祝賢洲

摘 要：斜拉橋是現(xiàn)代大跨度橋梁的主要橋型，其優(yōu)點是跨越能力強，橋型美觀。隨著施工技術(shù)的發(fā)展進步，斜拉橋的跨度不斷變大。在跨度的加大和主塔的升高同時，相應(yīng)的對施工測量提出了更高的要求。怎樣保證在測量難度大的情況下，還能保證測量精度，確保符合設(shè)計要求，這就要在整個施工測量過程中采取必要的、確實可行的測量方法和技術(shù)。

關(guān)鍵詞：斜拉橋 大跨度 測量控制 技術(shù)

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0062-05

斜拉橋是現(xiàn)代橋梁體系中嶄新的橋型，斜拉橋作為一種拉索體系，比梁式橋的跨越能力更大，是大跨度橋梁的最主要橋型，同時斜拉橋也是一種重要的景觀橋。斜拉橋是超高靜定結(jié)構(gòu)，它對成橋的線形有較嚴的要求，每個節(jié)點坐標的變化都會影響結(jié)構(gòu)內(nèi)力的分配。橋梁線形一但偏離設(shè)計值，將導(dǎo)致內(nèi)力偏離設(shè)計值?，F(xiàn)代斜拉橋的跨度一般超過200 m，主塔高度超過100 m，目前世界最大跨度斜拉橋是位于俄羅斯遠東城市弗拉迪沃斯托克的俄羅斯島大橋，大橋主跨達1104 m，主塔高度324 m。因此在橋梁建設(shè)過程中，必須采用有效的施工測量方法，提高測量精度，確保大橋建設(shè)質(zhì)量。

1 前期施工中的主要測量技術(shù)

1.1 控制網(wǎng)網(wǎng)型與點位的選擇

在主體工程開工之前，為了便于施工階段的測量觀測，同時為了有效提高測量效率和精度，建立合適的施工控制網(wǎng)是非常有必要的?？刂凭W(wǎng)的網(wǎng)型一般選用大地四邊形或三角形，以控制跨越江河部分的主橋為主。在滿足橋軸線長度測定和墩臺中心定位精度的前提下，力求圖形簡單并具有足夠的強度，以減少外業(yè)觀測工作和內(nèi)業(yè)計算工作。根據(jù)精度要求和地形條件，橋梁施工平面控制網(wǎng)的網(wǎng)形布設(shè)有以下幾種形式（見圖1）。

控制點的點位選擇尤為重要，一般選擇在邊墩上下游的位置。觀測的時候豎直角不宜大于20°，因此必須確定控制點到主橋主塔的最小距離?？紤]到儀器激光對中誤差可達2 mm，因此主塔施工用控制點常用強制對中墩來減少對中誤差[1]，其對中誤差<=0.2mm。

2 主塔施工測量

2.1 斜拉橋塔柱的結(jié)構(gòu)樣式

現(xiàn)代斜拉橋的主塔柱樣式多種多樣，但基本的最長用結(jié)構(gòu)樣式有“A”型塔柱，倒“Y”型，“H”型，其他一些類型都是通過這幾個基本類型演變而來（如圖2～4）。

2.2 主塔施工測量的儀器設(shè)備選擇

根據(jù)設(shè)計要求，進行測量放樣的精度分析來確定測量設(shè)備的精度要求，進行測量設(shè)備的配置。斜拉橋施工測量一般采用0.5″的全站儀（如徠卡的高精度全站儀TS30），如果條件允許也可以考慮使用1″的儀器。

2.3 主塔施工測量

主塔塔柱一般由下塔柱、橫梁、中塔柱和上塔柱組成。塔柱側(cè)面通常有一定的傾斜度，其平面位置隨著高程的變化而變化。為了控制好主塔的傾斜度以及垂直度，需在每個節(jié)段每個特征點調(diào)整好其平面尺寸位置。操作時，先測量其節(jié)段高程，然后根據(jù)實測高程進行理論平面位置推算，進而進行測量控制。

由于塔柱的平面位置與高程和斜率成一次函數(shù)關(guān)系，可根據(jù)設(shè)計圖紙推算出塔柱在H高程處的平面位置。

X=f1（h，i）+X0

Y =f2（h，i）+Y0

h =H -H0

i為斜率，X0，Y0為塔柱平面位置基準起算坐標。將實測坐標與計算的理論坐標進行比較，調(diào)整模板到理論位置。

為減少日照對塔柱變形的影響，塔柱各部位和各構(gòu)件的施工測量和放樣，應(yīng)根據(jù)多日溫度觀測記錄，選擇在不受日照影響和氣溫變化較小的時間段進行。塔柱施工宜采用焊接的型鋼勁性骨架輔助定位等措施確保精確定位，以保證在測量、放樣、立模、鋼筋和管道定位的精度。

