斜拉橋工程的測量布控

陳一飛 徐小壯

【摘要】在預應力混凝土斜拉橋結構施工中，施工測量的重點分別是基礎施工測量、索塔柱施工測量、主梁懸臂施工測量及對索塔柱和主梁的監控測量。各項精度要求較高，并對測量工作提出了很高的技術要求。本文以新通揚運河斜拉特大橋預應力混凝土斜拉橋結構為例對工程測量布控方案進行探討淺析，以求指導工程測量。

【關鍵詞】施工測量；斜拉橋結構；測量布控お

1. 測量內容

根據新通揚運河斜拉特大橋工程的施工內容， 擬定施工測量任務見表1。

表1

施工そ錐 施工測量任務 測量結果要求

施工準備階段 1、新通揚運河特大橋工程施工場地地形圖的測繪（包括生產區、生活區）；

2、進行施工場地、臨時設施的放樣等輔助工作。 滿足《工程測量規范》中地形圖測繪的相關要求以及臨時設施安裝的精度要求。

施工階段的測量放樣；施工控制測量與監測 1、 施工控制網的復測；

2、設計圖紙的會審和內業計算；

3、進行新通揚運河特大橋基礎鉆孔樁、承臺、墩柱、臺帽、塔座、塔柱、索道管等構筑物的施工定位測量及主梁的施工測量控制；

1. 4、對新通揚運河特大橋基礎鉆孔樁、承臺、墩柱、臺帽、塔座、塔柱及主梁等構筑物的幾何尺寸進行檢查，校正施工偏差；

6、 5、新通揚運河特大橋索塔承臺、塔座、塔柱及主梁等構筑物的變形監測。 滿足相關規范對施工控制網復測的要求；基礎鉆孔樁、承臺、墩柱、臺帽、塔座、塔柱、索道管、主梁等構筑物的施工測量定位應滿足構筑物施工精度的要求；質量驗收應滿足新通揚運河特大橋工程質量檢驗驗收標準的要求。

工程竣工驗收階段 新通揚運河特大橋承臺、塔座、塔柱、塔身及主梁等構筑物的變形觀測，竣工測量及竣工資料的移交。 構造物的變形觀測的方法、技術要求應滿足設計、業主及有關規范的要求；竣工測量的檢查方法應滿足新通揚運河特大橋工程質量檢驗驗收標準的要求；竣工資料的編制應滿足竣工資料驗收標準。

2. 測量人員設備及管理

2.1測量人員、設備。

本工程中將派具有豐富經驗的測量工程師和測量員。

設備為徠卡TC2003全站儀及其附件一套、拓普康602全站儀及其附件一套、J2經緯儀兩臺及相應附件、S1精密水準儀一臺，S2自動安平水準儀一臺及相應標尺、塔尺等附件、S3型水準儀一臺及相應標尺、塔尺等附件。

