自錨式懸索橋鋼主梁精確定位測量控制技術(shù)

張 金 強(qiáng)， 鐘 波

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

自錨式懸索橋具有建設(shè)周期短、橋梁造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，為常用橋型。但自錨式懸索橋鋼主梁安裝定位施工技術(shù)復(fù)雜，受溫度、焊接變形影響大，對(duì)測量控制技術(shù)要求高。為保證成橋線形和結(jié)構(gòu)安全，必須對(duì)測量方案進(jìn)行比選，在測量控制技術(shù)上進(jìn)行優(yōu)化。筆者以云龍灣大橋鋼主梁定位安裝測量控制方案的選取為例進(jìn)行了闡述。

云龍灣大橋?yàn)殄\江生態(tài)整治項(xiàng)目跨越錦江的兩座橋梁之一，主要銜接益州大道錦江南北兩岸。根據(jù)通航和行洪部門要求，主橋一跨跨越錦江水面，孔跨布置為(30+80+205+80+30)m雙塔自錨式懸索橋。主橋主梁為縱橫梁鋼結(jié)構(gòu)體系，梁高3.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段全寬48.5 m，橋塔處梁體寬54.6 m。梁體主要材質(zhì)為Q345D，主要結(jié)構(gòu)為主縱梁(箱型梁)、普通中橫梁、端橫梁、錨固橫梁、塔橋結(jié)合處中橫梁組成的縱橫向梁格體系。橋面橫坡通過梁體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)(即通過腹板高度變化實(shí)現(xiàn))，以保持底板水平。

2 鋼主梁安裝定位測量控制技術(shù)具有的特點(diǎn)

(1)測量精度要求高：大跨度自錨式懸索橋鋼主梁安裝定位要求高，施工定位誤差要求在5 mm以內(nèi)。

(2)施工控制難度大：全橋主梁分為27個(gè)節(jié)段進(jìn)行拼裝，各節(jié)段縱橫梁及橋面板由于運(yùn)輸和吊裝等原因又劃分為數(shù)段，其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，受焊接變形和溫度影響大，需要在定位安裝時(shí)考慮焊接變形的影響，以及在現(xiàn)場放樣時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行修正[1]。

(3)測量環(huán)境因素影響大:由于鋼主梁的安裝定位施工安排在夏季，受溫度的影響大，測量工作只能安排在夜間溫度較低且穩(wěn)定時(shí)展開，測量條件較差。

3 主梁安裝定位控制網(wǎng)的布置

平面、高程控制網(wǎng)的布置和精確測設(shè)是確保橋梁鋼主梁按照施工監(jiān)控要求、高精度進(jìn)行定位的控制依據(jù)，為主梁在施工完成后能達(dá)到設(shè)計(jì)線性提供有力的保障。故有必要對(duì)測量控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化布置和精確測設(shè)。

3.1 精密控制網(wǎng)具有的特點(diǎn)

(1)控制范圍小，控制點(diǎn)的密度較大且精度要求高。

(2)控制點(diǎn)使用頻繁，周邊障礙物多且存在視線落差。

(3)點(diǎn)位布置在施工紅線內(nèi)且周邊活動(dòng)干擾較大。

3.2 測量控制網(wǎng)的測設(shè)

(1)布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)，布設(shè)的控制點(diǎn)位應(yīng)考慮到現(xiàn)場施工方法和現(xiàn)場場地的布置情況，以確保測量控制點(diǎn)保護(hù)和通視。控制網(wǎng)點(diǎn)位情況見圖1。

圖1 控制網(wǎng)平面圖

(2)平面控制網(wǎng)以三角形建立邊角網(wǎng)控制，以Y3、Y4為基線作為起算點(diǎn)，沿途測設(shè)控制點(diǎn)并進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，以保證網(wǎng)形結(jié)構(gòu)的精度滿足規(guī)范要求[2]。

(3)高程控制網(wǎng)與平面網(wǎng)點(diǎn)重合布設(shè)，以Y3、Y4為起算點(diǎn)，構(gòu)成閉合水準(zhǔn)路線，按國家三等水準(zhǔn)測量規(guī)范要求施測[3]。

(4)為確保后續(xù)鋼主梁施工全過程的定位控制，在測量控制網(wǎng)沿途增設(shè)了加密控制點(diǎn)JM1和JM2，以避免控制點(diǎn)位不通視及球氣差改正等不利條件[4]。

(5)控制點(diǎn)位使用頻繁且施工干擾大。為避免控制點(diǎn)位位移沉降變化對(duì)安裝測量產(chǎn)生影響，應(yīng)定期對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測——以首級(jí)控制網(wǎng)進(jìn)行引測復(fù)核。

4 鋼主梁測量控制技術(shù)方案

4.1 鋼主梁安裝定位特點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和云龍灣大橋自身特點(diǎn)，該橋的施工采用先梁后纜的施工工藝。橋梁鋼主梁的安裝：主跨采用拖拉滑移，邊輔跨采用原位吊裝，兩種方案結(jié)合施工。

