地锚式悬索桥基准索股的垂度监测与控制分析

黄优平

摘要 准确测量并控制地锚式悬索桥主缆基准索股绝对垂度是提高悬索桥成桥状态的关键，基于此，文章依托某地锚式悬索桥基准索股的绝对垂度监测与控制，论述了基准索股绝对垂度测量内容，总结了基准索股绝对垂度测量方法，从提高测量精度和改善索股稳定性两个角度，提出了控制方案。

关键词 公路桥梁项目；地锚式悬索桥；基准索股；绝对垂度；相对垂度

中图分类号 U448.25文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）10-0084-03

0 引言

地锚式悬索桥在大跨径桥梁建设项目中应用广泛，其吊索长度、空缆线形、主梁恒载直接影响了悬索桥的成桥线形。主缆架设是悬索桥项目施工中的重要环节，其施工质量及架设精度直接影响成桥状态与成桥线形。主缆为悬索桥关键承重结构，线形控制方案包括一般索股线形控制和基准索股线形控制两种措施。索股线形的精准控制离不开索股垂直度的精准测量，需通过一般索股相对垂直度和基准索股绝对垂直度的测量获得精确数据，以提高索股线形的控制精度，其中主缆架设环节的关键在于基准索股的绝对垂直度测量与控制。

1 工程概况

贵州某地锚式悬索桥全长2 000 m，主跨为680 m钢桁梁悬索桥。该桥梁跨越区域河流，为高速公路项目关键控制性工程。目标桥梁选用双塔三跨双索面结构，主缆总长为1 276 m。大桥主缆采用预制平行钢丝索股（PPWS）法形成，上下游各1根。每根索股由127根直径5.2 mm预制平行钢丝编织而成，每根主缆由61根索股构成。

施工过程中需精确测量和控制主缆线形，确保施工环节主缆线形与设计值相吻合。基准索股为桥梁架设过程中一般索股调整的基础，通过对基准索股绝对垂度值的精准控制和精密测量，确保其线形达标，为提高主缆架设精度值奠定了基础。

2 基准索股绝对垂度测量内容

测量基准索股绝对垂度值时，需要选择作为基准的索股，然后方可进行测量。需要测量的指标包括基准索股的绝对垂度值、上下游基准索股的相对垂度值，以及基准索股的稳定性等指标[1]。

（1）选择基准索股。主缆由一般索股和基准索股构成，基准索股的绝对垂度和一般索股的相对垂度水平决定了主缆架设的基本线形，因此在基准索股选择时应当充分考虑项目需求、设计因素、施工影响等。基准索股选定标准包括：①索股处于相对自由状态，需先行架设且受其他索股影响小，并可作为基准，对其他索股的垂度水平加以控制。②每根基准索股与相关数量的一般索股相对应，基于该基准索股，来完成对其他索股的分组控制[2]。

（2）绝对垂度测量。确定基准索股并完成架设后，温湿度水平相对稳定的情况下，选定基准索股标志点、散索鞍中心标志点、主索鞍中心标志点进行绝对垂度值的测量，并结合基准温度值进行校正。

（3）上下游基准索股相对垂度值测定。选定基准索股上下游对称的基准索股，进行主缆基准索股相对垂度值的测量，避免其影响主梁结构合理性及成桥状态。

（4）基准索股稳定性评价。风力、温度、湿度等相关因素变化，均会影响基准索股绝对垂度水平，故需结合项目特点和实际施工情况，进行稳定性分析[3]。

3 基准索股绝对垂度测量方法

该项目地锚式悬索桥地质环境复杂，水准仪架设难度高，故该桥梁基准索股绝对垂度测量选用全站仪三角高程法进行[4]。

3.1 测站设置

分三个部分进行基准索股绝对垂度值的测量，即边跨1、边跨2和中跨。不同位置设置两个测量点，测量站点布设情况如图1所示。

小里程侧测站1为边跨1的基准测站，属首级控制网点的强制归心观测墩。

中跨跨径长且对主缆线形要求高，以大里程侧测站2作为中跨测站，用来完成中跨索股绝对垂度值和中跨主缆线形的测量[5]。

3.2 跨中控制点的确定

悬索桥主缆基准索股测点位于跨中，通过对跨中点的高程值测量，可以明确索股有无线形变化。对索股监测的方法包括两种，需根据项目特点和实际情况合理选择最佳方案[6]。第一种监测方法将跨中里程位置固定，通过对索股标高数据的变化反映其线形情况，对目标里程标高精准控制，以达到设计水平，从而满足项目需求。第二种监测方法借助棱镜置于索股主跨中点位置，对高程与里程值进行计算，从而通过对两个数据的调整，使其满足目标需求，而达到设计值[7]。不同監测方法的控制点、棱镜布设情况如图2～3所示。