一般情塔柱都是分節(jié)段施工，為控制好塔柱的傾斜度與垂直度，保證主塔分段澆筑時節(jié)段與節(jié)段間銜接順直，不出現(xiàn)錯臺，每一節(jié)段澆筑完畢，應(yīng)在此段塔柱頂面對該節(jié)段的結(jié)構(gòu)尺寸及軸線偏位進行竣工測量 ，并在面四邊做出中點標志及標高標志，作為下一節(jié)段模板調(diào)整的依據(jù)。同時，必須對墩柱的垂直度、斜率進行觀測，保持外表面的順直，不允許出現(xiàn)折線。還要定期對塔柱頂面縱、橫兩個方向的偏位值進行連續(xù)跟蹤觀測，通過觀測數(shù)據(jù)的規(guī)律變化，確定在自然條件下塔柱縱、橫向偏移的變化規(guī)律，以確定下一工序如何修正偏位情況，將塔柱傾斜度、垂直度控制在允許的范圍內(nèi)。

3 索道管定位測量

斜拉橋索道管定位是斜拉橋高塔柱施工中一項測量精度要求很高（一般要求平面5 mm以內(nèi)，高程±10 mm以內(nèi)）、測量難度極大的工作，斜拉橋索道管的位置及其角度均應(yīng)準確控制，錨板與索道管必須互相垂直，并符合圖紙要求，根據(jù)設(shè)計要求和斜拉索的結(jié)構(gòu)受力特性，索道管的定位應(yīng)優(yōu)先保證其軸線精度，其次才是錨固點位置的三維精度。索道管軸線與斜拉索軸線的相對偏差主要由索道管兩端口中心的相對定位精度決定。

3.1 定位模型的建立

斜拉橋索道管的定位質(zhì)量決定了斜拉索的空間位置，也直接影響著主梁的線型。為了保證主梁索道管與主塔索道管的相對位置關(guān)系，要求主梁與主塔索道管的定位必須以同一基準為依據(jù)。

依據(jù)設(shè)計圖紙給出的索道管參數(shù)，將斜拉索中心線分別向XOZ面及XOY面投影，計算出投影后的截距及斜率，由此可歸納出斜拉索中心線的空間直線方程L0：

X0為自變量，可表示斜拉索中心線上某一點的里程X坐標，Y0、Z0是與X0相對應(yīng)的點在三維坐標系中的Y及Z值，YX0、ZX0、a、b分別為斜拉索中心線投影到XOZ及XOY面上的截距及斜率。

3.2 主塔索道管定位方法

主塔索道管定位一般按先粗定位，然后再精調(diào)兩步進行。粗定位前，先將索導(dǎo)管的下底面線用墨線彈出，然后在前后豎直的勁性骨架上搭焊兩根角鋼（見圖5）。

焊接角鋼前，先測出勁性骨架的X坐標，根據(jù)索導(dǎo)管下底面線性關(guān)系反算出對應(yīng)X坐標下的Y、Z坐標，根據(jù)Z值進行角鋼焊接，在進行角鋼焊接時，角鋼的高度統(tǒng)一適當放低1～2 cm，以便索道管高程精調(diào)。角鋼焊接好之后，在角鋼的頂面放出索道管的Y方向，并做記號。索道管吊裝時，注意將索道管的底面線與角鋼上的點重合。

索道管粗吊裝好之后進行索道管精調(diào)。精調(diào)時，首先對錨固點進行精調(diào)。利用倒鏈將錨固點精調(diào)到位，然后再利用倒鏈對索道管出塔處進行調(diào)整。出塔點調(diào)整時，根據(jù)索道管軸線方程，利用實測里程（X坐標）進行設(shè)計高程推算，進行上下調(diào)整，同樣進行Y坐標左右調(diào)整。出塔點調(diào)好之后，再對錨固點進行復(fù)測、調(diào)整，直至錨固點和出塔點同時滿足定位要求，然后對索道管進行加固。

