荆沙大桥斜拉桥主梁施工测量

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一、概况

荆沙长江大桥北汊通航孔桥为双索面全飘浮式ＰＣ斜拉桥，跨径200m+500m+200m。目前为国内之最；主梁为“π”形梁，顶宽26.5 m，肋高2.4 m。设计坡度：顺桥向3‰(南高北低),横桥向为“人”字坡，坡度为２％。我局施工的为北汊通航孔桥南侧３２＃墩４５０m的主梁（其中中跨２５０m，边跨200 m,按设计要求,中跨和边跨均分为32个节段施工(编号0#~31#),施工方法主要采用牵索前支点挂篮悬浇法,中跨每节浇注8 m,边跨每节浇注8 m、6 m、4 m不等。

由于受温度温度的影响，以及在不平衡索力、荷载作用下引起塔柱变形等，使主梁在施工全过程中处于动态状况下，这是斜拉索桥施工一个显著的特点。施工测量的任务是保证在动态施工情况下，使主梁成桥线形符合设计要求以及为保证施工安全而进行的必要施工监测。为此该项目成立了由业主牵头，业主、设计、监理、施工及专业施工监控五方组成的控制小组，分工协作，共同控制。下面就从施工方的角度谈谈斜拉桥的施工测量。

就施工单位而言，施工测量主要内容有施工控制网的建立、施工过程控制及施工监测。

二、施工控制网的建立

在施工前，为建立主梁施工控制，必须复测全桥平面和高程控制网；为实施斜拉桥成桥线形控制，确保主梁形体尺寸符合要求，边跨按设计要求，边跨、中跨按设计预定的主梁中线和高程线形方向正确合拢，应在全桥统一的平面和高程控制网的基础上测设平面和高程施工控制；主跨合拢口Ｘ、Ｙ、Ｚ三向尺寸误差的控制，都是依据所建立的施工控制进行的，要求施工控制应有足够的精度。

规范要求，构筑物的轴线放样限差为Ｌ／10000（Ｌ为跨径），对本桥而言，则限差为５cm，在实际操作过程中，我们将轴线放样限差定为３cm。由于构筑物的轴线误差主要是由施工误差和测量误差引起的，而测量误差主要由控制点测量误差和放样误差引起的，综合上述因素，控制测量误差应为：

  m控=1/3m=1/6 ∆限=1/6×3=5(毫米)  (m为构筑物轴线误差)

主梁高程施工控制是构筑物以及块件线性方向高程放样的基础，按规范要求，水准测量按三等精度施测（指跨河水准）。

2.１ 平面施工控制网的特点与布设

  ０＃块 施工前，将下横梁顶面设计中心点转至塔柱人洞处，供控制支立０＃块模板用，在０＃块砼浇注砼浇注完毕后，立即在其中心处埋设永久性测量标志，根据入洞处的点在测量标志上恢复墩中心点，随后按图２－１所示布设主梁施工控制网，采用边角联合交会，测量出图中所有角和边，并进行严密平差，精确测出两索塔设计中心点０１、０２，０１、０２点测设成果见下表。为便于使用，０1、02点定出后,分别在这两点设置经纬仪，相互定向，将０1、02点连线方向在两索塔上横梁内侧面上标定出，则０1、02点为主梁控制基准点，其连续方向为主梁控制基准 线，在这里须指出的是，在０＃索未挂之前（即０＃块约束解除之前），认为索塔受日照影响所产生的扭转偏移量对于主梁中心线方向的影响是彼此相似的，不予考虑，这些点线 通常被认为是相对稳定的，由此可知，主梁中心线方向的测定是以两索塔构成的一个相对关系统一的坐标系统，但在施工过程中，必须对这些点线的稳定性进行核。                          

随着主梁不断向前延伸，主梁中心线应在已浇注主梁顶面不断标志出，如图２－２所示，以方便后续节段施工的挂蓝定位。

２.2 高程施工控制

在０＃块施工之前，对下构施工用的在下横梁顶面上的水准点进行复测，由于３２＃墩离岸上桥控点较远，其高程采用电磁波三角高程对向观测方法，用两台全站仪同时对向观测１６个测回，如图２－３所示，经平

