斜拉桥工程的测量布控

陈一飞 徐小壮

【摘要】在预应力混凝土斜拉桥结构施工中，施工测量的重点分别是基础施工测量、索塔柱施工测量、主梁悬臂施工测量及对索塔柱和主梁的监控测量。各项精度要求较高，并对测量工作提出了很高的技术要求。本文以新通扬运河斜拉特大桥预应力混凝土斜拉桥结构为例对工程测量布控方案进行探讨浅析，以求指导工程测量。

【关键词】施工测量；斜拉桥结构；测量布控お

1. 测量内容

根据新通扬运河斜拉特大桥工程的施工内容， 拟定施工测量任务见表1。

表1

施工そ锥 施工测量任务 测量结果要求

施工准备阶段 1、新通扬运河特大桥工程施工场地地形图的测绘（包括生产区、生活区）；

2、进行施工场地、临时设施的放样等辅助工作。 满足《工程测量规范》中地形图测绘的相关要求以及临时设施安装的精度要求。

施工阶段的测量放样；施工控制测量与监测 1、 施工控制网的复测；

2、设计图纸的会审和内业计算；

3、进行新通扬运河特大桥基础钻孔桩、承台、墩柱、台帽、塔座、塔柱、索道管等构筑物的施工定位测量及主梁的施工测量控制；

1. 4、对新通扬运河特大桥基础钻孔桩、承台、墩柱、台帽、塔座、塔柱及主梁等构筑物的几何尺寸进行检查，校正施工偏差；

6、 5、新通扬运河特大桥索塔承台、塔座、塔柱及主梁等构筑物的变形监测。 满足相关规范对施工控制网复测的要求；基础钻孔桩、承台、墩柱、台帽、塔座、塔柱、索道管、主梁等构筑物的施工测量定位应满足构筑物施工精度的要求；质量验收应满足新通扬运河特大桥工程质量检验验收标准的要求。

工程竣工验收阶段 新通扬运河特大桥承台、塔座、塔柱、塔身及主梁等构筑物的变形观测，竣工测量及竣工资料的移交。 构造物的变形观测的方法、技术要求应满足设计、业主及有关规范的要求；竣工测量的检查方法应满足新通扬运河特大桥工程质量检验验收标准的要求；竣工资料的编制应满足竣工资料验收标准。

2. 测量人员设备及管理

2.1测量人员、设备。

本工程中将派具有丰富经验的测量工程师和测量员。

设备为徕卡TC2003全站仪及其附件一套、拓普康602全站仪及其附件一套、J2经纬仪两台及相应附件、S1精密水准仪一台，S2自动安平水准仪一台及相应标尺、塔尺等附件、S3型水准仪一台及相应标尺、塔尺等附件。

2.2测量管理。

在本工程中建立严格的测量→校核→复核→报监理工程师审核的三级检验管理制度：

2.2.1由项目总工程师负责，项目经理部内部建立完整的测设方案拟定→数据计算与复核→现场测设数据的计算机模拟放样→现场测量→测设数据复核→报监理工程师审核程序。

2.2.2与设计、监理单位及业主密切联系，施工前对设计院提供的控制点按要求复核并及时办理交接手续外，平时应定期对各控制点复测，并将复测结果上报监理工程师。

2.2.3工程控制网及工程各部位的施测成果，必须在上报监理工程师并得到批复确认后方可进行下一道工序。

2.2.4按规定时间及频率进行仪器标定，加强测量人员的思想作风与技能培训工作，保证定岗人员的稳定，防止出现人员更替造成的交接疏漏。

2.3测量原则。

本工程施工测量应遵循“等级、整体、控制、检查”的基本原则。保证施工测量工作满足工程建设整体质量要求和局部施工测量的精度要求。

2.4施工控制网的维护、检测和加密。

首级控制网是保证本工程施工整体性的关键基础，其精度必须满足施工放样的精度要求。施工准备阶段应对首级控制网进行同等级复测。为方便施工，以首级控制网为基础，按施工需要在适当位置建立一定数量的固定平台作为导线控制点，形成加密的三角网测量系统，供施工放样和监测使用。各导线控制点既作为平面控制点，又作为高程控制点。各控制点的选址尽可能的便于施工放样，且能长期稳定而不受施工及外界因素的干扰。各控制点采用配有强制对中装置的固定观测墩或金属支架，水准标志则埋设在观测墩旁的混凝土中，在靠近墩台附近再设置水准点即所谓的工作基点。

2.4.1加密点的布设。

从具体实情考虑，采用限制影响的办法较为可行，即选用的测站点尽可能距索塔柱近些，因此根据现场的具体条件，加密控制点宜布设在运河防洪大堤外侧，且分别布设在桥轴线的两侧，加密点采用强制对中观测墩。