由于索道管的定位精度由其軸線精度決定，所以在進行索道管精調(diào)時，優(yōu)先保證索道管的軸線位置精度，即保證索道管兩端口中心的相對定位精度。常規(guī)的索道管定位采用間接定位法，即根據(jù)索道管的頂面線或底面線進行定位，但是，受索道管上附著物（螺旋筋、加緊鋼板、附著鋼筋等）影響，上下特征線將不方便或不能夠準確尋找。為了解決索道管的定位問題，可根據(jù)索道管的尺寸以及外形特征對索道管的錨固端以及出塔處加工專門的定位板（見圖6、7）。

使用時，錨固端定位板直接放置在錨墊板上，直接觀測定位板中心即錨固點中心坐標，進行錨墊板位置的調(diào)整定位；出塔處，將出塔定位板放置于索道管開口處，注意使定位板的半圓弧與圓桿下側(cè)同索導(dǎo)管的內(nèi)壁同時緊貼，后觀測定位板中心即索道管出口處中心坐標，對索道管出口位置進行調(diào)整定位（見圖8、9）。

3.3 主梁索道管定位方法

考慮到主橋的活載，主梁施工時的施工線形與設(shè)計成橋線形有一定的預(yù)抬量，對主梁的索道管測量定位時必須考慮這預(yù)抬量，使得成橋后索道管位置滿足設(shè)計要求。主梁索道管定位時，先根據(jù)設(shè)計部門計算的預(yù)抬量△Z，在平面位置保持原設(shè)計值不變的前提下，只是將主梁索道管在豎向整體抬高△Z，即可解決預(yù)抬量對索道管定位的影響（如圖10所示）。

3.4 索道管定位過程中應(yīng)注意的事項

在進行索道管定位時由于索塔砼受到日照、索塔砼內(nèi)部溫度不均、風力等因素影響，上塔柱位置發(fā)生隨機的變化。在進行索道管高精度定位時，要選擇合適的測量時間，在沒有日照、沒有3級以上大風、并且空氣溫度及索塔溫度變化不大的時段里進行索道管高精度定位。因此一般情況下宜選擇在夜里10點到第二天早上5點進行測量定位作業(yè)，以減弱索塔變形對索道管定位精度的影響。

在索道管及上塔柱精確定位測量時很難做到對向觀測，用三角高程測量傳遞高程，且測量點平距大于200 m時，要盡量消除球氣差對高程的影響，可利用球氣差改正公式進行改正[2]：。k為折光系數(shù)[3]，一般取值0.14～0.16之間，D為到測點的平距，R為地球半徑。

4 塔梁同步施工中的監(jiān)控測量

4.1 塔梁同步施工技術(shù)

現(xiàn)代斜拉橋的混凝土主塔通常較高，施工時分階段澆筑施工，因此施工時間較長。為了盡量縮短橋梁建設(shè)時間，一種新的施工技術(shù)，塔梁同步施工出現(xiàn)了。即在主塔未施工完的情況下，邊施工主塔邊施工主梁，并進行斜拉索掛索（見圖11）。

4.2 塔梁同步施工中主塔的測量監(jiān)控

采取塔梁同步施工技術(shù)時，由于主塔兩側(cè)主梁重量不完全相等、橋面臨時荷載偏載、張拉斜拉索控制索力的油壓表以及張拉系統(tǒng)的誤差等因素，導(dǎo)致索塔受不均勻水平力，索塔很可能出現(xiàn)較大的偏位（如圖12所示），對于后續(xù)主塔節(jié)段的施工造成很大的困難，因此，針對塔梁同步施工這種新的施工技術(shù)，也應(yīng)采用相應(yīng)的測量控制方法，使得后續(xù)索塔在施工完畢后，最終的索塔在自然受力狀態(tài)下是順直的。

為了精確觀測塔柱的變形情況，并依據(jù)測量數(shù)據(jù)分析判斷塔柱偏位的趨勢，就需要在塔柱上合適的位置埋設(shè)監(jiān)測點。監(jiān)測點通常由一序列的棱鏡固接在需要觀測偏位情況的已澆筑節(jié)段外側(cè)壁的觀測裝置。塔柱監(jiān)測點一般從中塔柱開始隨著塔柱施工由下至上在需要觀測的節(jié)段布置。通常上塔柱在每節(jié)段頂部塔柱側(cè)壁上均埋設(shè)一層監(jiān)測點，每層埋設(shè)4套監(jiān)測點，即在一個節(jié)段的4個角布置觀測點，便于在主塔兩側(cè)均能監(jiān)測到主塔的變形情況。監(jiān)測點埋設(shè)要牢固可靠，確保每次的觀測數(shù)據(jù)真實可信。

