懸索橋的測量技術.doc

懸索橋的測量技術懸索橋是近年來興起的一種新型橋式，主要由錨碇、主塔、主纜、主梁四部分組成，其優(yōu)美的線型已為大眾贊許，本文將結合汕頭海灣大橋（主154+452+154M）、西陵長江大橋（主跨900M）簡要介紹懸索橋的測量控制工作。一、 控制網(wǎng)的建立大部分懸索橋均為特大橋，施工控制網(wǎng)應建立專門的獨立控制網(wǎng)，這項工作是在設計院提供的控制網(wǎng)（點）的基礎上進行的，網(wǎng)型的布置一般采用雙大地四邊形，但設計院提供的點位不一定能滿足施工要求，因此，施工單位應根據(jù)實際情況布設控制網(wǎng)。布設雙大地四邊形時應至少丈量兩條基線邊且分布在兩岸。網(wǎng)形并不是絕對的，雙大地四邊形僅僅是相對來說較好的一種，其它網(wǎng)形如三角網(wǎng)、四邊形、中點多邊形等，均可作為選擇，具體要看現(xiàn)場條件及設計、監(jiān)理的要求來確定。 布設控制網(wǎng)時可按精密工程測量規(guī)范來實施，這個規(guī)范規(guī)定精密網(wǎng)的布設不受上一級網(wǎng)的精度控制，在局部布設精度較高的控制網(wǎng)。一般來講，按國家有關控制測量的規(guī)定，即通常的一、二、三、四等控制網(wǎng)，原則上是由高到低逐級控制，但精密工程測量規(guī)范允許同級布設，甚至越級布設，其精度以相鄰點位中誤差Mi 來衡量 。相鄰點位中誤差Mi 可用以下兩式計算： Mi =+（m2x +m2y ）1/2 m2x m2y 相對坐標增量中誤差，mm Mi =+（m2s +(m *s/206265）2)1/2m2s 邊長中誤差,mmm 方位角中誤差,()s 邊長,mm 為確?？刂凭W(wǎng)的精度等級以及施工方便，建議各觀測站采用強制歸心裝置，并在后視點上安裝后視覘標?？刂凭W(wǎng)的復測精度見下表:橋跨(M)基線相對中誤差橋中線相對中誤差5001/800001/40000二、 樁基、承臺施工放樣（略）三、 塔柱施工測量懸索橋的主塔一般較高（海灣橋塔高93M，西陵橋塔高 120 M），大部分采用爬模施工。塔柱施工放樣前，一定要在承臺上對兩岸的放樣成果進行聯(lián)測，以確?？缇嗉案叱陶`差滿足規(guī)范及設計要求。對于高塔柱，施工測量的主要任務是控制其平面位置、高度、幾何尺寸，難點在于塔身垂直度的控制。若條件許可，可用全站儀直接測定模板頂面的48個點來控制其位置；也可直接用經(jīng)緯儀控制模板垂直度；若塔身周圍環(huán)境無合適的置鏡點，可采用垂準儀法進行垂直度的控制。塔柱施工精度要求項 目允許偏差（mm）平 面 位 置+ 10 傾 斜 度塔高的1/3000，且不大于30斷 面 尺 寸+ 20 系 梁 高 程+ 10垂準儀測站點一般離塔柱邊線50cm，同時要在施工爬架上預留相應的觀測孔。激光垂準儀的使用，大大提高了觀測精度。使用激光垂準儀時，模板頂面采用透明的有機玻璃板接收激光束。 高程傳遞可采用三角高程法（必要時考慮地球曲率的影響），或用水平儀加鑒定鋼尺進行傳遞、復核。高塔柱受日照、溫度、風力等因素的影響會產(chǎn)生偏移，一般100M高的塔柱頂部最大偏移值在25mm左右（海灣橋24mm，西陵橋26mm），當然，偏移量的大小與塔柱的截面形式、外界條件是密不可分的，具體數(shù)值需要對塔頂進行連續(xù)不間斷的觀測，時間不少于48小時。