大跨度斜拉桥施工测量控制的探讨

武文斌

（中交一公局厦门工程有限公司, 福建 厦门 361021）

1 工程概况

椒江二桥及接线工程是浙江省及台州市公路“十一五”建设规划中的区域干线公路75 省道改建跨越椒江的重要通道,是台州市椒江区规划建设的“三桥一隧”中的一座特大桥,也是连接头门港、海门港、龙门港的重要集散疏远道路,椒江二桥总长约3702m，主桥布跨：70+140+480+140+70m，为双塔斜拉桥，索塔总高152.76m。

2 测量控制原理

斜拉桥施工过程中，重点控制三种坐标：一是塔柱塔座中心与塔顶中心的垂直度；二是索导管的平面位置和高程；三是钢锚梁的定位；四是主梁中跨合拢纵横向的精度控制。根据特大型桥梁施工技术规范及设计要求，主塔施工测量主要以保证塔柱、钢锚梁、斜拉索预埋管等结构的外形尺寸和空间位置正确。

斜拉桥施工控制测量根据施工进度分阶段实施。前期主要依据设计单位提供的首级控制点进行施工测量控制点的加密工作，利用主塔周围的控制点来完成；随着塔柱的增高，用主塔周边控制点进行控制，仰角会随之增大而不利于测量观测，因此要进行第二阶段平面控制网的加密复测，用以提高定位精度。

平面控制网采用静态模式，网型为环形网，按边联式扩展联测。在布设GPS 网时，适当增加观测期数可以有效提高GPS 网的可靠性；增加重复设站的次数，可以确保GPS 网的可靠性；在布设GPS 网时，点的可靠性与该点上所连接的基线数有关，连接数越多点的可靠性越高。

高程控制网采用三等水准测量结合EDM 三角高程测量的方法进行。主桥过江段两岸河堤直线距离约2000 多米，直接一站跨越会严重影响测量精度。因此选择在栈桥两主塔位置各布设一个水准点进行EDM 三角高程测量，两点距离约490m 左右。

高程测量采用对向观测，用1"级高精度全站仪进行观测，同步对向观测用以消除大气垂直折光影响；选择地形气候相近的观测点进行建站观测，最大限度地消除折光影响，使残差值具有偶然性。

为提高观测精度，避免作业环境影响降低观测精度，宜选择温度气候相对稳定的时间段；提高观测效率，减少作业时间。

以上公式中i 为仪器高，v 为棱镜高，α 为竖直角，S 为斜距，C 为球气差系数。同理：

考虑1≈2，A-B≈B-A高差中值的计算式为：

根据规范，两测站对向观测高差不符值：±24√S。

为了提高工作效率，减少错误概率，便于结构物放样，将主桥椒江独立坐标系通过坐标旋转、平移，转化成以主桥轴线桩号递增为X 轴方向，垂直桥轴线方向为Y 轴方向，高程递增为Z 轴方向的施工独立坐标系；建立起明确的放样坐标与结构物对应桩号尺寸具有明确关系的坐标系统，其坐标系转化按下式进行：

公式中α 为旋转参数，b 为平移参数。

定位放样时尽量在天气、温度、风力等条件影响较小的情况下进行；同时严格按设计、监控部门的要求，在主塔不同施工阶段考虑基础沉降、混凝土收缩、温度应力和风力对主塔施工测量的精度影响，并及时进行预设值的调整。

3 施工定位实施

根据设计图纸和施工组织设计方案，将主塔按节段划分，通过建立数学模型，利用行业内成熟的数据处理软件，计算主塔各阶段的结构物三维坐标；钢锚梁、斜拉索索导管的预埋和钢箱梁的安装定位等是测量控制阶段难度最大、精度要求最高的部分。钢锚梁、预埋管安装定位采取以三维坐标定位为主，以极坐标法校核为辅的方法。

在主塔塔柱施工时同步施工相应位置的钢筋混凝土牛腿，并在钢筋混凝土牛腿顶面预埋钢板。钢锚梁牛腿是钢锚梁的支承结构，钢锚梁牛腿高程直接影响钢锚梁的空间定位，要保证其施测精度，并严格按放样结果进行施工，保证施工精度，由于钢锚梁的安装空间狭小，钢锚梁牛腿混凝土结构外形尺寸必须精确，在施工时应注意模板位置的精确性，且需加强支撑措施，防止内模出现局部变形或位移[1-5]。

钢锚梁的安装与上塔柱的分段施工配合进行，钢锚梁在相应节段塔柱混凝土工程施工完成后分节段吊入塔柱内安装，斜拉索张拉过程中钢锚梁和钢锚梁牛腿之间可以相对滑动；钢锚梁牛腿高程直接关系钢锚梁空间位置的准确，在安装钢锚梁前需对牛腿顶表面进行复测。

斜拉索预埋管定位采用三维极坐标法，直接观测预埋管进、出塔壁位置的中心点，通过反复观测调整中心点坐标直至复核设计和规范要求。此方法操作简单，施工速度较快，大大提高工作效率。

斜拉索预埋管安装定位分两次进行。第一次进行初步定位，根据预埋管设计坐标，在劲性骨架上放出坐标点，依据坐标点用水平尺、垂球、卷尺将预埋管初步安放好。第二次进行精确定位，根据拉索锚固中心坐标、预埋管斜率、预埋管实测长度，推算出预埋管上下口坐标，用全站仪检测初定位置并进行调整，直至预埋管上下口三维坐标都符合误差≤5mm 后，将斜拉索预埋管采用型钢焊接固定在劲性骨架上，再进行一次复测，直至合格为准。

