无测量塔的短线法节段预制拼装桥梁施工控制技术

巫兴发，鲜荣，郗永磊

（1.中交第二航务工程局有限公司，长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430014；2.广东省公路建设有限公司，广东 广州 510623；3.中交二航局第二工程有限公司，重庆 401120）

无测量塔的短线法节段预制拼装桥梁施工控制技术

巫兴发1，鲜荣2，郗永磊3

（1.中交第二航务工程局有限公司，长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北 武汉 430014；2.广东省公路建设有限公司，广东 广州 510623；3.中交二航局第二工程有限公司，重庆 401120）

短线法预制拼装桥梁，即将桥梁划分为短节段，在短节段模板中逐段预制，运输至指定位置拼装成桥。国内目前常用的施工控制方法为有测量塔的方法，文章介绍一种无测量塔的控制方法，对此两种方法进行对比分析，证明大部分情况下无测量塔方法具有与有测量塔方法一样的精度，在软土地基、梁高较大等测量塔稳定性不容易保证的情况下，无测量塔方法具有更高精度。

短线法；节段梁；预制安装；施工控制；无测量塔

0 引言

短线法施工技术是指将梁体沿桥梁轴线方向分割成若干节段（图1），节段在制作场内按照一定的线形控制技术进行匹配预制，即上一完成节段端面须作为下一节段一端的端模；完成合理的存梁期之后采用架桥机进行整跨拼装或者悬臂拼装，并采用预应力钢束将梁体各个节段拼装成为一个完整的梁体。由于短线预制拼装梁具有“工厂化、标准化、装配化”的特点，对环境影响小、容易保证施工质量，在国内外已被广泛应用[1-5]。不同于现浇梁的所见即所得，短线法施工所生产的节段梁难以在预制场组拼成预想的结构形状，故预制阶段控制极为重要。

图1 桥梁节段划分Fig.1 Division of bridge sections

目前我国采用短线法施工的桥梁，基本上采用有测量塔的线形控制方法进行预制过程控制。

1 短线法施工控制技术

桥梁短线法预制技术具体施工步骤为：

1）安装好模板后，预制第1块节段梁，即起始块；

2）将起始块推出至匹配梁位置，以其一端作为下一个浇筑梁段的端模板，完成下一个节段的浇筑；

3）以n-1号块作为n号块匹配段，循环操作，可以完成所有梁节段的预制工作。

无论采用何种方法进行控制，其基本原理都是控制匹配预制的相邻节段之间的空间相对位置，并根据误差情况进行线形调整，为此需在梁上布设测点，并以此表示出节段梁的空间位置。

有测量塔的方法（图2）是树立2个相向而立的测量塔，该控制体系是由固定端模以及2个测量塔所确定的单元中心线建立预制单元局部坐标系，并连同梁面上测点、以及预制场区固定复核点所形成测量控制系统。梁段浇筑完成后，使用全站仪采集所有测点三维坐标数据（包括固定端模、浇筑梁段以及匹配梁段），并通过误差分析进行预测调整，从而保证梁段预制精度[4-6]。

图2 有测量塔体系测点及测量塔布置Fig.2 Measuring points of the system with measuring tower and its arrangement

此体系能直观地判断固定端模与测量塔的相对位置以及匹配梁段的轴线位置，在匹配段放样和纠正固定端模、测量塔偏位时所需时间较短，因此在国内获得广泛应用。然而该方法中测量塔是必备设施，需满足“精度高、变形小、无明显沉降”的要求，并应进行经常性校准纠正和维护，不能胜任所有短线法施工控制。在测量塔维护困难等情况下，可采用一种无测量塔的控制体系进行控制。

无测量塔控制体系是由固定端模以及梁面测点组成的测量控制系统，如图3所示。

图3 无测量塔体系测点布置Fig.3 Measuring points arrangementofthe system without measuring towers

梁面上测点均布置于梁段端面上，该体系钢尺直接丈量测量点间距以及水准仪测量高程来完成匹配段放样、复核以及数据采集。

采用无测量塔方法控制的短线节段梁，在施工方面并没有区别，都是在预制完起始节段之后，采用匹配预制的方法逐节段预制后续梁段。

2 控制方法比较

为了比较两种方法在适用性、控制效率、控制精度等方面的效果，笔者在虎门二桥S3标预制场开展了同步控制试验，即在同一组梁上方布置2套不同的测点，并跟踪整个预制过程。

2.1 无测量塔控制体系实施方案

各个梁段上设4个测点，测点采用2片角型材拼接而成，上方有凹点，用于确定测点的精确位置，由专业厂家精确制造。

测量控制中，匹配节段上方测点表示为5、6、7、8点，浇筑节段上方测点表示为1、2、3、4点。

短线法施工首先要进行首节段梁的预制。首节段梁，又称为基准梁，其两端均由端模板匹配。浇筑之前测点用螺栓固定在焊接于端模板的活动铰页上，混凝土达到合格强度拆模之前拆除螺栓，翻转铰页，留待下一节段浇筑。在预制首节段的过程中，没有匹配梁的存在，仅有4个测点1、2、3、4，后续的数据采集也仅针对此4个点，如图4所示。