從所獲取的數(shù)據(jù)分析，塔頂在夜間的穩(wěn)定性最好，偏移較小。因此，后期的許多測量工作均在夜間進行。塔柱封頂后，需對兩岸的塔柱再進行聯(lián)測，以確保測量成果的準確性。由于受地球曲率的影響，兩座主塔處于徑向并列而非平行，因此，在塔頂處的跨距比水平跨距增加了L，所以，在對塔頂跨距進行復核時應考慮這個因素。L =H*L/RH為塔高、L為跨距、R=6370Km為地球平均半徑海灣橋L =7mm，西陵橋L =17mm。塔頂?shù)脑O計中心里程應在貓道工程之前在夜間恒溫條件下測量，以此作為鞍座的安裝、預偏及以后進行測量主塔變位的依據(jù)。四、 錨錠施工測量 錨錠開挖完成后，可在錨錠基坑內部建立局部高精度控制網(wǎng)，以滿足控制需要。整個錨錠施工測量的重點在于錨桿的安裝調整，施工順序為： 支架安裝-后背梁安裝-錨桿安裝 支架作為后背梁、錨桿的支撐體，其安裝精度要求是很高的，中心線偏位限差+ 10mm，平聯(lián)高程限差為 mm。+2-5 后背梁與錨桿之間是用螺栓連接，因此，后背梁的安裝更是直接決定了錨桿的精度。后背梁支承底座的位置、斜度和高程調整好后再安裝后背梁，后背梁的各項幾何參數(shù)必須經(jīng)多次復核、檢查無誤后才能與支承底座焊接。 錨桿的安裝順序是由下而上進行，每根錨桿的位置、高程、傾斜度都是不同的，一般根據(jù)設計資料計算出錨桿頂面中心線的空間線性方程，以錨桿頂端中心為基準進行調整。 錨桿對其各相應主體座板偏差：5mm. 錨桿順直度：拼接處矢高5mm，無折線和扭曲現(xiàn)象。五、 主纜線形調整貓道是懸索橋施工中必不可少的施工腳手,一般低于主纜中心1.5M，面寬4M。貓道索的架設是先通過封航將導索牽引到位，再以導索為承重索進行施工。1、 鞍座安裝鞍座分主塔鞍座和散索鞍座。鞍座由底板、座體、壓板錨栓等主要部件組成，其精度主要由底板的安裝精度決定。底板安裝精度要求為： 中線偏差 +2mm 高程偏差 +2mm同一平面內四角高差 2mm扭轉 +1mm 鞍座座體安裝時應按設計要求進行預偏。海灣橋主塔鞍座向岸側預偏1.169m，散索鞍座向錨跨預偏0.069m。2、 主纜線形調整1）、測站的選擇中跨控制時，原則上應將測站布置在上下游主纜中心線正下方的主墩承臺上，上、下游分別布置，也可將測站點布置在橋中線上，同時對上下游主纜進行觀測（見圖三）。邊跨可將高程傳遞到邊墩頂上，直接用水平儀觀測調整。2）、標準索的調整標準索是主纜架設的基準索，其調整方法為絕對高程調整法。測點位置為中跨跨中里程點C、邊跨為邊墩墩中心里程點D。（圖四）對于邊跨測點位置的選擇，應根據(jù)設計提供的線形資料，可以選在邊跨跨中處，也可以選在斜率變化最大處。調整基準索時，先放樣出跨中位置，再在索上懸掛棱鏡，用三角高程法測量棱鏡高程，再推算基準索實際高程M，并與設計高程M0比較。用三角高程法時，需考慮地球曲率的影響 h=L2 /（2R）、大氣折光的影響r=0.08L2/R。 邊墩上的基準索測點先用垂球或經(jīng)緯儀將里程點投影到索上，用水平儀直接測定其高程M，并與設計高程M0比較。調整量s的確定： s=K *（MM0）M為實測高程值M0為在溫度T時的設計高程值K為常數(shù)，邊跨、中跨不同 海灣橋中跨K=0.4397，邊跨K=0.2344，西陵橋中跨K=0.4577，北邊跨K=0.1520，南邊跨K=0.1417在基準索的調整過程中，必須同時記錄溫度，并對塔頂進行偏位觀測，以校正設計的絕對高程。