2.2測量管理。

在本工程中建立嚴格的測量→校核→復核→報監理工程師審核的三級檢驗管理制度：

2.2.1由項目總工程師負責，項目經理部內部建立完整的測設方案擬定→數據計算與復核→現場測設數據的計算機模擬放樣→現場測量→測設數據復核→報監理工程師審核程序。

2.2.2與設計、監理單位及業主密切聯系，施工前對設計院提供的控制點按要求復核并及時辦理交接手續外，平時應定期對各控制點復測，并將復測結果上報監理工程師。

2.2.3工程控制網及工程各部位的施測成果，必須在上報監理工程師并得到批復確認后方可進行下一道工序。

2.2.4按規定時間及頻率進行儀器標定，加強測量人員的思想作風與技能培訓工作，保證定崗人員的穩定，防止出現人員更替造成的交接疏漏。

2.3測量原則。

本工程施工測量應遵循“等級、整體、控制、檢查”的基本原則。保證施工測量工作滿足工程建設整體質量要求和局部施工測量的精度要求。

2.4施工控制網的維護、檢測和加密。

首級控制網是保證本工程施工整體性的關鍵基礎，其精度必須滿足施工放樣的精度要求。施工準備階段應對首級控制網進行同等級復測。為方便施工，以首級控制網為基礎，按施工需要在適當位置建立一定數量的固定平臺作為導線控制點，形成加密的三角網測量系統，供施工放樣和監測使用。各導線控制點既作為平面控制點，又作為高程控制點。各控制點的選址盡可能的便于施工放樣，且能長期穩定而不受施工及外界因素的干擾。各控制點采用配有強制對中裝置的固定觀測墩或金屬支架，水準標志則埋設在觀測墩旁的混凝土中，在靠近墩臺附近再設置水準點即所謂的工作基點。

2.4.1加密點的布設。

從具體實情考慮，采用限制影響的辦法較為可行，即選用的測站點盡可能距索塔柱近些，因此根據現場的具體條件，加密控制點宜布設在運河防洪大堤外側，且分別布設在橋軸線的兩側，加密點采用強制對中觀測墩。

2.4.2復測時間。

在施工期間，無論是首級控制網點還是加密點，必須進行定期復測，控制網首次復測應在全部工程施工前進行，復測周期為三個月，施工時若發現點位坐標有異常情況應隨時復測，以確定控制點的變化情況和穩定狀態，這也是確保工程質量的重要工作。

2.4.3復測方法。

平面控制網復測按建立首級控制網的方法進行，采用高精度的徠卡TC—2003全站儀施測，在復測時將加密點納入首級控制網中觀測，整體平差，以提高加密點的精度。高程控制網全網復測按建立首級網方法進行，采用S1水準儀施測。

3. 基礎施工測量

3.1樁孔鉆位放樣及鋼護筒就位測量。

鉆孔樁及鋼護筒的放樣，主要控制其幾何中心位置，使其與設計一致。在地面或施工平臺上放樣出通過樁位中心的縱、橫十字線，其交點即為樁位中心，并用木樁或紅色油漆進行標示。主要用于鋼護筒的就位下沉及鉆機的準確就位。鋼護筒在下沉過程中應隨時用全站儀從兩個不同方向監測垂直度，防止其偏離位中心及傾斜。

3.2承臺的施工測量放樣。

承臺施工測量放樣的主要任務是保證承臺各細部幾何尺寸與設計一致，各棱線、角點與設計位置相同。測量放樣方法仍以全站儀坐標法為主，控制墩位的縱、橫軸線及各邊幾何尺寸。

在樁基施工完成后，在承臺施工區域周圍的適當位置做加密控制點，數量以能覆蓋整個承臺內部各個需放樣的位置為宜，一般為2～4個，位置一般選在墩位的縱、橫軸線。通過設計圖紙計算各主要結構點、承臺棱角點的坐標，然后用全站儀進行放樣。

3.3墩柱、墩帽施工測量放樣。

測量放樣方法仍以全站儀坐標法為主，控制墩柱、墩帽的縱、橫軸線及各邊幾何尺寸。

4. 索塔施工測量

索塔柱施工測量的重點是保證塔柱各部分的傾斜度、垂直度和外形幾何尺寸，以及一些內部構件的空間位置和索道管的精密定位與竣工測量等。

在索塔施工放樣中應采用三維坐標法即外控法。此法測量工作相對簡單和靈活，整個索塔施工的平面和高程放樣均采用全站儀在施工控制網點上進行，放樣元素為三維坐標，其高程可采用精密三角高程測量方法傳遞。