上述两种监测方法均能提高项目施工精度值，其主要特点如下：①第一种监测方法操作简单，直接控制索股标高值，但难以为后期钢桁梁架设提供准确的数据参考和基准点。②第二种方法通过标记索股标记点位置的方案，有效控制里程与高程值，通过对温度数据的调整实现精准放样，以提高控制精确度。但该方案需要多次标记和反复放样，基准索股监测中需结合实际情况选择监测方案，根据该桥梁特点最终选定第二种方案，进行基准索股标高与里程值的检测[8]。

4 基准索股垂度测量结果分析

测量基准索股绝对垂度值并完成现场稳定性试验，通过相关指标的变化，来实现对主缆基准索测量精度的有效控制，为提高主缆线形奠定基础。

4.1 测量精度分析

该项目基准索股绝对垂直度测量选用单向三角高程测量法，对测站1和测站2之间的高程差进行测量，详情如下：

式中，Sab——取值为600 m，表示左岸侧点与索股跨中位置的距离；α取值为2.5°，即竖直角角度；ia、υb——测站1和测站2的高程值。

对上述表达式进行全微分转化，获得误差关系式如下所示：

式中，ms——测量精度；ma——测角精度；mvb——觇标高精度；mia——仪器高程值精度；mf——水准高程与三角高程差。

采用莱卡全站仪TM60完成基准索股绝对垂度值的测量，并利用精密水准尺完成小角度测量，可知ma=±0.5″，mia=±0.2 m。采用固定棱镜杆进行目标高程测定，mvb=±0.5 m。

基准索股绝对垂度值测量过程中，由于大气折光系数的影响，需将设备架设于大小里程观测点后，并对大气折光系数进行修正，以获得相对准确的高程值，并将水准点高程差与三角高程差控制在5 mm以内，将极限误差控制在2倍中误差范围内[9]。为满足索股架设的基本设计要求，确定主跨垂度测量误差范围为?10.48～+10.48 mm。

4.2 基准索股的稳定性观测结果

光照不均匀、风速变化均会对基准索股动态平衡产生影响，测量过程中为提高基准索股架设稳定性，应排除环境因素的影响，对多重测量结果进行综合修正，用以提高基准索股绝对垂度测量的稳定性，以便更好地反映基准索股架设精度水平。

完成基准索股架设后，需对悬索桥主缆基准索股稳定性进行连续3 d的监测，充分考虑温度、风速、塔高等因素的影响，并校正基准索股绝对垂度值，而获得理想测量状态下的绝对垂度值，并将其与实际测量值进行比对，获得基准索股相对垂度值与中跨索股绝对垂度数据，详见表1和图4。

对表1分析可知，边跨1和边跨2的绝对垂度最大值分别为18.9 mm和11.3 mm，中跨绝对垂度最大值为19.4 mm，监测指标均符合设计要求，精度达标。对图4分析可知，上下游悬索桥主缆绝对垂度变化规律一致，且其水平高低与温度值关系密切，即主缆线形合理，受力均匀，该研究所采取的基准索股监测与控制方案可行[10]。

5 结论

综上所述，基于对某地锚式悬索桥基准索股绝对垂度测量，结论如下：

（1）该桥梁选定l#索股为基准索股，满足了项目施工、测量和质量控制的基本要求。

（2）固定跨中里程位置，作为悬索桥基准索股绝对垂度控制点的测量方案，更符合主缆控制要求。

（3）精度分析结果显示该桥梁测点、测站选择合理，稳定性监测结果显示基准索股绝对垂度值在可控范围内。

（4）该项目施工中未将风力变化、温度不均匀变化等因素考虑在内，为进一步提升悬索桥基准索股监测与控制精度值，需将相关因素影响考虑在内进一步探究。

参考文献

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