坐标法在钢箱桁架拱桥立柱垂直度控制上的应用

坐标法在钢箱桁架拱桥立柱垂直度控制上的应用

张倩1韩国卿2

中铁大桥局第七工程有限公司，湖北武汉430000

摘要：本文结合宜昌香溪长江公路大桥拱上立柱的安装，针对大跨度钢箱桁架推力拱桥拱上立柱，从厂内加工控制和现场预拼、组拼，系统的介绍应用坐标法在源头上控制钢排架结构拱上立柱的垂直度，文章还对直接坐标法在峡谷地区的测量精度进行了分析，并获取了一些数据，为以后类似工程提供借鉴。

关键词：拱上立柱；坐标法

1工程概况

香溪长江大桥主桥为531.2m全推力中承式钢箱桁架拱，如图1-1。

图1-1香溪长江大桥主拱立面布置图

拱上立柱间距为11.8m。拱上立柱采用钢排架结构，如图1-2所示，立柱采用等截面钢箱。立柱钢箱横桥向宽度与拱肋宽度相同，为1600mm，顺桥向长度根据不同的立柱高度采用不同的界面尺寸，P1及P2立柱为1600mm，P3立柱为1400mm，P-P6立柱为1200mm，钢箱截面壁厚均采用16mm，P1立柱底部局部加厚20mm。立柱沿高度方向每隔10m左右设置一道水平撑，每两道水平撑之间采用斜撑加强。水平撑、斜撑及垂直撑杆件均采用“H”形截面。

图1-2P1拱上立柱立面布置图

图1-2香溪长江大桥主拱立面布置图

图1-2

2施工流程

拱上立柱在厂内加工出来以后，先在厂内进行预拼，经检查合格以后拆散运输到施工现场。在现场对立柱再次拼装，拼装完成后进行安装，安装完成检查垂直度，满足规范和设计后，焊接加固。

3施工过程中的定位控制

3.1厂内拱上立柱预拼测量

拱上立柱采用卧拼的方式在武船厂内进行预拼，预拼前，在预拼场内建立局部控制网，控制点位于场内四个角点，控制点采用强制对中墩形式，控制点间距100米，控制点采用二等控制网精度。每节段立柱预拼完成后，对整体的预拼线形进行检查验收，检查立柱的整体垂直度和横向间距，立柱垂直度不能超过0.3%H。验收合格后，在立柱的两端和衔接处设置测量基准点，使用控制网如图3-1所示。现场采用一台全站仪进行测量，仪器架设在厂内立柱拼装区域，通过G1-G4建站，测量每节段立柱上基准点获取基准点之间的相对关系，如图3-2所示。

图3-1基准点布置图图3-2预拼控制网布置图

3.2现场拼装测量

3.2.1预拼胎架测量

现场立柱采用分段吊装，每吊装段立柱在胎架进行预拼。胎架设置功能包括立柱杆件定位及保持立柱节段稳定。采用上下游各1根直径1m钢管柱和柱脚定位框作为预拼胎架。预拼前需要对胎架进行定位和高程控制。用全站仪放样出两个胎架的中心及轴线位置，使两个胎架同一里程线上，两个胎架中心距离为23.5米。用水准仪测量四角高程，需通过在底部抄垫使两个胎架在同一水平面上。

图3-2胎架布置图

3.2.2立柱预拼测量

利用履带吊机吊装上下游立柱单元至垂直状态，并移动至预拼胎架内后，测量立柱的平面位置及垂直度，使用吊钩及缆风绳进行调整，调整到位后采用定位框将单元件与胎架进行固定。固定以后，使用全站仪采用自由设站的方法，将在厂内预拼的基准点相对关系恢复起来，检查各基准点之间的相对关系是否在运输过程中发生变化。并采集新的基准点相对关系。

3.2.3立柱垂直度测量

现场在立柱的顺桥向架设全站仪，使用全站仪免棱镜测量同一方向立柱顶口、底部的基准点三维坐标分别为（Xa，Ya，Za），（Xb，Yb，Zb）则立柱顺桥向方向的垂直度为：i1=（Xa-Xb）/（Za-Zb）*100%，立柱横桥向方向的垂直度为：i2=（Ya-Yb）/（Za-Zb）*100%，综合垂直度i=√（（i1）2+（i2）2）立柱垂直度控制在0.3%H以内[1]。

3.3拱上立柱安装垂直度调整

3.3.1立柱吊装测量：每吊装节段立柱预拼完成并经检验合格后即进行节段吊装。缆索吊机上下游两台天车分别挂钩上下游立柱，将吊装段起升并纵移至立柱位置，利用导向板进行初对位后，测量立柱的平面位置利用千斤顶和柱头缆风绳进行精调，精调时，调整到位后将立柱缆风绳分别固定于拱肋上弦杆上，限位板与立柱焊接，缆索吊机可以松钩。注意事项：立柱垂直度测量时，注意保证立柱无扭转，采用全站仪免棱镜测量距离横桥向立柱平面边缘2CM处的里程，左右两边里程大于3mm需要调整，同时保证上下游立柱里程一致。

3.3.2立柱垂直度测量：测量上下游立柱上特征点坐标，并做好记录与设计坐标进行比较计算立柱在横向和顺桥向的偏差值△X、△Y，立柱在横向垂直度i=△Y/H，立柱在顺桥向垂直度i=△X/H。

4精度分析

在厂家加工无误差的情况下，仅存在现场测量的误差，则测量误差为：

根据香溪河控制网布设施测成果，最弱点坐标中误差MX0=±1.0mm、MY0=±1.1mm，仪器采用徕卡TS30，标称精度为（0.5″，1+1ppm）；S取现场实际最远施测距离232米，取最大天顶距Z=77°，ρ=206265。带入（1）式则在最不利情况下测量点点位中误差为：M测=±1.94mm。但是由于存在厂家加工误差，根据厂内验收经验厂内加工误差为M=1.04mm。根据误差方程，测量误差为：

由测量获得特征点与观测点相对关系的情况下中误差为：M总=±2.20mm。满足规范要求。

拱上立柱安装允许偏差

5控制成果

立柱吊装完成后，检查杆件连接情况和焊接情况，均满足规范和设计要求后，对立柱进行竣工测量。测量柱顶偏移量，柱顶高程及垂直度。控制成果如表4-1。P1-P5立柱纵向垂直度偏差值最大为6mm，横向垂直度最大偏差4mm。P6立柱由于只有1.12m高，为使焊缝满足规范及设计要求，对其垂直度做了相应调整。

表4-1香溪长江大桥P1-P6拱上立柱线形偏差

6结语

全站仪直接坐标垂直度控制法和传统的测量两个方向的垂直度来控制整体垂直度的方法相比，用全站仪测量一个面的坐标来控制垂直度的方法，具有操作简单，测量方便，节约了仪器和人员成本等特点，同时不受地形限制影响。以香溪长江大桥为例，其桥址位于兵书宝剑峡峡口，大桥左边是香溪河，右边是陡峭的山崖。在横桥向架设仪器测量垂直的方法不可行。结合施工工艺和拱上立柱本身的特点选用此方法控住立柱垂直度，在确保测量精度的同时大大提高了工作效率，同时节约了人员和仪器成本。

参考文献：

[1]JTG-F80／1-2004，公路工程质量检验评定标准