必須注意的是，主纜在不同的位置溫度是不一致的。以上的調整工作，必須在溫度變化最小的夜間進行，即凌晨0：006：00，以減少溫度變化對觀測結果的影響。調整順序為先中跨后邊跨。必須注意的是，以上的工作一般不是在設計的溫度下進行的，所有的計算資料都要考慮溫度的影響。溫度對線形的影響可用下式進行計算： fc =k *t cm/。Ck為常數(shù)，海灣橋中跨控制點k =1.25，邊跨控制點k =1.33?；鶞仕髡{整好后，必須對其進行連續(xù)3天以上的觀測（同時記錄溫度），每天保證3個測回的有效數(shù)據(jù)，確保測量的正確性和精度要求。標準索調整的偏差：+20-0高程 mm 上下游高差20mm在主纜架設過程中，要經(jīng)常對基準索進行監(jiān)控觀測，特別是在主纜架設1/3、1/2、2/3時，應仔細觀測，并做好記錄進行比較。3）、一般索的高程調整 標準索以外的各索稱為一般索，一般索的高程調整采用相對高程調整法。其原理是在各跨高程調整點以相對高程測量卡尺測出待調索與標準索的相對高差，將實測高差與理論高差比較，得相對高差變量f，由此計算調整量s.s=K*f f=(H-D)-dik為常數(shù)，中跨、邊跨不同H、h見圖五，D為鋼索高度（H-D）為待調索與標準索的實測高差di 為待調索與標準索的理論高差 相對高差測量前，應將待調索的高程抬高200300mm，使其處于自由懸掛狀態(tài)。即使是在夜間，各鋼索的溫度也不同，當鋼索架設到一定程度形成束群時，束群平均溫度與待調整索的溫度存在顯著差別，計算s時應考慮這一因素的影響。一般情況下，索群溫度高于單索溫度，因此，即使單索的線形調好后，單索與索群間仍然存在間隙，只有經(jīng)過溫度的循環(huán)改變才能使單索的溫度逐漸與索群溫度一致，使它們成為新的索群。在索群內部，各單索之間處于似挨非挨的狀態(tài)，相互靠在一起，但相互間沒有應力。測溫工作由專門的監(jiān)測人員利用測溫感應片提供。六、 索夾位置的放樣索夾位置放樣時，一般將儀器置于塔頂主纜中心線上，后視對岸塔頂?shù)闹骼|中心，直接放樣索夾中心，并根據(jù)每個索夾的設計長度向兩側量劃出索夾的邊緣線，放樣時應注意修正溫度的影響。索夾安裝允許誤差：縱向+10mm，橫向扭轉6 mm。索夾放樣工作安排在夜間進行。七、 主梁的架設及線形調整海灣橋的主梁是混凝土箱形梁，西陵橋的主梁是鋼箱梁，主梁是在專門的預制臺座上（廠家）制作完成的，對于混凝土箱形梁，按設計要求需對其進行預平拼。1、 混凝土箱形梁的預拼1）、預拼的目的及精度要求主梁在吊裝之前在制梁場進行預拼，預拼的目的是為了保證預應力孔道暢通，處理好縱向連接鋼筋和縱向連接件，保證主梁架設后線形順暢，確保在架梁高空作業(yè)時，順利完成架設工作。預拼的精度要求為：單片梁調平誤差：3mm相鄰兩片梁高差：5mm梁中心間距誤差：3mm預應力孔道偏差：5mm縱向連接件誤差：3mm2）、預拼的工作內容及順序 預拼臺座及測量臺座的建立預應力孔道的檢查縱向連接鋼筋的處理拼接調平縱向連接件的處理在合適的場地上建立3對預拼臺座（如圖六），預拼的原則是以3片梁為一組，調平主梁，使其滿足誤差要求后，在吊索筒內壁上做水平面測量標記，然后移開前兩片梁，留下第三片梁，并以第三片梁作為下一組預拼的基準。