大型桥梁工程施工关键点测量和检测方法

向鑫

(上海市测绘院，上海 200063)

1 引言

目前，随着国家综合经济实力不断提高，各城市的基础建设也在不断地加快，一些前所未有的大型工程项目纷纷投入建设之中。在桥梁建设方面，各种特大型桥梁飞跨南北，成为国家交通网络中的重要枢纽，例如已建成的东海大桥、杭州湾跨海大桥、上海长江大桥等等，其建设工艺已处于世界领先水平，标志着我国桥梁建设已经迈入了一个全新的历史阶段。

2 大型桥梁工程的特点

大型桥梁建设过程是一个系统工程，往往需要多学科融合、多工种协作才能完成，这些工程一般具有以下特点:

(1)涉及的范围相对较大。例如东海大桥全线长达31 km，杭州湾跨海大桥全长36 km(海上部分为31.5 km)，上海长江隧桥工程全长 25.5 km，连接长兴、崇明二岛，其中大桥部分长约16.5 km;

(2)采用全新技术，对施工精度要求较高。例如在上海长江大桥非通航孔桥中采用等截面的105 m长钢砼叠合梁，属国内首创，非通航孔桥采用60 m节段梁，在上海市也属全新课题;

(3)存在以往从未遇到的技术难题，常规测量方式无法施行。例如长距离跨海高程传递、上海长江大桥730 m超长跨距桥面合龙等;

(4)施工测量受多种因素制约。由于是江海上作业，测区环境及地理条件复杂给测量工作造成影响，如工程进度、控制点的使用、通视情况、天气影响、观测时机等。

测量工作是大型桥梁建设中一个重要的组成部分，对于这些大型工程项目而言，如何系统地完成其整个工程施工阶段的测量设计和检测，确保施工测量、数据处理和质量控制等各个环节都在建设要求的精度范围内，是关系到整个工程质量的重要环节，将对整个桥梁工程有着深远的影响。

3 大型桥梁工程关键点施工测量及检测

大型桥梁工程从基础到上部结构需经过多道不同工序，而全桥工程重要施工关键点主要包括墩身、墩顶块、混凝土箱梁、钢混叠合梁、主塔等重要部件的定位、安装以及主跨合龙等等，笔者结合上海长江大桥测量工程的实践，对大型桥梁施工测量中的关键环节进行分析，并简要介绍其测量和检测方法。

3.1 墩身施工测量和检测方法

经过打桩船打桩定位及沉箱灌浆浇注承台等环节后，大桥工程将进入承台上部结构建设阶段，较下部结构定位多采用GPS－RTK等测量方法而言，无论是在测量和检测的方法上，还是在测量工作要求的精度上，对后阶段测量工作的要求要相对高得多。因此，在承台竣工后，应准确测定其中心的实际坐标及其间的实际距离，丈量承台各部分的尺寸，绘制竣工平面图。同时，在优先施工墩上及时布设加密平高控制点，采用GPS和测距三角高程完成加密工作，为架设上部结构提供高精度基准。

根据设计方案，上海长江大桥浅水区预制桥墩采用空心截面，对低墩区桥墩整体吊装，对高墩区桥墩分节吊装，接缝现浇。深水区桥墩采用预制拼装工艺，分1段～4段预制墩身、现场拼装，其中4节墩身高达40.6 m。

在墩身施工放样过程中，主要采用极坐标法、前方交会法、距离交会法、直接量距等常规的测量方法，放样时为避免海中承台晃动影响，应尽量选择平潮等适宜时机，并控制好适当的前后距，测量标记应明显且能保存较长时间，为日后的检测工作奠定基础。

上海长江大桥高度较大的墩身采用分节现拼，对墩身的位置和垂直度要求较高，其测量控制关键在于首节墩身的安装准确性。因此，安装前要严格检测顶口和底口的位置是否正确，对支座底板进行高精度放样。在墩身拼接过程中，为满足规范对安装精度的要求，墩身平面位置及垂直度使用至少2台全站仪同时观测，不间断地检测垂直度和顶口水平度。同时随着荷载增加，也要及时检测围囹、沉箱的稳定性，测定其在平面上的偏移值、下沉值以及倾斜值，从纵横轴线测量值分析是否符合精度要求。墩身竣工后，应对它进行竣工测量，编绘平面图、纵横断面图等。