2.4.2复测时间。

在施工期间，无论是首级控制网点还是加密点，必须进行定期复测，控制网首次复测应在全部工程施工前进行，复测周期为三个月，施工时若发现点位坐标有异常情况应随时复测，以确定控制点的变化情况和稳定状态，这也是确保工程质量的重要工作。

2.4.3复测方法。

平面控制网复测按建立首级控制网的方法进行，采用高精度的徕卡TC—2003全站仪施测，在复测时将加密点纳入首级控制网中观测，整体平差，以提高加密点的精度。高程控制网全网复测按建立首级网方法进行，采用S1水准仪施测。

3. 基础施工测量

3.1桩孔钻位放样及钢护筒就位测量。

钻孔桩及钢护筒的放样，主要控制其几何中心位置，使其与设计一致。在地面或施工平台上放样出通过桩位中心的纵、横十字线，其交点即为桩位中心，并用木桩或红色油漆进行标示。主要用于钢护筒的就位下沉及钻机的准确就位。钢护筒在下沉过程中应随时用全站仪从两个不同方向监测垂直度，防止其偏离位中心及倾斜。

3.2承台的施工测量放样。

承台施工测量放样的主要任务是保证承台各细部几何尺寸与设计一致，各棱线、角点与设计位置相同。测量放样方法仍以全站仪坐标法为主，控制墩位的纵、横轴线及各边几何尺寸。

在桩基施工完成后，在承台施工区域周围的适当位置做加密控制点，数量以能覆盖整个承台内部各个需放样的位置为宜，一般为2～4个，位置一般选在墩位的纵、横轴线。通过设计图纸计算各主要结构点、承台棱角点的坐标，然后用全站仪进行放样。

3.3墩柱、墩帽施工测量放样。

测量放样方法仍以全站仪坐标法为主，控制墩柱、墩帽的纵、横轴线及各边几何尺寸。

4. 索塔施工测量

索塔柱施工测量的重点是保证塔柱各部分的倾斜度、垂直度和外形几何尺寸，以及一些内部构件的空间位置和索道管的精密定位与竣工测量等。

在索塔施工放样中应采用三维坐标法即外控法。此法测量工作相对简单和灵活，整个索塔施工的平面和高程放样均采用全站仪在施工控制网点上进行，放样元素为三维坐标，其高程可采用精密三角高程测量方法传递。

图1塔柱模板定位、检查平面示意图

图2

4.1劲性骨架的定位安装。

塔柱劲性骨架是用来定位钢筋、支撑模板，其放样方法比较简单，可以直接采用全站仪三维坐标法定位劲性骨架。

4.2塔柱模板检查定位。

在现场进行放样时，按照三维坐标法的原理，测量仪器采用徕卡TC2003型全站仪。如图1测量时，在索塔附近控制点TZ1和TZ3上架设TC2003全站仪，后视方向TZ2，并且TZ1和TZ2可互相校核，置仪TZ1时，输入放样元素，指导索塔上的棱镜移动，通过棱镜可将A、B、H、G等模板特征点放样出。同样置仪TZ3时，可将C、D、E、F等模板特征点放样出。模板检查、验收时，直接测定A、B、C、D、E、F、G、H各轮廓点的实际坐标。当与设计坐标之差超过限差规定时，对模板进行调整，使其处在限差范围内。通过以上各点的定位，反复调整模板，就可将模板的平面位置、倾斜度调整至规范和设计要求内。

4.3塔柱预埋件安装定位。

根据塔柱预埋件的精度要求，分别采用全站仪三维坐标法与轴线法放样，全站仪三维坐标法针对精度要求较高的预埋件，轴线法针对精度要求不高的预埋件。

4.4竣工后校核。

浇筑混凝土后，实测混凝土体各特征点的三维坐标并测量形体实际尺寸，以便进行修正和控制。所测数据作为该节塔柱体的竣工资料。

4.5塔柱索道精密定位测量。

斜拉索管道定位的关键是保证锚固中心点的空间位置及管道的方向正确。否则斜拉索将与管道发生磨擦，损坏斜拉索。

定位方法：如图2所示只要保证斜拉索管道“锚固中心点”与“出塔中心点”同时达到各自设计平面坐标与高程，则管道安装正确完成。首先在工厂制作平台上将斜拉索管道与劲性骨架组装，组装时先根据索道管的斜率、锚固中心坐标与索道管的长度计算出A、B两点的三维坐标，再根据A、B两点的三维坐标利用水平尺、卷尺和垂球等工具将其在劲性骨架上放样，用角钢焊设固定架，固定架的标高宜低不宜高。固定架的形成将随索道管在劲性骨架中的位置而变动，但必须能使A、B两点落在固定架上。现场劲性骨架安装后，然后采用全站仪测量管道上、下口（O和O''）的平面坐标，同时测量此两点的高程，然后利用千斤顶、导链滑车等微动设备进行调整，采用逐渐趋近法移动斜拉索管道，最终使管道上、下口的平面位置及高程同时达到设计的坐标及高程，最后将其焊接在劲性骨架上。