随着塔身逐渐升高，观测视距也相应的变大，观测过程中受日照、气温及风力等外界条件变化的影响也逐渐加大，索塔本身也处于一定幅度的摆动之中，索塔施工顶部会出现一定量的水平位移，在不同的观测时段，位移量还会随之变化，且这一变化随着塔身升高而逐渐增大。因此，斜拉索预埋管施工测量时需选择在相同或相近的气温条件下进行。

4 外界环境对定位精度的影响分析

在施工测量定位过程中，一是结构物本身容易受温度影响热胀冷缩，二是定位测量施测过程中受其影响，造成精度降低。塔、梁位移及缆索应力受温度变化影响，在施工过程中，对温度场及温度变化带来的影响进行周期性的持续观测，根据温度变化影响情况确定最佳施测作业时间，施工工序中控制阶段的实际时间根据当日的温度状况作出具体调整。温度测量结合应变测量进行。主梁、索塔、拉索等构件温度场的测量采用模拟/数字混合式测温传感器进行测试。温度传感器系统采用模拟/数字混合式半导体温度传感器系统，因钢材容热性差,其对温度变化十分敏感,科学观测关键施工工序及施工测量数据采集的时间，分析应对减少温度变化对施工控制精度的影响。

斜拉桥属于超静定结构体系，结构受力比较复杂，结构的精确定位是桥梁力的传递能否按着设计意图进行的关键；如何预测温度效应给施工带来的影响，首要是给定结构温度场的分布情况，大型桥梁温度场分布很复杂，由于实际的温度场并不是某种单一温差引起的温度场，而是不同温差的有机组合，实际测试的标高、索力的改变量也是基于这种情况。

对已施工节段各部位在不同温度条件下进行规律性观测，用有限元方法分析观测成果数据，计算其影响变化值，用多项式进行拟合，得到的温度修正值，指导后期施工，并做好复测记录。

椒江二桥斜拉桥主跨480m，属于大跨度桥梁，施工过程中，结构自重、配重的平衡和线型的变化等会影响桥梁的稳定性。该型桥的稳定问题包含两个方面：一为结构自稳，即静力稳定；二为动力稳定，即风和地震等的影响。结构静力稳定问题主要应考虑最大双悬臂、最大单悬臂等状态下的稳定，结构的不对称性及施工荷载的随机性很可能导致结构失稳。动力稳定问题，设计前应建造相应的模型，模拟现场环境条件，进行相应的实验；施工阶段，对结构的抗风稳定性进行有限元分析。通过对应力应变测点加强监测，在结构计算分析过程中，仔细考虑各种荷载组合带来的负面影响，是可以防患于未然的。

5 影响精度的解决途径

根据影响精度的原因分析，在施工过程中不断探讨、提高及改进，我部选择在无风或微风的清晨进行测量，由于夜间气温变化相对平缓，长时间的热传导后，构件内的温度梯度相对较小,，温度分布也较均匀；在日出前完成，施工测量，避免外界环境因素变化太大引起温度梯度变大。

提高定位精度的有效方法之一是对结构部位进行有目的性的监测，对采集到的数据分类整理，通过不同数学方法和几何模型进行有效分析；施工阶段实测得到的参数会和设计阶段进行结构计算时对应的各参数不一致,因此通过对施工阶段采集到的数据进行有目的性的分析,对设计参数进行识别与校正，可对特大型桥梁的后续施工提供安全技术保障，并能起到提前预测结构物的变化趋势。参数修正是特大型桥梁施工阶段提高桥梁稳定性的有效途径。随着工厂预制化生产水平的提高，其制作精度高，钢箱梁在工厂内完成生产，结构物实际参数与设计参数很接近；在施工现场，由于混凝土的收缩徐变系数、几何尺寸及自重等会引起与设计不符,故需要对这些参数进行采集、识别和修正。

6 后期施工检查情况

椒江二桥于2011 年6 月1 日至2013 年6 月31 日止，从塔座至索导管预埋到全桥合拢，我部对每节段实体结构物逐一进行施工监测检查，累计共检查了200 段成品，通过在索导管锚固端高程调整后对索导管出口高程与顺桥向位置的预调，待全桥合拢，梁体变形稳定后，索导管出口能基本上与设计位置吻合，有效保证了索导管的定位精度。其最大误差仅为12mm，而且90%的索导管三维坐标都能保证在±5mm 以内，不仅完全满足施工要求，而且从根本上控制了斜拉索的索面线形，为斜拉桥的施工质量提供了可靠的保证。

7 结束语

斜拉桥的结构特征是高次超静定结构体系，结构柔性较大，是由主塔、梁和索组成的高次超静定柔性结构体系，施工过程与成桥状态具有相关性，对成桥线形提出很高的要求，结构物的任何一处坐标位置的变化都会影响结构内力的分配。为保证斜拉桥成桥线形符合图纸和相关规范要求，从基础、塔座、塔身一直到钢箱梁成桥的全过程都要进行高标准、严要求的施工控制；其中结构物各结点应力、应变测量的力学控制以及结构物各结点的位置、线形控制尤为重要，如此才能保证斜拉桥成桥理想状态。

由结构物成品检查情况可以得出，在施工中经过反复论证，不断改进，掌握了施工要点，也积累了一定的施工经验，取得了良好的效果。我们将在以后施工过程中不断总结经验，强化质量管理，争取实现高精度定位，为以后高标准、高质量、高效率箱梁预制、架设施工积累了经验。