珠江黄埔大桥主塔斜拉桥测量控制

曹剑辉

广州珠江黄埔大桥合同段起讫里程为K8+946.1～K9＋651.1，全长为705m的北汊主桥斜拉桥，全桥墩位位于黄埔区大濠洲岛。北汊主桥跨径组成为：383＋197＋63＋62m，为独塔双索面钢箱梁斜拉桥。

主塔采用门型索塔，钢筋混凝土结构。塔柱自承台顶起的高度为226.14m，自桥面起的高度为160.45m。塔柱设两道横梁，预应力混凝土结构。均采用箱型截面，高度为10m。主塔承台平面尺寸两塔柱底分别为19m×19m，厚度6m，两承台之间采用高6 m,宽8m系梁联成整体。基础为钻孔桩，每塔柱上布置16根直径250cm的钻孔桩，为嵌岩桩，桩长35m。

全桥共50段钢箱梁，钢箱梁标准块长16m、宽41m（含风嘴），高3.5m，最大起吊重量达345t。共设88根钢绞线斜拉索，最长索安装长度约391m，重约28t。

一、斜拉桥常规施工控制测量的主要特点

斜拉桥的施工测量与其它工程比较，有较为突出的特点：

1、大型斜拉桥空间结构位于宽阔水面的高空，误差结构中外界环境影响大。

2、斜拉桥空间结构复杂，精度要求高，其中以斜拉索体系最具代表性。

3、由于斜拉桥跨径大，其高程传递精度要远高于普通跨河水准测量精度，一般不能低于二等水准精度。

4、控制网分期建网而非常规分级建网，以满足不同施工阶段的控制要求。

5、控制点使用频繁，数据采集量大，观测周期长，主要控制点尽量采用强制归心观测墩。这样既减少仪器对中误差，又能提高工作效率。

二、控制测量

在珠江黄埔大桥施工测量中平面坐标系统采用广州城建坐标系统。为了方便施工放样，在此基础上建立了大桥坐标系，即以桥轴线里程增大方向为X轴的正方向，与X轴垂直向右为Y轴正方向即上游方向。在本段内X值即为里程值，换算公式如下：

            X=X0+（X′-a）*COSA+（Y′-b ）*SINA

            Y=Y0-（X′-a）*SINA +（Y′-b ）* COSA

           其中：X、Y为大桥坐标；

                 X′、Y′为广州城建坐标；

                 X0=7285.444-2.825，Y0=0（以DJ4为起算点）；

                 a=25600.3247，b=61451.2927;

                  A=212°18′43.1″。

高程采用广州城建高程系统。

主塔的施工控制网的布设如下图所示： 

主塔施工控制网利用原测量控制网中的ZJ03、ZJ05、ZJ07、ZJ08、ZJ12、ZJ10及新增点ZD-S、ZD-S9八点组成，控制点均采用强制归心装置，既是平面控制点，也是高程控制点，即三维控制点。水准高程控制点由ZJ08下、ZJ07下两点控制。

主塔施工控制网主要控制点成果表：

三、主塔施工测量

由于主塔墩墩位处离大濠洲岛比较近，处于大濠洲边滩上，墩位处原始河床比较平坦，墩位处淤泥质粘土层及粘土层以下的粉砂层厚度均为6m左右，墩位处水深较浅，施工期高潮位时墩位处水深1.0～1.5m左右，在采取有效的措施的情况下，可以采用筑岛施工的方案。

1、基坑开挖、插打钢板桩测量

1、根据设计图放出承台十字线，开挖时应考虑基坑放坡和立模后工作间距的要求。

2、基坑开挖到设计要求后开始插打钢板桩，钢板桩插打精度要求较高，平面误差＜±30mm，倾斜度＜2%，为达到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的目标，首先要精确放样钢板桩围堰四角坐标。插打过程中，必须控制好先插打的钢板桩位置及倾斜度，避免产生累计误差。测量技术人员应跟踪检查指导，防止产生平面累积误差。钢板桩垂直度采用双向吊陀控制。

3、钢板桩插打完成后应在钢板桩围堰顶面作好位移观测标志，在承台整个施工过程中应随时监测围堰的位移情况，当位移较大时应及时上报，进行必要的防护。

2、斜拉桥高塔柱、斜拉索锚固钢套管的精密定位

斜拉桥是一种墩高、主梁跨度大的高次超静定结构体系，这种结构体系对每个节点的定位要求十分严格，节点坐标得变化将影响结构内力的分配和成桥线形，因此，索塔的定位就显得非常重要。