理想狀況下，索塔處于鉛垂狀態(tài)，當索塔受不均勻水平力的作用時，其產(chǎn)生水平變形，變形曲線為拋物線，頂點在塔根部，變形截止點是水平力施加點。水平力施加點以上部分，在不考慮自重前提下，是沿該點拋物線切線方向延伸。建立塔柱偏位模擬數(shù)學模型，其拋物線一般方程為：d=kh2，其中k為常數(shù)，可以根據(jù)多組觀測數(shù)據(jù)求出，h為高程，d 為索塔偏離值。

在實際施工過程中，在主塔兩側(cè)不同部位埋設(shè)固定監(jiān)測點，當索塔受不均勻水平力作用時，觀測多組數(shù)據(jù)（h1，d1）、（h2，d2）……（hn，dn），根據(jù)建立的數(shù)學模型，可以計算出常數(shù)k1、k2…… kn ， 建立矩陣VT=[k1 k2…… kn]， 根據(jù)最小二乘原理，VTV=最小，可以解算出常數(shù)k的最或是值。由于所有的觀測值均使用同一臺儀器，且由同一人觀測，所以一般認為所獲取的數(shù)據(jù)是同精度觀測，且服從正態(tài)分布，因此，在實際計算過程中，可以取k1、k2…… kn的平均值作為常數(shù)k的最或是值，即

k=（k1+k2+……+kn）/n

以上過程根據(jù)建立的數(shù)學模型和實際觀測值，確定了索塔受不均勻水平力所產(chǎn)生的變形的曲線方程。

為確定待澆節(jié)段的實際施工位置，還須求得切線方程，根據(jù)數(shù)學模型d= kh2，通過數(shù)學方法可以得出通過拋物線上的點（h0，d0）的切線方程為：d=2*k*h0*（h-d0）。

用數(shù)學方法同樣可以得出，在切線上距點（h0，d0）距離為L的待求點（h1，d1）的計算公式。

其中m為所求出的常數(shù)，m=2kh。

以上所求坐標（h1 ，d1）即是索塔在受不均勻水平力作用在點（h0，d0）時，距作用點距離為L的待求點的坐標（h為高程，d為索塔偏離值）。

4.3 塔梁同步施工模擬計算過程實例分析

武漢二七長江大橋的建設(shè)過程中為了縮短工期，主塔即是采用的塔梁同步施工技術(shù)。主塔施工時測得的實測數(shù)據(jù)如下：第6節(jié)頂（47.5 m處）位移2 mm；第16節(jié)頂（107.5 m處）位移19 mm；第25節(jié)頂（159.9 m處）位移46 mm；第26節(jié)頂（165.9 m處）位移50 mm；根據(jù)以上實測數(shù)據(jù)進行第29節(jié)段塔柱模板定位計算（29節(jié)頂距26節(jié)頂距離為18 m）。以塔根部（13.5 m處）作為0位移位置。

根據(jù)方案公式計算k值。

1.7 301×10-6

2.15 029×10-6

2.14 623×10-6

2.15 278×10-6

2.01 485×10-6

165.9 m處拋物線切線斜率

2.04 485×10-6×152.4=6.2 327 028×10-4

計算29節(jié)模板頂面坐標：

這樣就根據(jù)第26節(jié)模板頂面的預(yù)偏計算出第29節(jié)模板立模時需要的預(yù)偏量及高程。

5 結(jié)語

現(xiàn)代大型橋梁建設(shè)對測量的精度要求越來越高，該文討論了斜拉施工中的主要測量技術(shù)，在斜拉橋施工中對測量精度要求較高的施工部位的測量方法進行了分析。實踐證明，對于測量難度較大，精度要求高的測量工作，采取合適的測量方法，可以有效地提高測量精度和效率，減少計算量，降低測量工作強度。

參考文獻

[1] 吳翼麟，孔祥元.特種精密工程測量[M].北京：測繪出版社，1993.

[2] 金計偉，張曉林，王研.三角高程測量中球氣差改正程序的探討與應(yīng)用[J].測繪標準化，2008（2）：46-48.

[3] 馮顯堂. 大氣折光系數(shù)的取值[J].鞍鋼技術(shù)，1996（2）：47-50.