考慮到實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝方案，全橋鋼梁的安裝縱向劃分為27大節(jié)段，橫向劃分為主縱梁節(jié)段(含懸挑臂)和3個(gè)橫梁段；端橫梁、中橫梁橫向劃分為3個(gè)節(jié)段；全橋共計(jì)141個(gè)節(jié)段；橫梁面板縱向分段按設(shè)計(jì)圖紙劃分，橫向劃分為10個(gè)面板單位，現(xiàn)場進(jìn)行散裝，安裝的先后順序?yàn)橹骺v梁單元(挑臂單元)、橫梁單元及面板單元。

4.2 鋼梁測量實(shí)施方案

(1)鋼梁測量控制點(diǎn)的布置。根據(jù)鋼梁拼裝特點(diǎn)，為保證主梁在成橋狀態(tài)下能滿足精度要求，取吊索軸心線上的吊點(diǎn)和大里程梁段距離節(jié)段縱向邊緣50 cm的點(diǎn)位處為定位控制點(diǎn)(圖2)，ZL24在支架上的縱向位置以DD24-1、DF24-2為控制點(diǎn)進(jìn)行縱向定位。

圖2 節(jié)段控制點(diǎn)位圖

鋼主梁在廠內(nèi)組裝后，通過精密儀器用極坐標(biāo)放出鋼梁頂板4個(gè)定位控制點(diǎn)，用鋼尖沖擊成丸坑，油漆涂刷防腐后作為測量樣沖標(biāo)識(shí)點(diǎn)，并將測量標(biāo)識(shí)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)反饋到現(xiàn)場，在現(xiàn)場根據(jù)實(shí)際標(biāo)識(shí)點(diǎn)坐標(biāo)修改并進(jìn)行主梁的安裝定位。

(2)鋼梁的現(xiàn)場測量。

① 鋼梁在制造、安裝過程中，各單元構(gòu)件與設(shè)計(jì)尺寸可能會(huì)出現(xiàn)偏差，為確保現(xiàn)場散拼梁段與整節(jié)段的順利拼裝，拼裝前，必須對(duì)現(xiàn)場已安裝的散拼節(jié)段與整節(jié)段各桁之間的縱向、橫向、豎向尺寸、同位孔偏差、主縱梁垂直度及橋面預(yù)拼拱度進(jìn)行精密測量，收集好數(shù)據(jù)作為后續(xù)梁段調(diào)整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[5]。

②鋼梁拼裝過程中，在鋼梁拼裝平臺(tái)上使用全站儀放出橋梁中心線及梁邊線，用油漆做好測量標(biāo)識(shí)線，用尼龍線栓住測量標(biāo)識(shí)線并拉直作為鋼梁拼裝參考線。胎架上用水準(zhǔn)儀放出梁底高程，控制好支架的相對(duì)高度，形成鋼梁的坡度線形。

③主縱梁吊裝就位時(shí)，利用鋼梁拼裝前施放的測量標(biāo)識(shí)線進(jìn)行安裝就位，利用廠內(nèi)做好的測量標(biāo)識(shí)點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測調(diào)整。由于鋼結(jié)構(gòu)受溫度和焊接變形等因素的影響較大，故控制點(diǎn)的坐標(biāo)需要對(duì)溫度和焊接變形進(jìn)行考慮。參考焊接工藝報(bào)告，縱向主縱梁節(jié)段與節(jié)段之間預(yù)留了4 mm的焊接收縮縫，橫向主縱梁往兩側(cè)偏移5 mm的焊接收縮量[6]。待梁段確定測量定位后，應(yīng)在節(jié)段與節(jié)段間進(jìn)行碼板連接，同時(shí)將測量標(biāo)識(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集后作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

④主縱梁各節(jié)段焊接完成、待鋼梁變形穩(wěn)定后，再次用全站儀收集測量標(biāo)識(shí)點(diǎn)坐標(biāo)，并將其與先前的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析焊縫收縮量及結(jié)構(gòu)形變量是否在理論值范圍內(nèi)，亦可借鑒該數(shù)據(jù)偏差預(yù)推下一節(jié)段的預(yù)留量。

5 結(jié) 語

筆者以云龍灣大橋主梁鋼結(jié)構(gòu)安裝定位測量控制技術(shù)的實(shí)施為例對(duì)橋面設(shè)計(jì)線形進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：該項(xiàng)目所采用的測量方案設(shè)計(jì)合理，可操作性強(qiáng)，按照該方案順利完成了鋼主梁的安裝定位，保證了工程質(zhì)量和施工進(jìn)度。文中介紹的測量控制方法對(duì)大跨度自錨式懸索橋主梁定位具有較大的參考價(jià)值。