差后，观测成果应符合三等水准要求，作为主梁统一的高程控制。

为便于以后主梁标高的控制，应将下横梁水准点，采用几何水准测量方法，在上、下游中塔柱的岸、河两侧墙上适当位置分别测设四施工水准点，其高度大致与主梁０＃块顶面平齐，便于以后立尺用，如图２－２所示。

三、施工过程控制中的测量工作

主梁施工时必须进行施工控制，即由监控方对梁体每一施工阶段的结果进行详细的检测分析和验算，以确定下一施工阶段索力和主梁线形标高及索塔位移控制量，周而复始，直至合拢。施工控制方法有多种，每种测量方法也不尽相同，现将本桥施工控制过程中的测量工作叙述如下：

3.1 挂蓝前移并定位立模

3.1.1 挂蓝轴线及里程控制线的确定

主梁０＃~1#块采用落地支架现浇法，１＃块砼浇完后，事先在相应部位利用全站仪按主梁中心控制点放出挂蓝安装线安装挂蓝。待挂蓝及主梁底模安装完毕后，应在挂蓝前端相应部位标出挂蓝中心点及里控制线，由于主梁为“π”形，形状不规则，很难用钢尺确定其中点，可通过下述方法予以确定，如图３－１所示，从挂蓝前端向后量取a米，定出Ａ、Ｂ两点，此两点即为挂蓝行走里程控制线，同时在主梁中心线控制点如Ｎ－１设全站仪，后视３１＃墩上横梁上的主梁中心线标志，用极坐标法分别测出Ａ、Ｂ两点平面坐标Ｘ、Ｙ，则Ａ、Ｂ两点连线中心Ｃ的坐标为ＸＣ＝

1/2(XA+XB)，ＹＣ＝1/2(ＹA+ＹB)，按全站仪极坐标方法，根据Ｃ点的坐标在底模上放出Ｃ点并作固定标志，则Ｃ点即为挂蓝前端中心点。

挂蓝和底模在使用过程中，有可能发生变形，每施工５个节段应对挂蓝变形量及中心点进行检测修正。

3.1.2 挂蓝行走定位测量

第i节段主梁施工前，先行走挂蓝，在行走前期，主要控制挂蓝中线偏移，方法如下：在第i-1节段已浇砼主梁中心线控制点上全站仪将全站仪视线方向设置为主梁中线方向，同时在Ｃ点沿桥轴线垂直方向水平立把小钢尺，使 人能通过全站仪看到卷尺上的读数，将卷尺上１０cm标志线对准Ｃ点，这样在挂蓝行走过程中能随时读出挂蓝前端中点偏位是多少，指导施工人员行走挂蓝，在挂蓝行走将要到位时，应用全站仪极坐标法测出Ａ、Ｂ两点的里程（Ｘ坐标），控制挂蓝行走量，一般地，里程误差控制在±5mm以内,中心偏差控制在±10mm以内。挂蓝行走到位后，提升、固定挂蓝。

3.1.3挂蓝前端标高的调整

立模标高调整前，监控方根据上一节段施工结果进行结构分析计算，预告下一节段立模标高，经设计、监理方签认后由监理交施工单位实施。一般地，立模标高指的是待浇段前沿梁底标高，位置在挂蓝主纵梁顶面靠

近斜拉索部位，上、下游各设置一个点，如图３－2所示的１，２两点。

立模标高＝成桥后设计值＋预抬指令值

式中成桥后设计值即为设计图纸提供的成桥线形标高，通常指的是长期变形稳定后的。预抬指令值为监控方计算而得的预拱量，对于大跨径斜拉桥而言，随着悬臂的增长，预抬亦很大，如本桥中跨２３＃节段，预抬量达+611mm，在所有节段中预抬量最大。

挂蓝立模标高的调整，是指在空载状况下，且索、梁、塔相对温差比较小的时间内进行，根据实测通常在早上4:00~7:00进行，方法采用精密水准仪，根据前面所讲的塔柱上施工水准点，测出图３－１所示１、２两点的标高来调整挂蓝标高，立模标高允许误差为±5mm。标高误差指的是与监控方计算的理论值相比较，下同。