圖1塔柱模板定位、檢查平面示意圖

圖2

4.1勁性骨架的定位安裝。

塔柱勁性骨架是用來定位鋼筋、支撐模板，其放樣方法比較簡單，可以直接采用全站儀三維坐標法定位勁性骨架。

4.2塔柱模板檢查定位。

在現場進行放樣時，按照三維坐標法的原理，測量儀器采用徠卡TC2003型全站儀。如圖1測量時，在索塔附近控制點TZ1和TZ3上架設TC2003全站儀，后視方向TZ2，并且TZ1和TZ2可互相校核，置儀TZ1時，輸入放樣元素，指導索塔上的棱鏡移動，通過棱鏡可將A、B、H、G等模板特征點放樣出。同樣置儀TZ3時，可將C、D、E、F等模板特征點放樣出。模板檢查、驗收時，直接測定A、B、C、D、E、F、G、H各輪廓點的實際坐標。當與設計坐標之差超過限差規定時，對模板進行調整，使其處在限差范圍內。通過以上各點的定位，反復調整模板，就可將模板的平面位置、傾斜度調整至規范和設計要求內。

4.3塔柱預埋件安裝定位。

根據塔柱預埋件的精度要求，分別采用全站儀三維坐標法與軸線法放樣，全站儀三維坐標法針對精度要求較高的預埋件，軸線法針對精度要求不高的預埋件。

4.4竣工后校核。

澆筑混凝土后，實測混凝土體各特征點的三維坐標并測量形體實際尺寸，以便進行修正和控制。所測數據作為該節塔柱體的竣工資料。

4.5塔柱索道精密定位測量。

斜拉索管道定位的關鍵是保證錨固中心點的空間位置及管道的方向正確。否則斜拉索將與管道發生磨擦，損壞斜拉索。

定位方法：如圖2所示只要保證斜拉索管道“錨固中心點”與“出塔中心點”同時達到各自設計平面坐標與高程，則管道安裝正確完成。首先在工廠制作平臺上將斜拉索管道與勁性骨架組裝，組裝時先根據索道管的斜率、錨固中心坐標與索道管的長度計算出A、B兩點的三維坐標，再根據A、B兩點的三維坐標利用水平尺、卷尺和垂球等工具將其在勁性骨架上放樣，用角鋼焊設固定架，固定架的標高宜低不宜高。固定架的形成將隨索道管在勁性骨架中的位置而變動，但必須能使A、B兩點落在固定架上。現場勁性骨架安裝后，然后采用全站儀測量管道上、下口（O和O''）的平面坐標，同時測量此兩點的高程，然后利用千斤頂、導鏈滑車等微動設備進行調整，采用逐漸趨近法移動斜拉索管道，最終使管道上、下口的平面位置及高程同時達到設計的坐標及高程，最后將其焊接在勁性骨架上。

5. 主梁施工監控

5.1主梁施工監控的目的。

由于斜拉橋的施工施法和施工程序對施工中及成橋后主梁線形和結構恒載內力都具有決定性的影響，為了用結構和施工的手段控制工程結構的形體和內力，使其符合預先設計的期望，必須對斜拉橋每一施工階段的結果進行詳細的檢測分析和驗算，確保主梁線形平順，成橋后的主梁線形與結構內力滿足設計要求。這一施工監控過程由設計、施工、監理以及專業的監控單位共同完成，本橋中的施工監控主要體現于主梁的施工。

5.2主梁施工監控的內容。

主梁施工監控的工作內容包括：施工過程的信息計算；施工過程的現場測量；施工過程的參數識別；施工過程的標高和索力調整。

施工單位著重做好施工過程中的現場測量工作，提供可靠的實測數據配合監控與設計單位做好數據分析和計算工作，執行監控單位的各項指令。現場測量的主要內容包括索力測量、主梁與墩塔應力測量、主梁標高與塔頂位移測量、砼方量與澆筑數量測量，砼彈模與收縮徐變參數以及溫度影響測量等。其中主梁標高與塔頂位移測量、砼方量與澆筑數量測量由施工單位完成。施工監控實施流程如圖3所示。

5.3線形監控監測方法。

線形控制主要體現在掛籃調整上。掛籃調整的目的主要是箱梁高程控制和軸線控制，使箱梁合龍時高程偏差和軸線偏差在允許范圍以內。平面控制網由設置在左右幅主墩橋面中軸線上的控制點組成矩形控制網，軸線控制分底板點控制和頂板中心控制兩部分。

