抽水蓄能电站塔式进出水口交通桥线形监测精度分析

谢先双

(中国水利水电第五工程局有限公司,成都 610066)

1 交通桥桥型概况

溧阳抽水蓄能电站①、②进/出水口塔均设有1座交通桥(1#、2#)与库岸相连,1#、2#交通桥起点接上水库①、②进/出水口操作平台,终点与上水库环库公路平面交叉。

交通桥均采用三跨预应力混凝土连续刚构桥结构,桥跨布置为35+63+35 m。主梁断面为单箱单室箱形截面。变截面箱梁梁底线型按1.8次抛物线变化,箱梁根部梁高为3.50m,跨中梁高为2.20m,箱梁顶板全宽为6.00m,顶板厚度0号块为0.40m,1号段为0.40～0.25 m,其他梁段为0.25 m。底板宽度为4.00m,墩顶至跨中厚度为0.40～0.25 m,边跨梁端底板厚度为0.25～0.55 m。

腹板厚度分别为:在边跨梁端8′号梁段0.50m变至0.80m,其他梁段腹板厚度均为0.50m。箱梁在梁端设置1道1.20m厚横梁,在主墩顶各设置2道1.00m厚横隔梁,在跨中设置1道0.40m厚横梁。

箱梁单个“T”共分6段悬臂浇筑,0号梁段长11.00m;1号-4号梁段分段长为4.00m;5号、6号梁段分段长为4.50m;边跨现浇段长2.38 m;中跨及边跨合龙段为2.00m。按1#、2#桥墩2个单“T”对称悬浇施工,除0号梁段及边跨现浇段采用搭设托架浇筑完成外,其余梁段采用挂篮悬浇。全桥合龙顺序为先边跨合龙,再中跨合龙。

每座桥共有1#、2#两个桥墩,桥墩基础均为16φ150mm钢管支承桩,桩长20m;桥墩墩身为双肢薄壁矩形墩,1#、2#桥墩高分别为57.9 m(2#桥:55 m)和26.9 m(2#桥:25.9 m),2#墩布置在库岸半坡上;3#台为重力埋置式桥台,钢管桩基础;0#桥台则为进出水口塔身结构。由于1#、2#交通桥结构相同,后面的1#桥悬浇法连续刚构桥线形监测技术,2#交通桥同样适用。

2 线形监测的目的

施工线形监控就是对桥梁施工过程中的线形进行监测控制,使施工中的结构处于正确的线形状态,它是施工质量控制体系的重要组成部分,是保证桥梁建设质量的重要手段。监控单位将配合监理,辅助业主,解决桥梁施工质量控制过程中的线形问题,确保成桥后的轴线线形达到设计要求,以确保桥梁施工的正常运营。

3 线形监测

线形控制中最主要的任务,就是根据每个施工阶段的测量结果,分析测量数据,同时,与模型预测值进行对比,从中找出差距,分析误差产生的原因,从而确定下一阶段的合理预拱度。每一节段施工完毕,对结构模型的实际混凝土养护龄期、节段施工周期、混凝土的实际弹性模量、容重等参数进行修正。参数修正之后,对结构模型再次进行计算,将新的计算结果与实测结果进行比较,比较的主要内容包括浇筑混凝土前后的标高变化、张拉预应力钢筋前后的标高变化及梁底、梁顶的标高值。通过比较的结果,可以对测量数据进行分析。

3.1 监测方法

采用全站仪TCR802(标称精度2″,2+2ppm)三角高程单向观测的方法进行测量。

3.2 监测点位布置

主梁上线形测点具体布置位置如下:

(1)0#块顶面布置9个测点,测点布置的顶面图见图1。

图1 0#段测点布置顶面(单位:mm)

(2)每一普通悬臂施工块件顶面布置3个测点。测点布置顶面及剖面见图2,测点沿纵桥向布置在离块件前端10 cm处。

(a)顶面

合龙段监测点布置见图3、图4及图5。

图3 中跨合龙段监测点布置

图4 边跨合龙段监测点布置

图5 中跨、边跨合龙段监测点布置断面

由于桥面为工作面,测量仪器架设稳定性不理想,因此,在环库路面做两控制墩1、2,在以后的施工期中均以1基点为基准,2为后视校核点,测量监测点的高程,其中基准点每隔一个月复测一次。

3.3 监测工况

对于每一个悬浇梁段都要进行3种工况的线形控制观测:①挂篮就位;②混凝土浇筑后;③预应力钢束张拉完成后。

其中,工况①和②的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度效应;工况②和③的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应;本节段工况③和下节段工况①的测量数据之差反映了挂篮移动产生的挠度效应。

工况程序的关键是:每个施工循环过程的结束都必须对已完成的节段进行全面测量,分析实际施工结果与预计目标的误差,从而及时地对已出现的误差进行调整,在达到要求的精度后,才能对下一施工循环作出预报。

上述监测读数尽可能安排在早晨完成,并注明测试时间、天气和温度状况。

4 监测结果

将1#桥各节段预应力张拉完成后梁顶的实测标高与本阶段计算立模标高进行对比,详细结果见表1。

表1 1#桥线形监测数据结果

成桥后实测线形与理论设计线形对比见图6。

图6 1#桥实测线形与理论设计线形

由表1及图6中可以看出,实测线形与理论设计线形吻合程度良好[1-2],成桥后线形最大偏差控制在1 cm左右。

5 精度分析

由于高程观测时,利用的是三角高程单向观测[3]的方法,因此单就三角高程单向观测时的精度加以分析。

设架站点为A(高程已知),待测点B(高程未知),仪器高为i,棱镜高为v,则有两点间的高程之差为:

hAB=S·sinα+c-r+i-v

(1)

式中,hAB为A、B间的高程之差;S为A、B间的斜距;α为竖直角;r为大气折光系数改正数;c为地球曲率改正数,其中:

(2)

(3)

式中,K为大气折光系数;S为斜距;D为平距;R为地球半径。

将式(2)、(3)代入式(1),则有三角高程单向观测的计算公式:

(4)

根据误差传播定律[4-5],对式(4)进行微分,转变为中误差公式,则有:

(5)

式中,mh为A、B间的高差中误差;ms为A、B间的斜距中误差;mα为A、B间的竖直角中误差;mK为大气折光系数中误差;mi为仪器高量取中误差;mv为棱镜高量取中误差;ρ为角度值化弧度值常量,ρ=206265。

(6)

式(6)中取值:

平距S=0.15 km;地球半径R=6375 km;竖直角α=10 °;ρ=206265;

根据全站仪的精度2″,2+2ppm,可取mα=±2″,ms=±2.3 mm;由于大气折光系数通常在±0.03～±0.05之间,取最大mk=±0.05;仪器高量取中误mi与棱镜高量取中误差mv取mi=mv=±1 mm;则有本情况下全站仪单向观测的高差中误差为:mh=±2.054 mm。

取2倍中误差为高差的极限误差则有mh限=2mh=±4.108 mm,而此情况下:

其中,K测段长取0.15 km。

因此,本情况下,全站仪三角高程单向观测达到三等水准测量,符合要求。

6 结语

在溧阳抽水蓄能电站上水库1#交通桥施工测量过程的线形控制中,利用三角高程单向观测的方法,通过对该种测量方式的精度分析及施工放样的精度限差要求,该种测量方式的高程测量精度能达到三等水准测量精度,测量精度完全满足施工要求,为后期同类型的施工测量提供了宝贵的经验。