随着悬臂不断增长，在实际操作中知，即使索、梁、塔相对温差较小时，小的温差对悬臂端的标高影响也是很大的，最大的可达３cm，这时就必须对预抬指令值加以温度影响修正，修正量大小，可在现场测出：在立模时间内，测出上两节段实际标高，与下一节段立模时此两节段理论标高（由监控方计算而得）相比较，并考虑上一节段施工结束时这两节段标高误差值，推算出现浇段标高的温度影响修正值。

挂蓝标高调好后，即测出前五个梁段的梁底标高（含现浇段，下同），整理成资料报监理及监控。

3.2 斜拉索第一次张拉

挂蓝定好位后，即开始挂索并按监控方提供的索力预控值进行第一次张拉。要求张拉时挂蓝处于空载状况下，此工况下以标高控制为主，并注意温度影响的修正或回避温度差的影响，挂蓝上底模误差控制在±３cm以内，第一次张拉结束后，测出前三段梁底标高形成资料报监理及监控。

3.3 模板检查测量

斜拉索第一次张拉后，即可绑扎钢筋、支立模板，由于主梁底模与挂蓝相对尺寸已按设计尺寸予以定出，模板检查只是对两侧模Ｙ坐标（即到桥轴线距离）进行检查，测量方法同前，用全站仪极坐标法直接测出上、下游两侧模顶口前后两点Ｙ坐标，误差控制在±１cm以内。模板定好位后，在前端特征点处如模板边线、挂蓝中点处等用钢尺量取主梁顶面到梁底相对高差（亦即主梁设计高度）定出主梁顶面砼浇注标高控制线，再通过拉线法定出主梁顶面各部位的砼浇注标高控制线。另外还需预埋主梁标高变化观测点和主梁中心线控制点的测量标志。

主梁标高变化观测点布设：在每一梁段悬臂端截面梁顶设三个标高观测点。如图３－１所示的１’、2’、3’。测点用短钢筋预埋并用红油标明，测点高出砼面１cm左右，当前现浇段悬臂端设立二个临时观测点，作为当前段控制截面梁底标高用，如图３－１所示的１、２点。

主梁中心线控制点测量标志为１０×１０cm铁板，固定在钢筋上，位置在桥轴线上距当前段前端约５０cm，顶面与砼齐平。

3.4 砼浇一半

砼浇一半时，测出前三个梁段梁底形成资料报监理及监控，具体要求和控制精度同第一次张拉工况。

3.5 斜拉索第二次张拉

砼浇一半时，即进行第二次张拉，测试内容、方法及要求同砼浇一半工况相同。

3.6 砼浇成后

砼浇完后，根据塔柱上施工水准点测出前５个梁段的梁底标高，并测出当前段临时标高观测点与梁顶处永久性变形观测点的高差关系，如图３－１中所示的h1、h2、h３。由于砼浇完后需养护待强，此时标高观测应安排在索梁塔相对温差较小的时间段进行，如早上4:00~7:00进行，形成资料报监控及监理。

3.7 主梁预应力张拉和斜拉索锚点转换至主梁上。

此工况下通常无测试内容，仅选择特殊梁段对砼应力应变进行测试,由监控方进行.

3.8 斜拉索第三次张拉

要求在索、梁、塔相对温差较小的间段进行，在张拉前后对前5个当做段标高各测一次，按标高和索力进行双控，张拉后当前梁段的标高误差控制在±3cm以内，并对所有已浇段中线进行测量，方法是将全站仪置在0#块主梁中心点上，后视31#墩上横梁主梁中心线标志，对于与后视方向同侧的主梁中心线测量，采用视准确法直接利用小钢尺测出每一块主梁中心点偏离值，而对于与后视方向异侧的主梁中心线测量，则利用正侧，倒镜法取平均值测出偏离值，并按同样方法测出当前段主梁中心线控制点（在事先埋设的铁板上定出）的X 、Y坐标。

