青草背长江大桥预应力锚固系统定位架预拼装施工技术研究

何向东，贾兴文

（重庆建工第二建设有限公司，重庆 400030）

大跨度悬索桥预应力锚固系统施工过程中通常采用钢结构定位架准确定位预应力钢管的空间位置，并通过其片架上的定位板实现预应力钢管精确定位，因此定位架的加工和安装精度，尤其是片架的加工和安装精度将直接影响预应力钢管的定位精度[1-2]。为了保证预应力锚固系统坐标位置的精确性，定位架不仅加工精度和质量要求极高，其施工工程中的定位精度和施工质量要求也极高，因此保证定位架的安装精度是实现预应力锚固系统顺利施工的前提[3]。

锚固系统定位架施工过程中，通常是在施工现场安装定位架，由于现场测绘工作量大，工作环境对测量工作和安装工作的准确性影响较大，导致定位架安装精度相对较低，影响锚固系统的顺利施工。因此本项目在重庆市南涪路青草背长江大桥预应力锚固系统施工过程中采用工厂预拼校核与现场空间叠层定位方法安装定位架，并利用三维测量定位技术，实现了锚固系统钢管定位架的精确安装，确保了预应力锚固系统的顺利施工。

1 工程概况

涪陵青草背长江大桥是南涪高速公路（重庆南川区至涪陵区）上最重要的关键性控制工程，于2009年6月开工建设，2012年10月主跨成功合龙。大桥桥型为单跨加劲梁悬索桥，加劲梁为流线型扁平钢箱梁。主桥长1719m，南边跨和北边跨均为245m，中跨788m，是重庆市目前已建成通车的桥梁中单跨跨度最大的。

青草背长江大桥采用可换式无黏结预应力锚固系统，索股锚固单元为单索股锚固单元，每侧锚体共88套，南锚共2×88套。预应力锚固系统预埋在锚块混凝土中。锚管定位架系统是一个复杂的装配式空间杆件体系，定位架构件纵横交错，为了确保锚管安装轴线与索股方向一致，必须确保定位架安装时定位准确、连接可靠，并且在混凝土浇筑过程中整个定位架系统不变形，因此建设单位对定位架施工提出了极高的要求。青草背长江大桥锚固系统定位架示意见图1。

图1 青草背长江大桥锚固系统定位架示意

2 定位架工厂预拼装

2.1 定位架预拼校核

定位架采用等边角钢加工而成，除了选择专业的钢结构加工厂加工制作，还要严格按照设计要求加工，确保杆件尺寸精确，杆件切割面平整。杆件上的螺栓孔采用机床钻孔，孔径14mm，螺栓孔中心位置的精度直接影响定位架拼装成型后的精度，因此应确保螺栓孔加工精度符合设计要求。

定位架主要分为三个部分：基架、骨架和片架。在安装施工前，定位架应首先在工厂预拼校核，根据锚体混凝土分层浇筑速度按照基架、骨架和片架的先后顺序进行预拼，每预拼一层定位架，都要进行反复调整，以确保定位架杆件空间位置的准确性。工厂预拼过程中应精确测量和计算定位架各个杆件的定位坐标和空间位置，并对各个杆件准确编号。定位架预拼装不仅可以确定定位架杆件的定位关系和空间坐标，还可以校核杆件的加工精度，同时也可以减少现场加工焊接作业，提高安装精度。定位架预拼校核过程中应注意以下几点：

