某大縱坡高墩橋梁橋墩施工糾偏的垂直度測量方法分析

鄒進波

（貴州橋梁建設集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

近幾年，中國在橋梁工程方面的成績斐然，各類大型、特大型、世界一流的橋梁層出不窮。由于受地形因素的制約，梁橋在設計中經常出現高墩、大縱坡等結構形式。由于車輛荷載、溫度、工藝不完善等因素，導致了橋墩的偏移[1]。為了保證橋面的安全，必須對在縱向方向上不滿足規范要求的橋墩進行校正，其中包括對橋墩的垂直度進行檢測[2]。該文以一座高墩大縱坡梁橋為研究對象，采用兩種不同的測量方法，對其進行了橋墩垂直度測量，以保證其在糾偏過程和糾偏結束后橋梁結構的整體安全。

1 橋梁測量技術及施工測量理論

橋梁工程測量是在工程規劃設計、施工階段、運營維護等環節中進行的測量工作。隨著科學技術的發展，橋梁施工技術的不斷完善，對橋梁工程建造水平的提升起到了積極的推動作用[3]。橋梁的控制性測量是橋梁工程測量的基本依據和標準，根據測量階段、測量目的和作用，可將橋梁測量控制網分為基準控制網、施工控制網、運行維護網。為了確保控制網的測量結果能達到勘測設計、施工、運營維護的要求，這3個階段的平面高程控制測量必須采用統一的規范標準，實現“三網合一”。橋梁測量控制網也叫橋位控制網，通常是在項目初期設置的，在測量階段，應按要求對其進行復核測量。

橋梁施工測量是橋梁工程測量中的一個重要環節，是橋梁施工階段必不可少的基礎性工作。施工測量的工作是根據工程設計圖紙的要求，在現場對建筑物的位置、形狀尺寸等進行放樣測量，包括對施工質量進行復核，指導和協調項目的順利建設[4]。橋梁工程測量通常包含了工程放樣和工程完工驗收。現代橋梁向大跨、高墩高塔、大型構件的工廠化生產方向發展，施工工藝更復雜，施工精度要求更高，這些都對施工測量的精度要求有了進一步的提高。

常見橋梁工程的測量方法分為3類：1）傳統的大地測量技術。目前，全站儀、電子水準儀的應用，主要突出在自動跟蹤、無棱鏡等新技術角度。由于全站儀精度和自動化水平的提高，傳統的經緯儀和光學水準儀的測量手段已經被淘汰；2）衛星定位測量技術。GPS相對靜態定位技術已被廣泛應用于橋梁建設中，特別是超大型、長距離跨海大橋的建設。RTK法主要應用于海洋大橋樁基礎的施工定位，而采用相對靜態定位法進行施工加密網的測量和橋墩的平面位置的準確測量；3）其他專門的測量技術，例如利用電子傾斜儀等專門的儀器進行橋墩垂直度的測量[5]。總之，全站儀和電子水準儀技術依然是橋梁工程建設的重要測量手段，GPS相對靜態測量和RTK測量技術已經被大量應用于大型跨江跨海橋梁建設。可以預見，以智能全站儀、GNSS、激光為基礎，采用遙測、遙控、通信等技術結合的高精度空間放樣測設技術，將成為今后橋梁工程測量的主要技術。

2 工程概況

某大橋工程項目是一座于2015年完工的高速公路大橋，全長366 m，其跨徑組合為（4×30+3×30+5×30）m。該橋梁共兩幅，其中單幅橋梁的寬度為12 m，橋面寬度為2*11 m。雙幅橋的整體寬度為：0.5 m（防撞欄桿）+11 m（行車道）+0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（防撞欄桿）+11 m（行車道）+0.5 m（欄桿）。

通過對該橋的定期檢查，發現右橋墩1#、2#墩在斜坡方向有25.3～25.5 m的偏移；R7墩1#、2#柱各有24.0 cm、24.3 cm的偏移。這將導致T梁上部結構失穩，需要對其進行及時的糾偏和復位。

3 橋墩垂直度規范要求及測量

3.1 橋墩垂直度規范要求

橋墩是橋梁的主要承載結構件，在承受荷載時，會向樁基結構傳遞荷載，其質量的優劣直接影響橋梁的整體運行。橋墩的豎直度直接關系到橋梁結構的穩定性與承載力，也直接影響到橋梁結構的內力、線形、結構安全和行駛舒適性。《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF80/1—2017）中對橋墩的垂直度進行了相應的規范，具體內容見表1；橋墩垂直度示意圖參見圖1，H、Δx分別表示橋墩的橋墩高度和垂直度。

表1 橋墩垂直度檢驗標準

圖1 橋墩垂直度示意圖

3.2 橋墩垂直度測量

針對現場實際情況，對R4、R7墩墩柱的垂直度進行了不同方式的測量，R4墩墩柱采用圓柱切線法，R7墩墩柱采用圓柱三點法。

3.2.1 圓柱切線法測量方法及原理

（1）測量操作步驟：先在已知的點位設站、確定方向，然后利用全站儀的偏心測量軟件，對墩柱的兩邊切線和兩切線的平分線進行測量，再調用儀器計算程序求解出墩柱底面、頂截面的圓心坐標值[6]。

（2）切線測量的原理：詳見圖2，0是墩柱底部橫斷面的中心，坐標設為（x0，y0，z0），用R表示圓半徑值。

圖2 圓柱偏心法示意圖

已知a點的坐標值（xa，ya，za），定向點為b，ac，ad為圓柱兩側面的兩條切線，∠cad的角平分線為ae，L為平距。e點坐標實測值為（xe，ye，ze），其圓心坐標推導方法如下：

求得圓心坐標為：

利用相同的計算理論方法，可求出墩柱頂截面的圓心坐標值O1（x1，y1，z1），則墩柱的垂直度i計算方式如下：

見表2、表3，為R4、R7墩墩柱糾偏過程垂直度測量統計情況。由表2、表3可知，采用全站儀切線測量方法，糾偏完成后，其垂直度滿足規范及安全運營要求。

表2 R4墩墩柱糾偏過程垂直度測量統計情況

表3 R7墩墩柱糾偏過程垂直度測量統計情況

3.2.2 圓柱三點測量方法及原理

相對于偏心測量法而言，圓柱三點測量法對橋墩所處的地形環境要求較低[7-8]。任取圓柱表面上3個點a1、a2、a3，測量出其坐標a1（x1，y1，z1）、a2（x2，y2，z2）、a3（x3，y3，z3），代入方程（x-m）2+（y-n）2=r2，通過求解方程取得半徑r，圓心坐標（m，n），方程式如下：

采用同樣的方法求出底和頂截面圓心坐標分別為，0底（m0，n0，z0）、0頂（m1，n1，z），則墩柱垂直度（i）計算如下：

由于現場實測環境的原因，R7橋墩在糾偏時采用圓柱三點方法進行測量，在校正完畢后，垂直度達到設計規范和橋梁的安全運行要求。

4 結論

綜上所述，該文提出了兩種不同的圓橋墩垂直度的測量方法，并結合兩種測量方法的特點，對不同地形條件下的橋墩進行了垂直度的糾偏控制測量[9-10]。這兩種測量方法只適用于圓柱形的橋墩，以后還需要進一步的研究，如箱體等非圓柱體的垂直度。此外，在實際測量中，采用這兩種方法進行橋墩糾偏時，由于數據處理耗時太多，導致測量速度不能達到工程進度的要求，建議進一步開發和編寫有關的計算軟件，以便對測量資料進行快速的處理。