5. 主梁施工监控

5.1主梁施工监控的目的。

由于斜拉桥的施工施法和施工程序对施工中及成桥后主梁线形和结构恒载内力都具有决定性的影响，为了用结构和施工的手段控制工程结构的形体和内力，使其符合预先设计的期望，必须对斜拉桥每一施工阶段的结果进行详细的检测分析和验算，确保主梁线形平顺，成桥后的主梁线形与结构内力满足设计要求。这一施工监控过程由设计、施工、监理以及专业的监控单位共同完成，本桥中的施工监控主要体现于主梁的施工。

5.2主梁施工监控的内容。

主梁施工监控的工作内容包括：施工过程的信息计算；施工过程的现场测量；施工过程的参数识别；施工过程的标高和索力调整。

施工单位着重做好施工过程中的现场测量工作，提供可靠的实测数据配合监控与设计单位做好数据分析和计算工作，执行监控单位的各项指令。现场测量的主要内容包括索力测量、主梁与墩塔应力测量、主梁标高与塔顶位移测量、砼方量与浇筑数量测量，砼弹模与收缩徐变参数以及温度影响测量等。其中主梁标高与塔顶位移测量、砼方量与浇筑数量测量由施工单位完成。施工监控实施流程如图3所示。

5.3线形监控监测方法。

线形控制主要体现在挂篮调整上。挂篮调整的目的主要是箱梁高程控制和轴线控制，使箱梁合龙时高程偏差和轴线偏差在允许范围以内。平面控制网由设置在左右幅主墩桥面中轴线上的控制点组成矩形控制网，轴线控制分底板点控制和顶板中心控制两部分。

挂篮前移到位后要装后横梁吊杆，将底篮上提至已浇箱梁10cm左右，用全站仪核对底板中心与箱梁理论中心偏差。底篮中心与箱梁理论中心吻合后，然后根据箱梁节段立模标高通知单，安装底模、侧模（含翼板模板），调整底模标高到立模标高，锚固底篮后端，收紧前端吊杆。模板安装好后，再用全站仪对梁段模板顶板上两侧翼缘（边沿）和两侧翼缘板与腹板外模相交处，底板中心等点位进行综合测量，测量合格后在规定时间内向测量监理工程师报验，报验合格后方可进行下道工序。由于温差的影响，挂篮的高程变动会连锁引起平面位置发生变化，经对实测数据分析，挂篮的调整报验选择在凌晨2—5点进行。

图3

5.4高程监控监测方法。

高程控制是一个动态控制过程，为了使成桥后的线形达到或接近设计要求，因此必须在悬浇过程中进行标高控制。高程控制主要包括理论计算、确定立模标高﹑高程监测及高程纠偏等几方面。本桥中高程控制网根据大桥已建立的控制网点，先在桥墩承台上设置高程控制点，并在主墩0#块施工时预先埋设测钉，待浇筑结束后用水准仪加悬挂钢尺的方法移至0#块的预埋测钉上，以形成悬浇施工的高程控制基准点。箱梁的0#块布置五个基准点，各悬浇梁段布置五个测点离节段前沿15cm处。观测时将水准仪架设在桥面上，后视水准基点，再采集前视数据以测得监测点高程，观测过程中必重复后视基点以防止外来因素引起的误差。施测工作由施工、监理、监控单位同时并行进行，测量完毕后须共同校核数据，如有偏差须对个别点重新测量以得到准确数据。

基准点和测点均采用16mm钢筋，长度约60cm，与箱梁钢筋焊接固定，并露出桥面2cm，外露端用砂轮打磨成圆形。测点标志要妥善保护，勿遭重物压损或盖埋。

每一个箱梁节段高程监控可分为四个阶段，分别在挂篮前移后、浇筑混凝土后、预应力束张拉后和斜拉索张拉后，各阶段施工后均需对已施工箱梁上的监测点进行观测。四大工况测量要按规定时间测量，必须在凌晨2至5点进行。在实际施工中，值得注意的是要定期对基准高程点进行闭合联测，防止合龙时出现问题。