至此，斜拉桥一个主梁节段施工结束，即进行下一节段主梁的施工。

如果需要进一步改善受力，可将砼分三次浇注，斜拉索分四次，则一个节段共分九个工况。

下面列举主梁16#块实施情况，此时，中、边跨悬臂长度已达131.6m。

    由于已浇段在施工全过程中，标高都在变化，要求每施工５个梁段，应对所有已施工梁段的梁底标高进行测量。

四、斜拉索的施工中的监控测量

在主梁施工过程中，影响主梁线形结构的内力因素很多，如索力、荷工荷载、温度及塔顶偏位，为确保主梁施工在安全情况下按预定目标状态向前延伸直至边、中跨准确合拢，必须在施工过程中实施有效的监控，它是确保安全和质量的一个重要技术措施，监控测量包括主梁标高随温度变化，主梁中线、塔柱变形及墩沉降观测四项内容。

4.1 主梁标高在一天当中随温度变化规律

在主梁施工期间选择有代表性天气进行２４小时连续观测，一般选定每个季节的晴天进行前５个梁段的标高变化。我们在对中跨２０＃块（无临时墩）进行观测时，梁底标高最低时在下午5:00，标高为62.259m，标高最高时在早上5:00，标高62.374m，且早上5:00~7:00标高变化稳定，变化仅在4mm之间，要求立模及斜拉索第三次长拉时在此时间内进行。

4.2 主梁中线监控测量

包括两个方面含义，一是指已浇梁段主梁中线在一天当中随温度变化规律，这是确保主梁按设计方向合拢重要手段之一，根据实测知，主梁在一天当中，Ｘ坐标发生变化外，Ｙ坐标不变（即主梁中心线平面位置不变）；另一个是指梁段在当前施工过程中的变化，由于随着施工的进展，悬臂越来越长，且两侧索力不等，如果梁段发生位移，会引起索力骤变甚至消失，

危及塔柱安全，这是确保主梁施工安全的重要保证。方法：由于主梁平面位置的变化在主梁最前端表现为最明显，将测点布置在最前端，如图４－１所示，采用边角联合交会法，点位精度控制在±３mm．在一个节段立模

和第三次张拉后同在早上７:00时测，经监测，本桥施工至１７＃节段时，由于非施工方原因造成主梁逆时针方向扭转，１７＃节段梁中线偏离５cm，在纠偏后采取固定措施后，以后节段的施工中，主梁没有发生位移．点位没有变化。第二次情况，特别在主梁施工后期应每节都需观测。

4.3 塔顶偏位监测

塔柱受两侧索力不等，温度、日照以及塔柱两侧主梁重量不对称等影

响，将会产生位移，其中以顺桥向分量最为突出，在正常情况下，塔柱纵向偏移与塔柱两侧主梁微倾（即标高变化）有密切关系，监控方在计算索力、标高时必须顾及塔偏位，为施工安全，也需将塔顶偏位控制在一定范围之内。

测点及测站布设：在上、下游上塔柱内侧面各布设两个观测点，如图４－２所示，观测点为反射棱镜（带有贴牌），测站布设在岸边，距离塔约500m，距桥轴线约150m处，用全站仪三维坐标法测出观测点的三维坐标，通过坐标变化求得塔柱水平位移。为了掌握塔柱随温度变化的规律，以及了解塔柱位置在整个施工过程中的初始值，必须在主梁施工前对裸塔进行24小时连续观测，每隔1小时测一次，根据测量测果发现，塔柱受日照影响，总是向背阴一侧扭转，且早上5:00~7:00变化较稳定，于是有理由将此时刻塔柱视为初始位置，在以后的施工过程中，测塔顶偏位时亦在此时间进行，塔柱水平移量也即是与初始值相比较而得的。

在施工每一节段主梁时，一般要求，在浇完砼和斜拉索第三次张拉后，对塔顶偏位各测一次。

在整个主梁施工期间，监控方根据计算将塔顶偏移最大值控制在12cm，实测资料表明，塔顶最大偏位发生在21#块斜拉索第三次张拉后，偏位移量为12.2cm（向边跨偏），与理论计算相吻合，说明主梁施工是在受控状态下进行的。

4.4 沉降观测

为了保证主梁正确合拢且线形完美，也保证施工安全，必须对墩基础沉降进行观测，观测点为塔柱上四个施工水准点，测量方法同高程控制一节，每施工5个梁段进行沉降观测，从开始施工到现在，基础沉降累计只2mm，说明基础稳定。

五．结束语

本桥施工过程控制方法合理，内容全面，可操作性强。目前所有所施工梁段的标高、线形、轴线偏位均在控制精度范围内。