混合梁斜拉橋現(xiàn)澆梁端索道管定位精度控制★

陳 康 黃天貴 李政遜

(中交第一公路工程局有限公司，北京 100024)

0 引言

大型斜拉橋主要由塔、梁、索三大部分組成。斜拉索是連接主塔和主梁的紐帶，而索道管是將斜拉索兩端分別錨固在主塔和主梁上的重要構(gòu)件，為了防止斜拉索與索道管口發(fā)生摩擦而損壞斜拉索，影響工程質(zhì)量，以及保證對(duì)稱(chēng)，防止錨固定偏心而產(chǎn)生的附加彎矩超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，對(duì)索道管錨墊板中心和現(xiàn)澆梁頂面索道管出口中心的三維空間坐標(biāo)位置提出了很高的精度要求，按大型斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)定，一般要求斜拉索、錨具軸線偏差小于±5 mm［1］。斜拉索通常采用扇形布置，現(xiàn)澆梁端的索道管分布在邊跨位置，它們分布相對(duì)密集，傾角變化大，索道管長(zhǎng)度變化大。

本文以永川長(zhǎng)江大橋現(xiàn)澆端索道管安裝為背景，在現(xiàn)澆端索道管精確定位控制方面進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。

1 工程概況

永川長(zhǎng)江大橋橋型為七跨連續(xù)半漂浮體系雙塔雙索面混合梁斜拉橋，跨型布置為(64+2×68+608+2 ×68 +64)m;主梁中跨采用PK 斷面鋼箱梁，邊跨采用同外形的混凝土箱梁，梁高3.5 m，箱梁全寬(含風(fēng)嘴)37.6 m;中跨標(biāo)準(zhǔn)索距15.5 m，邊跨索距10 m，8 m(見(jiàn)圖1)。

圖1 斜拉索總體布置圖

在斜拉橋邊跨混凝土梁的施工中，索道管的精密定位十分重要，受實(shí)際施工條件限制，現(xiàn)澆梁端索道管的定位施工放樣困難，但精度要求高。永川長(zhǎng)江大橋，定位精度要求平面位置偏差小于±5 mm，高程偏差小于±2 mm［2］。大橋邊跨現(xiàn)澆梁南北岸各長(zhǎng)196 m，分別布設(shè)19 對(duì)索道管，其中傾角最大為80.114°，最小為37.818°，索道管最長(zhǎng)為5.293 m，最短為3.310 m。一般情況，索道管越長(zhǎng)，體積越大，重量越重，則相對(duì)應(yīng)的定位難度越大。在索道管安裝前，放樣錨固點(diǎn)中心點(diǎn)位置，提前安裝型鋼支架，作為初步定位用，以備后期安裝微調(diào)使用。

2 大橋坐標(biāo)系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器

大橋建立了大橋獨(dú)立坐標(biāo)系和投影面，測(cè)量?jī)x器使用現(xiàn)代先進(jìn)儀器。

2.1 大橋獨(dú)立坐標(biāo)系和投影面

為了方便設(shè)計(jì)和施工，以橋軸線右岸端點(diǎn)坐標(biāo)為起算坐標(biāo)，橋軸線方位為起算方位角。設(shè)計(jì)橋面高程面是主要投影面，因橋梁上部結(jié)構(gòu)安裝，能否盡量減小變形，關(guān)鍵在此投影面的確定，設(shè)計(jì)成果的投影面為250 m。

2.2 測(cè)量?jī)x器

測(cè)量?jī)x器使用徠卡TCRP1201 +R400 全站儀，標(biāo)稱(chēng)測(cè)角精度0.5″，測(cè)距在有棱鏡模式時(shí)的測(cè)距精度為1 mm +1.5 ×10－6D，無(wú)棱鏡模式時(shí)的測(cè)距精度為2 mm+2 ×10－6D。

3 索道管設(shè)計(jì)坐標(biāo)的計(jì)算與修正

3.1 索道管設(shè)計(jì)坐標(biāo)利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算

不考慮邊跨現(xiàn)澆梁動(dòng)態(tài)施工特性時(shí)的索道管三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)模型。現(xiàn)以永川長(zhǎng)江大橋南岸邊跨現(xiàn)澆梁索道管為例，推導(dǎo)不考慮現(xiàn)澆梁動(dòng)態(tài)施工的特性，即設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)時(shí)的索道管測(cè)量放樣數(shù)據(jù)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型。

圖2 索道管數(shù)學(xué)模型圖

如圖2 所示，假設(shè)AD 為索道管中心線，A 為索道管下端錨固點(diǎn)，D 為索道管出口點(diǎn)，AB 為索道管中心線在Y 軸面上的投影，AE 為索道管中心線在X 軸面上的投影，BDEC 為索道管出口中心點(diǎn)所在的水平面，L 為索道管設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，m 為索道管中心線在BDEC 面的投影，h 為索道管錨固中心點(diǎn)到索道管出口中心點(diǎn)高差，β 為索道管的豎直角，γ 為索道管的水平角，高程已知z錨，索道管錨固點(diǎn)中心點(diǎn)平面坐標(biāo)已知為(x錨，y錨)，以此建立立體模型，計(jì)算如下:

把式(2)代入式(1)可計(jì)算出:

把式(3)，式(4)代入式(2)，再將結(jié)果代入式(1)可以推算出:

因?yàn)椋琇，β 角，γ 角都為已知量，所以可以計(jì)算出h。得出h后，將h 代入式(3)，式(4)可算出Δx 和Δy。

其中，h，Δx 和Δy 三個(gè)量全部求出，又已知錨固點(diǎn)三維坐標(biāo)，可算出索道管出口坐標(biāo):

3.2 數(shù)據(jù)修正

在現(xiàn)澆梁索道管精密定位過(guò)程中，由于在鋼管支架上立模、鋼筋綁扎等施工荷載的增加，往往使現(xiàn)澆梁底模發(fā)生沉降，而偏離設(shè)計(jì)。所以，在索道管的實(shí)際定位過(guò)程中應(yīng)充分考慮上述因素并對(duì)索道管的實(shí)際放樣數(shù)據(jù)做出修正。索道管設(shè)計(jì)參數(shù)的修正應(yīng)主要考慮橋梁順橋向(x)、橫橋向(y)及坐標(biāo)高程(z)偏差這三個(gè)因素。這三個(gè)因素是通過(guò)高程和傾斜角的修正來(lái)同時(shí)完成的，而且要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間情況進(jìn)行修正的完善，只理論上進(jìn)行修正而不與實(shí)際情況相結(jié)合所定位的索道管是不正確的。永川長(zhǎng)江大橋是混合梁斜拉橋，對(duì)成橋狀態(tài)下索道管測(cè)量放樣數(shù)據(jù)計(jì)算模型進(jìn)行修正時(shí)，應(yīng)在斜拉索區(qū)施工前期，對(duì)現(xiàn)澆梁進(jìn)行24 h 的變形觀測(cè)，根據(jù)變形觀測(cè)數(shù)據(jù)與原有的數(shù)學(xué)計(jì)算模型進(jìn)行對(duì)比和修正。但考慮永川長(zhǎng)江大橋邊跨現(xiàn)澆梁跨徑比較大，分三個(gè)梁段進(jìn)行澆筑，所以每完成一個(gè)澆筑工況，應(yīng)重新對(duì)現(xiàn)澆端進(jìn)行24 h 的變形觀測(cè)，再與數(shù)學(xué)模型計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與修正，從而使索道管放樣數(shù)據(jù)計(jì)算的方法更趨向科學(xué)合理。

1)索道管傾斜角的修正。

由于鋼筋綁扎、澆筑過(guò)程中錨墊板位置在下方且重量較大，變形量較大，從而導(dǎo)致索道管的傾斜角發(fā)生變化。下面就傾斜角的修正做簡(jiǎn)要分析。如圖3 所示，AB 為水平面，AC 為索道管錨塊設(shè)計(jì)坡度線，AC1為索道管錨塊實(shí)際坡度線，C(C1)為索道管錨固點(diǎn)，β 為索道管傾角，α 為設(shè)計(jì)坡度，θ 為索道管中心線與設(shè)計(jì)坡度線的夾角。

圖3 索道管施工前后變化

永川長(zhǎng)江大橋索道管現(xiàn)澆梁端，AC 為負(fù)坡，α 為負(fù)，由圖3 可知:

當(dāng)坡度變化了Δα 時(shí)(取向下為正)，C 位置移動(dòng)到C1，為保證索道管中心線與設(shè)計(jì)坡度線的夾角θ 不變，α 也必須作相應(yīng)的改正。結(jié)合上文敘述的公式不難看出:

根據(jù)上述原理，在索道管定位之前，應(yīng)先把索道管實(shí)際的坡度與設(shè)計(jì)的坡度之差Δα 和錨固中心點(diǎn)實(shí)際與設(shè)計(jì)高差ΔH，計(jì)算測(cè)量得出，從而計(jì)算出改正后的傾角，即:

2)現(xiàn)澆梁底模標(biāo)高定位偏差引起的錨固點(diǎn)高程修正。

假定沉降定位偏差引起的高程偏差為ΔH，為保證斜拉索的線性，現(xiàn)澆梁端索道管的標(biāo)高也應(yīng)該改變相同的偏差量，由于索道管上其他坐標(biāo)的計(jì)算都是從錨固點(diǎn)起算的，因此只需對(duì)錨固點(diǎn)進(jìn)行此項(xiàng)修正即可。修正后錨固點(diǎn)的高程為:

4 結(jié)語(yǔ)

大型混合梁斜拉橋工程的建設(shè)需要測(cè)量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，對(duì)精度的要求更高。理論值必不可少，但還需在理論的基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)度、施工條件等對(duì)理論值做修正處理，以更加完善的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，這樣可以保證橋梁整體的精準(zhǔn)度。

本文從坐標(biāo)計(jì)算和修正兩方面對(duì)混合梁斜拉橋現(xiàn)澆端索道管定位精度做了簡(jiǎn)單的分析，但是對(duì)索道管精度定位的因素不只是有本文論述內(nèi)容，還有其他，如:大氣溫度、斜拉索垂曲等，都需要根據(jù)當(dāng)時(shí)施工的實(shí)際條件來(lái)適當(dāng)修正，以保證索道管定位的精度，保證工程質(zhì)量。

［1］吳棟材，謝建綱.大型斜拉橋施工測(cè)量［M］.北京:測(cè)繪出版社，1996.

［2］JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.