東水門長江大橋鋼錨箱安裝定位方法

劉金元

摘 要：文章結合工程實例，主要針對東水門長江大橋鋼錨箱安裝控制要點及定位方法進行了闡述。經東水門長江大橋實踐獲得了很好的控制效果。

關鍵詞：東水門大橋；鋼錨箱；安裝控制；定位方法

1 工程概況

東水門長江大橋主橋橋跨布置為222.5+445+190.5m 雙塔單索面部分斜拉雙層鋼桁梁斜拉橋。索塔外輪廓采用天梭形，內輪廓采用水滴形，空間曲面線形，構造復雜，造型美觀。是連接長江兩岸的交通要道。設計為公軌兩用橋梁，下層為雙線軌道交通，上層為雙向四車道汽車通道（城市次干道）。主塔由下塔柱中塔柱和上塔柱組成，其中上塔柱斜拉索錨固區采用鋼錨箱-混凝土組合結構，主塔共9節鋼錨箱，節段斷面尺寸為4.576m-5.064（順橋向）×1.32m（橫橋向），首節段高3.60m，其余節段高3.80m，鋼錨箱總高度為34.00m。

2 鋼錨箱的安裝

鋼錨箱的結構剛度相對塔柱較小， 而且東水門橋的鋼錨箱在防銹處理時采用了熱浸鋅工藝，導致在制作和安裝過程中結構本身會有一定的變形。鋼錨箱底座位于+298.610m （黃海高程）的高空，由于施工場地的限制及環境因素的影響，安裝精度控制難度非常大。鋼錨箱安裝精度要求： （1）為了控制斜拉索錨固點位置偏差，錨箱中心線的總體誤差容許值為±5mm，高程總體誤差容許值為±10mm；（2）首節鋼錨箱傾斜度的容許誤差為1/ 3000 。鋼錨箱截面中心線與混凝土截面中心線的相對位置偏差應不大于±5mm。

現場安裝誤差主要來源于制造精度、首節段底座安裝精度兩部分。在不考慮鋼錨箱制造誤差的情況下，為了使鋼錨箱安裝精度達到設計要求，首節鋼錨箱安裝的四角不平整度不能超過0.2mm。鋼錨箱制造單位最大稱誤差為0.5mm。理想狀態（不考慮由于外界溫度及施工誤差） 9 個鋼錨箱安裝完成時的總體傾斜度最大累計誤差已經達到了4.5mm，在超限邊緣。加上在實際施工過程中各種外界因素的影響，極其容易超出設計允許的±5mm要求。而根據現場實際測量，鋼錨箱的加工精度并未達到0.5mm。為使錨箱安裝精度達到規范要求，必須對鋼錨箱安裝過程進行監控，并在鋼錨箱中間設置調整段，根據監控結果做出必要的調整。

2.1 首節鋼錨箱安裝控制

由于施工中先進行鋼錨箱安裝、后進行混凝土澆筑。精確安裝首節鋼錨箱對于控制整個上塔柱鋼錨箱的幾何線形十分重要。首節鋼錨箱位置控制斜拉索錨固點的平面位置和高程。鋼錨箱安裝并與螺栓相連接后，將與預拼裝中已經建立起來的幾何線形保持一致。為確保鋼錨箱的平面位置及其垂直度，首節鋼錨箱安裝位置要求很高。