3）、線形的保證措施預拼質量的好壞，最直接的反映就是主梁線形是否順暢。主梁調平后，由于各片梁支承板到梁面的高度不一致，所以就必須確定一個統(tǒng)一的基準面，這個基準面被稱為參考水平面。由于上下游吊索筒的支承底板在安裝、制造時有不規(guī)則的高差，且梁與梁之間的支承底板高差也不盡相同，因此，以支承底板為基準安裝吊桿將造成架設后的梁面也有高差。而梁底模結構穩(wěn)定，梁底板制造也較精確， 在其對應的兩端設立水平控制點，當?shù)装鍍啥说母卟钕嗤瑫r，該梁已經(jīng)水平（如圖六）。所以，在預拼時是以梁底板為調平基準面。4）、預拼的測量工作、在支承臺座上放樣出十字中心線。、在測量臺座上放樣出順橋向控制線。8個測量臺座在梁底的位置相同，在每個測量臺座的順橋向控制線上放樣一個水平測量標記，8個臺座上的12個標記在同一個水平面上。、橫移三片梁至預拼臺座上。、根據(jù)支承臺座的十字中心線調整好梁的平面位置。測量從底板到測量臺座標記的高差，根據(jù)所測結果調整梁的位置。當3片梁的位置存放正確，預應力孔道對應良好，且上述12個點的相對高差在2mm以內時，則認為3片梁已經(jīng)調平。、置水平儀在梁頂面，后視梁底板中心，在3片梁的12個吊索筒內放出高于梁中心底板面2M的高程面，并作上標記，此標記面即為參考水平面。、第1組的3片梁預拼完成后，移走2片，留下1片，再橫移2片未預拼的梁段到支承臺座上。當這3片梁按步驟調好后，則后視第1組的第3片梁（即第2組的第1片梁）吊索筒內的測量標記，在第2組的另外2片梁的吊索筒內放出相同標記，不再重新后視梁底板中心。、按上述過程連續(xù)預拼后，則認為所有梁段吊索筒內的測量標記在同一水平面上，即所有梁段的參考水平面相同。參考水平面距梁底板中心垂距均為2M，但測量標記距吊索筒底板的高差不等。、每一組預拼完成后均要復核測量標記及底板高差。主梁經(jīng)過預拼后，大大縮短了架設時間，并為穿索創(chuàng)造了良好條件，架設后主梁線形基本順暢，達到了預拼的目的。2、主梁的架設主梁預拼完成后，按架設順序移至下海碼頭，先采用船舶浮運至橋下相應位置（浮運鐵駁的對位誤差一般為1M），再借助纜載吊機垂直提升到位，并轉掛于相應的吊索，已掛梁段間進行臨時連接。在架設過程中，按設計規(guī)定分階段將鞍座逐漸向跨中頂移，直到頂移至永久設計位置并鎖定，再以兩主塔為軸，主跨一片邊跨一片對稱架設。主梁在起吊過程中，應控制平穩(wěn)同步，嚴格控制上下游吊點高差200mm。需要注意的是，吊索在安裝之前需要在一定的張力下逐根進行復測，確保其長度的準確性。3、線形調整 架設過程中，梁面的線形調整采用在梁端的吊索錨板上安裝支架和千斤頂拉動錨柱將梁頂起，調低或調高錨栓大螺母達到梁面線形平順的要求。每個梁段的調整高度H是在調整前根據(jù)設計線形及參考水平面確定的，調整過程中大螺母與預定值的誤差5mm。 主梁架設完成后，按設計要求在梁面上進行均勻壓重，對全橋進行一次全面測量，每個梁段上布置7個測點（如圖八），第一步測主橫梁上A、B、C三點的高程，以這3點的資料繪制實際高程曲線，與設計線形比較，確定各梁段吊索的調整值并進行調整；第二步測1、2、3、4點的高程，確定相鄰梁段的高差，并檢查上下游的高差，確定調整值并進行調整。八、