掛籃前移到位后要裝后橫梁吊桿，將底籃上提至已澆箱梁10cm左右，用全站儀核對底板中心與箱梁理論中心偏差。底籃中心與箱梁理論中心吻合后，然后根據箱梁節段立模標高通知單，安裝底模、側模（含翼板模板），調整底模標高到立模標高，錨固底籃后端，收緊前端吊桿。模板安裝好后，再用全站儀對梁段模板頂板上兩側翼緣（邊沿）和兩側翼緣板與腹板外模相交處，底板中心等點位進行綜合測量，測量合格后在規定時間內向測量監理工程師報驗，報驗合格后方可進行下道工序。由于溫差的影響，掛籃的高程變動會連鎖引起平面位置發生變化，經對實測數據分析，掛籃的調整報驗選擇在凌晨2—5點進行。

圖3

5.4高程監控監測方法。

高程控制是一個動態控制過程，為了使成橋后的線形達到或接近設計要求，因此必須在懸澆過程中進行標高控制。高程控制主要包括理論計算、確定立模標高﹑高程監測及高程糾偏等幾方面。本橋中高程控制網根據大橋已建立的控制網點，先在橋墩承臺上設置高程控制點，并在主墩0#塊施工時預先埋設測釘，待澆筑結束后用水準儀加懸掛鋼尺的方法移至0#塊的預埋測釘上，以形成懸澆施工的高程控制基準點。箱梁的0#塊布置五個基準點，各懸澆梁段布置五個測點離節段前沿15cm處。觀測時將水準儀架設在橋面上，后視水準基點，再采集前視數據以測得監測點高程，觀測過程中必重復后視基點以防止外來因素引起的誤差。施測工作由施工、監理、監控單位同時并行進行，測量完畢后須共同校核數據，如有偏差須對個別點重新測量以得到準確數據。

基準點和測點均采用16mm鋼筋，長度約60cm，與箱梁鋼筋焊接固定，并露出橋面2cm，外露端用砂輪打磨成圓形。測點標志要妥善保護，勿遭重物壓損或蓋埋。

每一個箱梁節段高程監控可分為四個階段，分別在掛籃前移后、澆筑混凝土后、預應力束張拉后和斜拉索張拉后，各階段施工后均需對已施工箱梁上的監測點進行觀測。四大工況測量要按規定時間測量，必須在凌晨2至5點進行。在實際施工中，值得注意的是要定期對基準高程點進行閉合聯測，防止合龍時出現問題。

5.5主梁索道管的精密定位測量。

主梁索道管實地就位之前，應根據設計圖紙提供的數據，包括各實際錨固點相對梁面的高差，以及它們的管長和傾角，結合主梁施工監控后提供的主梁線性，綜合計算確定索道管實際錨固點的標高。各錨塊模板實際安裝前經認真核對設計給出的各點β坐標及各邊長度， 施工時必須根據每一個尺寸事先在計算機內放樣，并反復校核正確無誤后進行測量放樣。施工時首先安裝主梁中箱內模，并檢查是否符合設計要求， 無誤后在內模上放出錨盒各特征點， 并用相應邊長及與錨固點關系參數進行校核，完全符合設計圖紙后再開孔。根據開孔后的箱梁內模對應錨塊尺寸安裝各錨盒，再利用吊機將錨管和錨墊板吊裝到設計位置并用型鋼焊接勁性骨架進行臨時固定，再進行錨管的精確調整、定位、固定。

采用全站儀測量管道實際錨固點、導管上口中心點的三維坐標，然后利用千斤頂、導鏈滑車等微動設備進行調整，采用逐漸趨近法移動斜拉索管道，最終使管道實際錨固點、導管上口中心點同時達到設計的坐標及高程，最后將其準確牢固定位。混凝土箱梁澆注前對索道管的軸線位置應進行復核，并對超出規范要求的索道管進行調整和加固。按照在計算機內放樣得出的測量復核控制點坐標對各個索道管進行逐一核對，確保軸線位置控制在規范要求的范圍內。在混凝土箱梁澆注過程中加強對索道管的監測。