5.5主梁索道管的精密定位测量。

主梁索道管实地就位之前，应根据设计图纸提供的数据，包括各实际锚固点相对梁面的高差，以及它们的管长和倾角，结合主梁施工监控后提供的主梁线性，综合计算确定索道管实际锚固点的标高。各锚块模板实际安装前经认真核对设计给出的各点β坐标及各边长度， 施工时必须根据每一个尺寸事先在计算机内放样，并反复校核正确无误后进行测量放样。施工时首先安装主梁中箱内模，并检查是否符合设计要求， 无误后在内模上放出锚盒各特征点， 并用相应边长及与锚固点关系参数进行校核，完全符合设计图纸后再开孔。根据开孔后的箱梁内模对应锚块尺寸安装各锚盒，再利用吊机将锚管和锚垫板吊装到设计位置并用型钢焊接劲性骨架进行临时固定，再进行锚管的精确调整、定位、固定。

采用全站仪测量管道实际锚固点、导管上口中心点的三维坐标，然后利用千斤顶、导链滑车等微动设备进行调整，采用逐渐趋近法移动斜拉索管道，最终使管道实际锚固点、导管上口中心点同时达到设计的坐标及高程，最后将其准确牢固定位。混凝土箱梁浇注前对索道管的轴线位置应进行复核，并对超出规范要求的索道管进行调整和加固。按照在计算机内放样得出的测量复核控制点坐标对各个索道管进行逐一核对，确保轴线位置控制在规范要求的范围内。在混凝土箱梁浇注过程中加强对索道管的监测。

6. 变形监测

6.1索塔基础沉降及变形监测。

桥梁基础承受着巨大荷载，在自重的作用下会产生沉降，为了保证桥梁基础的安全，监测沉降大小，给设计及施工提供可靠数据，必须在桥梁施工过程中及成桥后对基础的沉降进行周期监测。

首次观测在承台完成经确认混凝土已凝固时进行，以每十天为一周期，即每隔十天观测一次。以首期观测所得到的各点高程为基准值建立沉陷观测成果表。同时，依沉陷观测点所分布的位置和周期的沉陷量，编制倾斜观测成果表，绘制点位沉陷过程线。

沉陷观测成果整理不涉及复杂计算，使用常用的计算器即可完成计算。

6.2索塔施工期及施工完毕后的变形监测。

在索塔建设过程中，随着索塔高度的增加，挠度变形的幅度也急剧增大；受风力、日照等外界环境因素的影响，索塔也会产生挠度变形。只有准确地掌握索塔摆动和扭转的规律，才能有效地指导施工和相应的施工测量工作。

索塔挠度变形观测的常用方法有：测角、测边、边角交会法、全站仪坐标法、天顶距测量法、水平距离观测法和GPS实时动态测量RTK监测法等，各有其优缺点。由于目前全站仪测角、测距精度都非常高，所以全站仪极坐标法是最常用的方法。本桥将主要采用全站仪坐标法。在已竣工的塔肢上每隔20m高度断面，安装4个“监测棱镜”，永久安装在塔身上的固定位置，在索塔顶设置4个水平位移监测点，分别分设在索塔顶的四个角处，监测点上安装加固、防晒的反光棱镜，作为索塔变形观测的测点。

索塔施工过程中每个周期观测均记录观测时间，算出各观测点的坐标分量和水平位移，与角度观测同时要进行温度、风速风向、日照方向等项观测并作记录。根据观测结果，就每个观测点作出塔柱纵向、横向摆动过程线和温度变化过程线。求出各点摆动平衡位置及相应的时刻。索塔施工完毕，进行48小时全天侯主塔变形观测，并同时记录观测时间、温度、气压以及观测时的风力、风向等数据，每小时观测一次，以第一次观测成果为基准值，每次观测值与基准值比较，得出主塔横、纵、竖向偏移值，从而掌握主塔在日照、温差、风力、风向、振动等外界条件变化影响下的摆动变形规律。

6.3主梁施工期间索塔变形监测。

一方面由于索塔两侧斜拉索的拉力不等，而使索塔在顺桥向产生挠度变形，另一方面在大桥主梁浇筑过程中，每施工四对斜拉索，对张拉千斤顶以及传感器进行标定，并测量一次索塔塔顶位移偏位；施工到第十对及二十对斜拉索时采取频谱仪等其它仪器对索力仪等进行现场校核。由于施工原因，致使索塔两侧斜拉索受力不平衡，从而使索塔在顺桥向产生一定的偏移，需对此变形进行观测。

观测方法与上一致，主梁浇筑前、浇筑过程、及主梁浇筑后均进行观测。

7. 结论

根据上述工程测量布控方案的内容可知，工程测量贯穿于整个工程项目中。首先是施工准备阶段对于施工场地地形图的测绘以及临时设施的放样等辅助工作，其次是施工阶段的测量放样和施工过程中的控制测量与监控以及在竣工验收阶段的测量监控。所以工程测量在工程项目中具有很大的重要性，其中一个科学的系统的测量布控方案能够有助于工程项目施工的顺利进行。