高程控制方面，因为各标段建设先后会有所不同，为了不影响施工进度，可用测距三角高程法配合GPS拟合高程法进行连续多跨的跨海高程传递测量。经笔者参与测量实践证明，该方法可提供相当于三等水准精度的海中高程控制成果以满足墩身施工的紧急需要。实际运用时，可用不量仪器高和觇牌高的三角高程传递方法［1］将高程从承台下部传至箱梁上部，做好能长久保存的标志，并与相邻点组成闭合环，然后再结合三等水准测量要求检验该传递的准确性。

3.2 墩顶块定位及混凝土箱梁施工测量和检测方法

墩身竣工后，即将进入架梁施工阶段。上海长江大桥路上段引桥采用移动模架施工的30 m现浇箱梁，浅滩区采用 60 m节段悬臂梁，浅水区非通航孔为50 m、70 m预制混凝土箱梁，主航道桥两侧高墩区各有700 m桥梁采用主跨105 m的大跨度钢混叠合箱梁。

对于节段悬臂梁，箱梁墩顶块(如图1)是其他各箱梁轴线和高程控制的主要依据。因此，必须利用附近承台的加密控制点，采用高精度全站仪精确放样出箱梁墩顶块的纵横轴线和中心点。在放样过程中，是通过准确测定提前布设在墩顶块上的6个控制点三维坐标来实现的(如图2)，其中2、5为纵轴检测点，1、3、4、6为横轴及高程检测点，高程检测可采用中点三角高程法进行。经检测各控制点间的误差在允许范围内后，需对各点坐标进行归化改算。

对于其他悬臂梁，在每一节段悬臂端梁顶设立2个标高观测点和2个轴线点(可重叠)，测点用短钢筋预埋。标高可用水准仪直接进行测量，轴线使用全站仪和钢尺等进行测量，采用测小角法或视准法直接测量其前端轴线偏移值。要在完成一跨所有节段拼装和张拉、整联张拉、解除临时支座前后等各施工阶段采集监测点数据，独立测量，相互校核。

图1 节段悬臂梁墩顶块

图2 墩顶块及箱梁定位检测点分布图

对于预制混凝土箱梁尤其是大跨度钢混叠合箱梁，其刚性较强、不易调整、定位要求非常高，可利用大桥加密控制网点，使用后方交会法，用全站仪测出墩顶测点的三维坐标，将墩顶标高值作为主粱高程的水准基点。每一墩顶布置一个高程基准点和一个轴线基准点，做好明显标识，定期对所有基准点尤其是相邻基准点进行联测。

值得一提的是，由于大桥各标段的施工及进度不一定同步，会给标段衔接处的测量和检测工作带来影响，在实际工作中应做好沟通协调工作，并积极做好预案。

3.3 主塔施工测量和检测方法

主塔施工测量的重点是保证塔柱、横梁、钢锚箱等各部分结构的倾斜度、垂直度、内部预埋件的定位及钢混结合段的衔接等。上海长江大桥的主塔为212 m高的“人”字形桥塔，为国内首例“无横梁弧形塔柱塔”，其索塔混凝土部分采用液压爬模施工，如图3所示，由48个节段浇筑而成，是桥梁主体工程中的关键部位。

由于在施工技术和工艺上均无先例可循，所以，施工难度大，技术含量高，每一节段的模板都要经过精心的设计和匹配。对此，除控制网点的位置根据塔柱的高度合理选择，保证塔柱放样能达到要求的精度外，我们还针对其特点制定了测量方案。

图3 主塔液压爬模施工

(1)内外控结合测量法

主塔施工测量通常有内控法和外控法两种。当施工场地窄小，周边又无施工承台或好的观测点时，通常采用内控法，即在塔柱内部或距离塔柱很近的控制点架设全站仪施测;当施工现场较宽阔时，一般采用外控法，即在塔柱附近架设全站仪利用三维坐标法施测。在建设的不同阶段，也可将两种方法结合使用，起到互相检校的作用。

(2)模板定位测量及检核

主塔在架设过程中对塔柱绝对位置进行调整是比较困难的，所以基座及每节段模板的制作和定位至关重要。具体测量内容及方法是:

①塔段中心水平位移测量及检核

承台沿上下游方向的水平位移，可利用视准线法和激光准直法测定，也可通过在塔段顶面设置全站仪直接测量S1、S2距离，检核塔段中心轴线与大桥轴线的偏离值，如图4所示。承台顺桥中线方向的位移观测，应用特制的钢线尺或精密光电测距仪测定。