（1）在加工厂按施工设计图和焊接要求，首先将角钢杆件焊接成尺寸约为3m×4m的小型片架，小型片架的焊接质量应符合设计要求。

（2）将小型片架按照先基架、再骨架、后片架的顺序进行预拼装，并按设计要求确定预应力钢管定位板的定位点，然后用螺栓临时连接预应力钢管定位板。

（3）定位架拼装完成后应校核杆件尺寸和加工精度是否符合设计要求，然后校核杆件空间位置关系与设计施工图是否相符。

（4）定位架校核完成后，以第一层基架下端靠近后锚面且与后锚面平行的第一根水平杆的左端第一个螺栓孔中心作为三维坐标系的原点O，以该杆件为x1轴，以该杆件左端垂直于该杆件的纵向水平杆件为y1轴，以通过原点垂直于x1Oy1平面的垂线为z1轴，建立定位架结构坐标系，按照设计图纸并结合杆件实际安装尺寸计算架杆件安装节点和连接面在结构坐标系中的三维坐标（x1，y1，z1）。

2.2 定位架运输与存放

定位架预拼装完成后对小型片架编码，然后再分解成小型片架。小型片架运输到施工现场后，按照编号、施工顺序分类存放，做出明确标记，并指定专人管理，并做好排水、防雨及安全措施。

3 定位架施工技术

定位架施工前应首先通过三维测量技术确定基架的定位坐标，然后按照空间层叠定位方法确定骨架和片架的定位坐标，以确保定位架的精确施工。

3.1 基架定位点测量放样

基架定位的关键在于控制基架顶面位置，以便于骨架的精确安装[4-5]。为了方便基架的安装，在浇筑基架垫层混凝土时，应首先在基架四角测量放样确定基架定位控制坐标，建立测量控制坐标系（x，y，z），并预埋角钢和钢板。在安装基架前把角钢调整至设计高程，在其顶面用角钢连成整体框架，再准确放出四个角点的坐标。基架定位点测量放样应注意以下几点：

（1）测量放样时采用高精度全站仪将工程首级控制点传递到锚固系统施工面，并在后锚固面上设定1个二级控制点和2个加密控制点，然后根据业主给定的GPS控制坐标（X0，Y0，Z0），通过空间坐标系三维平移与旋转确定定位架三维坐标系原点O的测量控制坐标（x，y，z），并计算定位架杆件安装节点的施工定位测量控制坐标（x，y，z）。

（2）测量放样时应首先确定第一层基架下端靠近后锚面且与后锚面平行的第一根水平杆的定位线及实测标高，在底部混凝土上做出标记；用水平管配合钢尺测量定位架基架柱脚的标高，调整找平符合安装要求，然后将每片定位架的第一根水平杆焊接在预埋角钢或钢板上，此后的杆件和小型片架安装以第一根水平杆为基准。

3.2 基架安装

定位架的安装应符合预应力锚固系统“锚体分层浇筑、预应力钢管分节支撑、钢管分段接长”的施工原则[6-7]，因此基架安装时应考虑混凝土分层浇筑高度，基架杆件高出混凝土面层的高度应不小于1m，以便于后续杆件安装和接长。基架安装时采用塔吊吊装到位。基架安装过程中应注意以下几点：

（1）基架安装时应首先安装第一层基架下端靠近后锚面且与后锚面平行的第一根水平杆，待测量放线完成并校核后，即可焊接固定第一根水平杆，并以第一根水平杆为基准。

（2）基架安装时，杆件和小型片架首先用螺栓连接，待测量校核达到设计要求后，再进行焊接。

（3）基架安装完成后应复测基架顶面高程，确保安装精度达到设计要求。 基架顶面精度x值和高程控制在5mm以内，y方向可以在片架左右调节得到控制。

3.3 骨架安装

骨架安装于基架之上，并逐步接长安装。骨架的定位需要考虑加工误差和安装连接面不平引起的骨架总长的变化，因此首先要保证骨架与片架连接面的空间位置的准确，定位时再使用定位片架的定位线坐标进行调节[8]。骨架与基架，骨架与骨架之间先采用螺栓连接，便于调整，通过调整并采用全站仪测量定位点坐标满足设计要求后再焊牢。骨架安装过程中应注意以下几点：