6. 變形監測

6.1索塔基礎沉降及變形監測。

橋梁基礎承受著巨大荷載，在自重的作用下會產生沉降，為了保證橋梁基礎的安全，監測沉降大小，給設計及施工提供可靠數據，必須在橋梁施工過程中及成橋后對基礎的沉降進行周期監測。

首次觀測在承臺完成經確認混凝土已凝固時進行，以每十天為一周期，即每隔十天觀測一次。以首期觀測所得到的各點高程為基準值建立沉陷觀測成果表。同時，依沉陷觀測點所分布的位置和周期的沉陷量，編制傾斜觀測成果表，繪制點位沉陷過程線。

沉陷觀測成果整理不涉及復雜計算，使用常用的計算器即可完成計算。

6.2索塔施工期及施工完畢后的變形監測。

在索塔建設過程中，隨著索塔高度的增加，撓度變形的幅度也急劇增大；受風力、日照等外界環境因素的影響，索塔也會產生撓度變形。只有準確地掌握索塔擺動和扭轉的規律，才能有效地指導施工和相應的施工測量工作。

索塔撓度變形觀測的常用方法有：測角、測邊、邊角交會法、全站儀坐標法、天頂距測量法、水平距離觀測法和GPS實時動態測量RTK監測法等，各有其優缺點。由于目前全站儀測角、測距精度都非常高，所以全站儀極坐標法是最常用的方法。本橋將主要采用全站儀坐標法。在已竣工的塔肢上每隔20m高度斷面，安裝4個“監測棱鏡”，永久安裝在塔身上的固定位置，在索塔頂設置4個水平位移監測點，分別分設在索塔頂的四個角處，監測點上安裝加固、防曬的反光棱鏡，作為索塔變形觀測的測點。

索塔施工過程中每個周期觀測均記錄觀測時間，算出各觀測點的坐標分量和水平位移，與角度觀測同時要進行溫度、風速風向、日照方向等項觀測并作記錄。根據觀測結果，就每個觀測點作出塔柱縱向、橫向擺動過程線和溫度變化過程線。求出各點擺動平衡位置及相應的時刻。索塔施工完畢，進行48小時全天侯主塔變形觀測，并同時記錄觀測時間、溫度、氣壓以及觀測時的風力、風向等數據，每小時觀測一次，以第一次觀測成果為基準值，每次觀測值與基準值比較，得出主塔橫、縱、豎向偏移值，從而掌握主塔在日照、溫差、風力、風向、振動等外界條件變化影響下的擺動變形規律。

6.3主梁施工期間索塔變形監測。

一方面由于索塔兩側斜拉索的拉力不等，而使索塔在順橋向產生撓度變形，另一方面在大橋主梁澆筑過程中，每施工四對斜拉索，對張拉千斤頂以及傳感器進行標定，并測量一次索塔塔頂位移偏位；施工到第十對及二十對斜拉索時采取頻譜儀等其它儀器對索力儀等進行現場校核。由于施工原因，致使索塔兩側斜拉索受力不平衡，從而使索塔在順橋向產生一定的偏移，需對此變形進行觀測。

觀測方法與上一致，主梁澆筑前、澆筑過程、及主梁澆筑后均進行觀測。

7. 結論

根據上述工程測量布控方案的內容可知，工程測量貫穿于整個工程項目中。首先是施工準備階段對于施工場地地形圖的測繪以及臨時設施的放樣等輔助工作，其次是施工階段的測量放樣和施工過程中的控制測量與監控以及在竣工驗收階段的測量監控。所以工程測量在工程項目中具有很大的重要性，其中一個科學的系統的測量布控方案能夠有助于工程項目施工的順利進行。