在首節鋼錨箱安裝前需要做的準備工作有： （1）根據前期索塔基礎沉降資料，分析基礎沉降與荷載的變化相對關系，預測成橋階段基礎沉降總量；分析混凝土溫差伸縮和彈性壓縮量，根據這兩方面確定首節鋼錨箱錨箱高程的補償值；（2）鋼錨箱直接安裝在混凝土面既不利于安裝也不利于調節。為了使首節鋼錨箱安裝穩固，在底部混凝土中鋼錨箱四角處預埋4 個獨立的水平承壓鋼板，預埋鋼板頂面高程比首節鋼錨箱底面高程底20cm左右；（3）以二等水準將高程傳遞到塔柱附近穩定高程點上，再通過全站儀差分法將高程傳遞到錨箱底座附近建立水準點，用于安裝時精準的控制底部高程；（4）通過結構豎向位移監測儀準確測出各鋼板距離鋼錨箱底部高差值，制作鋼墊塊，安裝在鋼錨箱底部；（5）選擇夜間溫度穩定的時候在底座上放出首節鋼錨箱軸線；（6）安裝首節鋼錨箱。鋼錨箱起吊到位以后， 先進行錨箱對線，再利用三向千斤頂精確調整錨箱標高和平面位置，然后將錨箱與承重板之間焊接固定，平面軸線誤差不超過1mm，高程調整精度應控制在0.2mm 以內。首節鋼錨箱的傾斜度由結構豎向位移監測儀來監測，通過設置在承重板上的薄墊片調整，為滿足精度要求，最薄墊片厚度為0.1mm；（7）在夜間溫度穩定時，測量塔柱上變形監測棱鏡 ，進行鋼錨箱上控制點的測量，同時進行環境監測；（8）進行環境修正后，分析鋼錨箱安裝的高程誤差和平面誤差，若超出精度控制范圍，提出調整措施，在夜間溫度穩定時進行調整，經過幾次“調整—— 測量——誤差分析”循環，確保首節鋼錨箱精度滿足要求。

2.2 其他鋼錨箱安裝控制

鋼錨箱現場安裝時，根據預拼裝測量數據將鋼錨箱盡量恢復至制造線形。在安裝上層鋼錨箱前，首先對已安裝好的下層鋼錨箱進行精確竣工測量，以確保軸線和高程滿足要求。若誤差較大則在后續安裝的鋼錨箱上進行微調。高程微調采用在兩節鋼錨箱之間加入楔形鋼墊的方法進行，平面位置的微調可在拼接板間添加墊塊。為保證測量數據準確可靠，盡量選在夜間溫度穩定期間測量，測量次數不少于兩次，同時進行環境監測。每次鋼錨箱現場安裝完成后，將現場實測數據傳回加工廠，指導后續錨箱加工。

3 鋼錨箱安裝過程中誤差分析與控制

3.1 平面位置

在實際施工過程中，因工程進度需要，有時會在白天進行鋼錨箱的安裝。受溫度和風等因素影響，塔柱平面和高程始終處于變化狀態，塔柱偏離“中性位置”（理論設計位置）。通過模擬計算這種偏移擺動在1cm左右。為了消除這種因素的影響，施工過程中可以采用 “監測棱鏡”法，對此予以修正。關鍵過程分為以下兩步。

3.1.1 塔柱變形的監測：在已竣工的下部塔柱上每隔25m高度斷面，安裝2個監測棱鏡，安裝在塔身上的固定位置，用于全站儀監測塔柱的位置偏移情況，計算尋找塔柱的中性位置。每次安裝鋼錨箱時，可在已安裝的鋼錨箱頂部安裝兩個臨時追蹤棱鏡，用以在放樣過程中與塔柱的中性位置進行比較，從而得到塔柱實時位置與中性位置的差值，并對放樣位置預以修整。通過對塔身上的監測棱鏡及追蹤棱鏡進行一段時間24h全天候持續觀測，并詳細記錄觀測時周圍環境信息，仔細分析監測數據，計算求得塔柱中性位置，給出中性位置下追蹤棱鏡的坐標。

3.1.2 對實時測量結果的修正：鋼錨箱實際安裝定位時，首先測量追蹤棱鏡的實時坐標，經與中性位置下的追蹤棱鏡坐標比較，得出坐標修正值△X與△Y。然后對鋼錨箱軸線進行觀測，對其坐標測量結果加以△X與△Y修正，提高鋼錨箱的平面位置精度。用此方法可以使鋼錨箱安裝測量工作隨時進行，而去除了只能在夜間進行安裝的弊端。

3.2 高程

鋼錨箱平整度主要由加工制作來決定，在安裝過程中發現若超過誤差允許范圍，可通過薄墊片進行微調。每節段安裝過程中都使用結構豎向位移監測儀來監測，確保已安裝好的鋼錨箱節段不會影響下一節鋼錨箱的安裝。結構豎向位移監測儀注意在大氣壓穩定的時候使用，避開強光和升溫時刻。

4 結論

鋼錨箱安裝完成后，最頂端軸線偏差為4mm，高于設計要求的5mm，最大傾斜度為1/3600，高于設計要求的1/3000，頂部絕對高程與設計高程差值為3.5mm，高于設計要求的9mm，很好的達到了設計要求。

參考文獻

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