（1）基架安装定位后，即可安装骨架，将分成小型片架的骨架分层叠加，首先用螺栓固定，然后用全站仪测量校核，经校核符合要求后再焊接。

（2）骨架分为多层叠加安装，安装时需要与混凝土浇筑速度和分层浇筑高度协调，每根连接杆应至少伸出混凝土面1m，确保下次连接时有足够的连接长度。

（3）骨架拼装时应随时检查其位置是否存在偏差，发现偏差应及时纠正。

3.4 片架和定位板安装

骨架安装完成后安装定位片架，根据工厂预拼校核过程中计算出的片架的三维坐标确定施工现场的定位坐标。片架定位时应首先调整定位片z方向的高程，然后调节定位片平面上x、y方向的坐标点，以提高施工效率和节省人力。片架与骨架通过螺栓连接，调整后再焊牢。

定位架安装到位并经检测符合设计要求后，利用全站仪测出每根预应力钢管的管道中心线，现场焊接预应力定位板，同时在定位板上标注管道中心点位置，并在定位板的4条边上做出4点标记，使这4点的连接线的角点与管道中心线相重合。采用全站仪三维测量法校核定位板轴线，符合要求后焊接固定定位板。定位板安装完成后即可安装预应力钢管。安装一层基架、骨架、片架和预应力钢管后，分层浇筑混凝土，然后再安装上层基架、骨架、片架和预应力钢管，分层浇筑混凝土，按照此工序重复进行直至整个定位架系统施工完成。定位架系统施工见图2。

图2 定位架施工现场

3.5 监测技术与分析

使用高精度全站仪，实施多测回、改变观测已知点先后顺序等方法确保定位架安装测设精度。同时，为了保证按照设计施工，施工过程中每项工艺流程都要严格控制，每一步工序完成后都应校核定位架的空间位置，按照测量数据计算复核，施工放样后应由专人检查。

4 结语

定位架杆件由专业钢结构工厂加工制作，不仅提高了杆件加工精度，减少了现场加工过程中的材料浪费，也显著缩短了加工工期和劳动力消耗。施工前定位架进行预拼装，可以有效避免定位架安装过程出现错误和返工，有利于加快施工进度，同时，预拼装过程中可以确定定位架安装节点的定位坐标。根据混凝土浇筑进度和分层浇筑高度，预拼装完成后将各层定位架拆解并焊接为为规格和重量接近的小型片架，将小型片架运输到现场后采用层叠定位技术安装，只需测设各小型片架定位点的控制坐标，有利于降低测设工作量和提高安装精度。由于小型片架在工厂焊接，减少了现场焊接作业量，显著提高了焊接质量。通过上述技术措施，不仅减少了施工现场作业量，施工速度也显著加快，定位架安装质量和精度得到了有效保证，为确保青草背长江大桥按期完工奠定了坚实的基础。

[1]李海，鲜亮，姚志安.国内大跨径悬索桥锚碇锚固系统比较研究[J].公路工程，2011，36（6）:97-101.

[2]田欣，牛亚洲，郝胜利.南京长江第四大桥北锚碇钢筋混凝土榫锚固系统施工关键技术[J].公路，2010（6）:54-60.

[3]黄阳林，朱文军，谢东.南京长江第四大桥北锚碇锚固系统安装测量定位[J].公路，2010（6）:25-30.

[4]张志荣，金仓，张雪松.润扬大桥悬索桥南锚碇预应力锚固系统施工[J].桥梁建设，2004，34（4）:54-56.

[5]周俊，刘德朋，陈浩.某公路大桥锚碇锚固系统预应力钢管精确定位[J].施工技术，2005，34（7）:57-58.

[6]贺恩明，徐风云，周之清.主缆在锚碇处锚固预应力系统防松装置研究[J]重庆建筑，2015，14(3):36-38.

[7]张红星，刘德宝，王成树.重庆鱼嘴长江大桥总体设计[J].公路交通技术，2010（1）:89-91.

[8]施津安，张明闪，涂哲.之江大桥超长锚杆定位系统设计与施工技术[J].公路，2013（4）:40-43.