图4 塔段中心水平位移测量及检核示意图

②塔段岸侧壁板和顶面纵横轴线测量及检核

在过渡墩顶建立一控制点，用全站仪按极坐标法对岸侧壁板上的4个平面控制标示点进行测量，如图5所示。

图5 塔段岸侧壁板检测示意图

③塔段顶面南北向和上下游向的倾角和上下游塔段之间的高差测量直接在塔段顶部设置精密水准仪进行，如图6所示。

图6 塔段顶面高差测量示意图

3.4 钢箱梁安装测量和检测方法

上海长江大桥主跨采用钢箱梁悬臂拼接，共有尺寸为长15 m、宽51.5 m的钢箱梁101块，安装顺序为主墩零号块支架安装——边辅墩支架安装——标准梁段悬臂段安装。由于钢箱梁节段数量多，误差十分容易累计，给测量工作带来挑战。

由于跨度大、荷载重，所以对主墩零号块支架安装测量要求很高。平面控制方面，我们在两个主塔同侧高于桥面约4 m处的塔身上各架设一个观测盘，保证相互通视，然后在旁边的辅助墩上架设全站仪，通过主塔桥墩上的加密控制点进行观测，形成一个由4点组成的立体闭合导线。采用全站仪三维坐标法结合GPS卫星定位精确定位零号块支架，控制箱梁线形、轴线及横向坡度。高程控制方面，由于支架安装前无法进行对向观测或钢尺量距，我们同样在辅助墩上架设全站仪，采用单向测距三角高程法多测回、多时段观测，将主塔桥墩上的控制点高程引至桥面，并通过观测彼此之间的高程互差进行校验。

在钢箱梁悬臂拼接测量中，由于风浪及温差的影响，钢箱梁的变化幅度达分米级，且随拼接块数的增加呈线性增长。因此，我们在具体测量中对不同周期高程值进行观测，确定其中数为最佳值。轴线测量利用22:00～2:00(气候条件最为稳定、钢箱梁顶底板温差≤2℃的时间段)进行观测，且在每次拼接箱梁前后对已拼接箱梁定位检测点均进行一次检测，如图7所示。

图7 钢箱梁定位检测点分布示意图

3.5 主跨合龙贯通测量和检测方法

贯通测量是大桥建设工程中非常重要的测量工作，若发生错误而未实现贯通，或者贯通后接合处的偏差值超限，都将影响大桥质量，甚至造成人员伤亡等严重后果。

上海长江大桥主通航孔为跨径730 m的分离式全漂浮体系斜拉桥，因为跨距超长，即使我们在箱梁拼接过程中严格按设计要求监控，但其平面和高程的综合影响均将在合龙前表现出来，而昼夜的温差和风力也将带来巨大影响，因此，为确保主跨顺利合龙必须实施至少48 h动态监控，检测工作须严格按照贯通容许偏差确定测量方案并严格实施的原则。

图8 钢箱梁合龙段检测点分布示意图(剖面)

首先应结合制造、施工及温度影响等实际情况，在桥中线和桥中线两侧上下均匀布设一定数量的检测点(如图8)，每2 h用投影法或钢卷尺准确测量合龙段上下边缘尺寸及合龙口的间距，同时通过主塔两侧的水准点形成闭合水准路线，利用精密水准仪精确测量确定两端口标高、上下游外腹板处标高。根据测量结果绘制温度与间距、高差的关系曲线图，准确掌握温度与合龙口间距及高差的联系，为确定最佳合龙时机提供参考依据［2］。贯通之后，还要计算各项闭合差，及时对测量工作进行精度分析与评定。

4 结语

测量工程在大型桥梁建设过程中起着十分重要的作用，贯穿桥梁建设的全过程。施工测量方案的确定不但要考虑精度要求，更要考虑可行性。在上海长江大桥测量工程的实践中，通过在施工的不同阶段，针对不同施工关键点的特点采用多种方法进行测量，而在检测过程中，通过独立采用与施工方相同或相异的控制点和测量方法进行独立检测，大大保证了工程的质量和进度，取得了较好的效果。

［1］张仰燖，朱鹤，康明等.不量仪器高、棱镜高的三角高程测量.测绘通报，2002(9)

［2］鲜正洪，李明，戴宇等.海上桥梁施工测量技术.公路，2006(3)

［3］黄增财，李明.跨海大桥工程测量技术.公路，2006(9)

［4］蔡少云，张翠玲.上海长江大桥主桥桥面钢箱梁架设测量.工程勘察，2010(12)

［5］岳建平，高永刚，谢波.润扬大桥北汊斜拉桥桥面架设施工测量.测绘通报，2005(11)

［6］姚连璧，沈云中.桥梁施工检测方法.现代测绘，27(2)