下塔柱（▽+6m～+59.614m）

下塔柱横桥向两柱体的两侧均按35.74267：1斜率内倾， 

模板检查时各个角点X值由建立塔柱体的几何数学模型按实测高程反算而得：：

X=9329.1±［4.25+(59.614-H)/35.74267］

其中“±”表示在大里程的侧面计算X值时为“+”，在小里程的侧面计算X值时为“-”

顺桥向两柱体内侧按26.80485：1斜率内倾，外侧按9.74772：1斜率内倾。

各个角点Y值的反算计算公式：

内侧：Y=±［18.5+(59.614-H)/26.80845］

外侧：Y=±［24+(59.614-H)/9.74772］

上塔柱（▽+59.614m～+230.140m）

塔柱横桥向侧面沿Z轴从▽+59.614m以上是在一条铅垂面上,所以在桥的施工坐标系内横桥向两个侧面的X值是一个常数,即X=9329.1±4.25,大里程的侧面X值为9333.35,小里程的侧面X值为9324.85。

顺桥向两柱体内外侧均按26.80485：1斜率内倾， 

塔柱各个角点Y值反算计算公式：

内侧：Y=±［12.25+(227.140-H)/26.80845］

外侧：Y=±［17.75+(227.140-H)/26.80845］

2、塔柱劲性骨架位置的检查

劲性骨架的定位首先要根据现场加工情况来确定,一般现场加工都难以符合设计要求,而施工单位又为了节省材料通常偷工减料造成了劲性骨架的刚度不够、容易变形，所以这就对测量定位的要求更加严格了。

由于主塔下塔劲性骨架就存在严重的刚度不够，而且加工方在其加工玩后随意摆放致使其变形严重，加之设计经常变更导致劲性骨架相邻层腿子错位问题明显。这诸多问题造成测量定位的严重不便，应该怎样才能更快、更好的将其定好位呢？

首先，在劲性骨架装吊前应将其各边顶面外边线中点定出来（用钢尺就可量出来）。协力队伍根据所放点位对横向粗略定位，对纵向精确定位。将棱镜头放置于劲性骨架顶面中点进行横向精确定位。定好之后将劲性骨架的一边焊死，并将棱镜头分别置于顶面内边线的两端点进行测量（如果视线被挡可以稍做移动），根据实测数据算出应该偏移的距离并指挥吊机进行纵向调整。根据各现场情况的不同还要对劲性骨架稍做预偏，因为吊机松钩后骨架有可能因弹性而导致回偏,还有倾斜方向以后也有可能产生偏移。整边定好位后将其焊死，松钩后再次进行复测以确保精度。

同理，将其它各边按上述步骤依次安装，之后整体焊死。再将各边一起复测一次并将各顶面外边线中点精确定位以确保内支撑的顺利安装且方便下一节的安装。 

其公式同模板公式类似（劲性骨架边加16cm的保护层就是模板边）

下塔柱骨架公式为

X=9329.1±［4.25±0.16+(59.614-H)/35.74772］

内侧：Y=±［18.5+0.16+(59.614-H)/26.80845］

外侧：Y=±［24-0.16+(59.614-H)/9.74772］

上塔柱（▽+59.614m～+230.140m）

X=9329.1±（4.25±0.16）,大里程的侧面X值为9333.19,小里程的侧面X值为9325.01。

Y值反算计算公式：

内侧：Y=±［18.5±0.16+(59.614-H)/26.80845］

外侧：Y=±［24±0.16+(59.614-H)/26.80485］

  3、斜拉桥索道管定位

斜拉索是连接塔和梁的纽带，而斜拉索锚固钢套管是将斜拉索两端分别锚固在主塔和主梁上得重要构件，为了防止斜拉索与锚固钢套管口发生摩擦而损坏斜拉索，影响工程质量，以及保证主塔两侧对称布置的各斜拉索位于同一设计平面上，防止锚固定位偏心而产生的附加弯矩超过设计允许值，对锚固钢套管锚垫板中心和塔壁外侧锚固钢套管中心的三维空间坐标位置提出了很高精度要求。塔柱、斜拉索锚固钢套管的放样工作是特种精密工程测量，这是一大特点。另一大特点是：高塔柱结构复杂，施工空间狭小，作业面多，干扰较大，给施工放样带来了较大的困难。

