大跨径拱桥测量控制

张伟华

0 引言

现代桥梁建设中,随着桥梁工艺的发展,钢管混凝土拱桥以其在材料、施工和经济上表现出的优势,已越来越被人们所采用。目前,大跨度钢管混凝土拱桥主要采用缆索吊装—斜拉扣挂施工新技术,拱桥的线形通过实测每节钢管拱的标高及拱轴线位置并借助扣索实施动态调整来保证。为确保主拱按预期线形快速合龙,测量放样的精度和速度显得极为重要,要加快大桥拱肋定位速度,提高精度,就必须在测量控制方法上进行改善。

1 工程概况

合江长江一桥是国家高速公路网成渝地区环线的重要桥梁工程,主跨为钢管混凝土中承式拱桥,主拱肋为钢管混凝土桁架结构,主孔跨度为530 m(净跨 500 m),设计拱轴线为悬链线,拱轴系数 m=1.45,净矢跨比F/L=1/4.5。拱顶截面径向高为8.0 m;拱脚截面径向高为 16 m,肋宽为4.0 m,每条拱肋为上、下各两根φ 1 320×22(26,30,34)mm、内灌 C60混凝土的钢管混凝土弦管,通过横联钢管φ 762×16 mm和竖向两根腹杆φ 660×12 mm钢管连接而构成。吊杆和拱上立柱间距为14.3 m,吊杆处竖向两根腹杆(拱脚段为立柱处径向两根腹杆)间设横隔,加强拱肋横向连接,拱肋中距为28.6 m,两肋间桥面以上的拱圈上弦平面设置“△”形钢管横撑,吊杆处间隔设置竖向“I”形钢管桁架横撑,桥面以下的拱脚段设置径向钢管混凝土桁架横撑和下弦“X”形撑。吊杆采用φ 15.2 mm预应力钢绞线挤压成型为吊杆索体,极限抗拉强度为1 860 MPa,两端采用定型耐久性锚具,人行道以上的吊杆外套哈佛管保护和装饰。拱肋接头设计为先法兰连接再焊接。拱圈采用缆索吊装,斜拉扣挂的安装工艺施工。测量采用全站仪、经纬仪等仪器现场观测监控。

2 导线控制网的布设

合江长江一桥的主跨跨径为530 m,观测轴线的控制点布于各拱座顶面,在大桥两侧布置4个控制点,组成大地四边形控制网。再由 Q1,Q2,Q3,Q4引出 B1,B2,B3,B44个控制点(见图1),并绘出该控制网示意图,便于施工中找寻和竣工交接时使用。在吊装过程中应以一点控制单边拱肋,以确保拱肋成型的一致性。大桥的桥轴线,就是在桥轴线上布设两个测站点,可在该测站点用三维坐标来复核观测拱肋定位。

3 坐标转换

3.1 拱肋坐标转换

拱肋坐标转换示意图见图2,在二维坐标中主弦上弦管拱背参数:计算跨径为521.596 m,矢高107.304 m,拱轴系数为 m=1.45,用计算机铺助设计,通过悬链线方程计算:

跨中桩号为 K15+742.942,距中为 0,跨中拱顶高程为347.612 8。控制点到中线的距离为16.85,坐标转换公式为K=15 742.942±x,B=16.85,Z=347.612 8-Y1+bx。

3.2 导线点相对坐标的推算

如图3所示:已知桥轴线 A(K15+338.440,0),B(K16+181.935,0)两点的大地坐标分别为:(3 197 976.44,35 586 045.903,225.210)和(3 197 368.254,35 585 461.443,246.427),AB方位角JAB=223°51′37.4″,则导线点 C(33 197 986.100,35 585 985.883,225.45)的相对坐标计算过程为:

AC 的方位角JAC=279°08′35.3″,距离 I=60.792 m。

以此类推其他三角网的导线控制点相对坐标。

4 观测点的布设

根据现场的安装要求,每段拱肋都需要设置安装的观测点,全桥共分36个单元段吊装,每段长度都不一致。用于观测各段拱肋安装的轴线、高程观测系统要合理布设。本桥拱肋安装时的轴线拟用经纬仪观测。拱肋高度大,河面较宽,用水准仪观测标高比较困难,拟采用全站仪和棱镜。观测所用的经纬仪、全站仪要送往检测部门进行检验和校正,并取得合格证后方可用于安装观测。观测轴线的控制点布于各拱座顶面,后视点设于拱座正面,采用阴阳标记,阴阳部分的交界线即为观测基线,要设准确。观测轴线的标尺安装于每段拱肋离接头1.5 m处(采用DN32镀锌水管做好尺寸标记然后与丝堵连接点焊于拱肋上),水平方向垂直于拱肋。观测控制点、后视点和标尺中心从拱肋轴线往垂直于拱肋的外侧引出一相同的水平距离。观测时将经纬仪架设于观测控制点上,照准后视点,固定水平盘,再转动竖盘找准相应标尺,通过观测标尺中心标记与望远镜纵丝的偏差距离即可知道拱肋节段的轴线偏位情况,并报相关指挥人员指挥调整。拱肋高程采用全站仪观测,也要于拱肋上设高程观测点和在地上设高程控制点,高程控制点可相应布设于各拱座面上,避免因距离较远望远镜照准棱镜中心存在误差影响标高观测精度,观测前先将棱镜上部分与镜座分离,另加一套筒与棱镜部分连接,然后将棱镜置挂于距拱肋接头1.5 m处底座(在钢管上面焊一个安放棱镜的底座,先量棱镜十字丝中心到拱肋顶的高度作为镜高输入仪器),测得观测点的相对坐标(X,Y,Z)为(桩号,距中,高程),和设计值相比较可知拱肋控制点的偏差情况,Y值偏差只作为参考(由轴线观测组控制上下弦),报告给指挥中心指挥拱肋就位组进行调整。拱肋上的观测点如图4所示。

5 结语

在拱肋吊装过程中,由于对每段拱肋严格控制,并使之达到预抬的标高,从而减小了钢管拱合龙前调整拱肋的整体控制难度,保证了钢管拱的顺利合龙。结果表明:分组控制方法运用合理,减少了观测次数,简化了计算过程,数据结果合乎精度要求,具有直观、快速、准确的特点,达到了测量控制目的,直接减少了工人在拱肋停留的时间,提高了工作效率,为合江长江一桥的顺利合龙提供了技术保证。

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