工藝出版社， 2013.

[4]武漢大學(xué)測繪學(xué)院測量平差學(xué)科組.誤差理論與測量平差基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社， 2003.