索道管的定位精度包括两个方面：一是锚固点空间位置的三维允许偏差±10mm；二是索道管轴线与斜拉索轴线的相对允许偏差±5mm。根据两方面的要求和斜拉索的结构受力特性，索道管的定位应优先保证其轴线精度，其次才是锚固点位置的三维精度。索道管轴线与斜拉索轴线的相对偏差主要由索道管两端口中心的相对定位精度决定。

三、

斜拉桥索导管的定位原理及方法：

3. 1、 建立三维坐标系

    以桥轴线方向建立桥梁坐标系，桥坐标系采用顺桥向为x轴，横桥向为y轴，通过塔中心的铅垂方向作为三维坐标系的z轴。

3. 2、确定索道管特征线的空间直线方程

采用空间直线方程，根据标高（H）及给定的a、β角得出平面坐标。（Y1、X2为已知点）设Y1= A、X2=B、锚固点中心标高为H1、出口点中心标高为H2； 则：

索道管锚固点中心坐标 X1= X2+（H1- H2）/tan(a)

                     Y1=A

      出口点中心坐标 X2=B

                     Y2= Y1+（H1- H2）*tan(β)

又由于主塔预偏值及主塔预抛高值的影响，索道管实际坐标应根据设计院及监控单位提供的预偏值和预抛高值计算出实际的锚固点及出口点中心坐标。

3. 3、外界影响产生的误差

由于塔柱受温度、气压、风力、潮位、及太阳活动等外界因素影响较大，所以我们在主塔左右幅第三十二节段分别布置变形观测点，并进行48小时连续观测，取得其各时间段的变形规律以此来进行误差改正。由于在22：00~6：00时间段内，塔柱温度及大气温度变幅不大，外界干扰条件较少。

3. 4、定位方法

安装前，在靠近锚固板位置焊一倒钩用于悬挂导链，用两条小钢片依据特征线将锚固中心点做出来（图一）。在索道管的外管壁上用墨线弹出索道管的特征线，依据已放样出的搁置点坐标计算出与搁置点相对应的点在索道管特征线上距锚垫板的尺寸，用小钢尺从锚垫板处沿特征线量取尺寸并做好标记。安装时一定要做到索道管外壁特征线段上的标识与搁置点准确对位。

首先， 将索道管的出口底号点位置在劲性骨架上放样，并用油漆将该点标明；而后，将该放样点前加一角钢（图二）以确保索道管放上去后出口底即号点空间位置不会变。然后，将导链一端挂住倒钩，另一端挂于骨架上将棱镜置于锚固中心号点测出其空间坐标，再根据设计坐标计算出空间差值，然后用导链调整锚固点中心位置。当锚固点中心位置允许误差范围内（±5mm）时 ,将索道管稍加点焊固定。再将棱镜置于索道管出口顶即号点位置，测量其空间位置是否在允许误差范围之内。如果不在，再指导其调整直到各点都达到允许误差范围之内。然后将索道管全部加焊固定，再检查各点位置，最后在索道管顶面特征线上任意取一点测量其空间位置，复核索道管各部位定位是否符合要求，并将各点位置的实测数据作好记录。

具体见下图

根据现场实践检验，用这种方法进行索道管定位一天中最多的可以定位8根索道管。而且保证了其精确度。从而极大的加快了工程进度，提高了效益。

四、仪器及人员配置

仪器设备方面准备了一台LeciaTc2003全站仪，一台LeciaNA28自动安平水准仪，两部CASIO4800P可编程计算机及全部仪器附件，所有仪器都在施工前送检，确保其性能达到要求才使用。

在索道管的定位过程中，从观测到计算及复核工作，不但要准确可靠，而且要迅速。因此，测量人员的配置也很重要，既包括专业技术人员，还要有操作熟练的技术工人，人数上也要满足施工测量的要求。

实践已经证明，在斜拉桥施工测量中，上述几点满足了斜拉桥施工测量的需要，既保证了施工质量，又加快了施工进度，为类似工程提供了不错的借鉴。