图4 固定端模测点剖面图Fig.4 Profile ofmeasuring points on fixed end form board

标准节段预制完成后，将其移动至匹配位置。固定端模侧测点布置与首节段设置一样；匹配梁段侧采用金属盖板将浇筑梁段与匹配梁段对应位置测点连接在一起，浇筑完成后拆除盖板即可，如图5所示。

测量之前把定位钢板顶的盖板卸掉，用20 m鉴定钢尺结合握力器直接丈量距离：L12、L13、L14、L23、L24、L34、L17、L18、L27、L28、L78、L36、L45共13个距离值（L12表示1点和2点之间的距离），并且在现场挂设专业温度计，读取采集数据时温度，对13个距离值进行温度改正。1～ 8点高程采用精密水准仪测量。

图5 节段梁间测点盖板布置及拆除Fig.5 Layout and dismantling of measuring points cover board between segmentalbeams

2.2 无测量塔的控制方法

如图6所示，1点和2点为连接与固定端模活动铰页上的2个测点，假定以固定端模中点为坐标原点，以高程方向为Z轴，节段轴线方向为X轴，固定端模平面水平方向为Y轴建立坐标系，则固定端模平面坐标可设为（x1，y1，z1）和（x2，y2，z2）；由于其位置固定，且测点原件均为专业厂家生产的标准件，可以认为，x1、y1、x2、y2数值已知。3点高程z、z1、z2，点距La、Lb值，也为已知采集数值。

图6 无测量塔体系测点坐标求解示意Fig.6 Point coordinates of none-measuring tower method

可以列出如下方程组：

求解得x，y值，依次可以求解得到所有1～8点平面坐标。按以下步骤求解进行控制：

1）假设预制节段为n号块，匹配节段为n-1号块；

2）计算n-1号块梁段节点在整体坐标系下的坐标值。

式中：x3、y3、z3为n-1号块梁段节点在整体坐标系下的坐标值；x、y、z为n-1号块梁段节点在局部坐标系下的坐标值；[]中为n-1号块的计算坐标系相对于整体坐标系的方向余弦。

3）计算n-1号块梁段节点在n号块梁段坐标系下的坐标值。

式中：x3、y3、z3为n-1号块梁段节点在整体坐标系下的坐标值；x4、y4、z4为n-1号块梁段节点在n号块坐标系下的坐标值；[]中为整体坐标系相对于n号块的计算坐标系的方向余弦。

4）考虑对施工误差的修正，并将步骤3）中数据转化为现场坐标系坐标即可作为预制指令指导现场预制施工。

2.3 两种控制方法比较

2.3.1 控制精度比较

测量精度主要包括高程精度和点位平面位置精度，上述2种方法高程均采用精密水准仪采集，可以认为其精度是一致的。平面位置因数据采集方法不同而有所不同。

2）无测量塔体系误差：无测量塔测量控制体系误差来源较多。

①钢尺自身刻度误差：即钢尺在温度和拉力一定的条件下丈量的长度与实际长度的误差，估计值±0.5 mm；

②温度误差：假设温度测量误差为3℃，鉴定钢尺尺带膨胀系数为0.000 011 5，丈量长度为10 m。温度对丈量长度的误差 =10 000 mm× 0.000 011 5×3=0.3 mm；

③对点误差：所埋设的预埋件上的控制点，在量距时人为对准的误差估计为0.5 mm，对准为尺的两端，对准误差为0.5×1.4=0.7 mm；

④拉力引起的误差估计为0.5 mm；

⑤读数误差：钢尺的最小刻度为1 mm，估读到0.1 mm，读数估计误差为0.3 mm；

1.1 mm，经平差转换为点位纵横向误差约为1～2 mm，点位误差与节段梁长宽相关。

2.3.2 工效及资源配置对比

采用无测量塔体系匹配放样过程中需要进行辅助计算，在熟练的前提下，匹配时间约为1～1.5 h，双测量塔体系约为0.5～1 h。见表1。

表1 有无测量塔控制方法对比Table 1 Compare of methods with/without measuring towers

有、无测量塔的控制方法最明显的差别是，有测量塔的方法需要在每一组预制台座两端建立固定的测量塔，导致以下问题：1）因为短线法对测量精度要求很高，测量塔必须具有足够的刚度，即测量塔必须能够抵抗水平变形和竖向变形。在软土地基区域或者梁高较大的情况下，采用有测量塔的方法难以保证测量塔的稳定性，进而对施工控制造成较大困难；2）高耸的测量塔对现场交通、梁段的运输也可能形成阻碍。无测量塔方法的另一优势是，采集梁面上多点之间的相互距离，可使用这些数据进行内部自检，排除测量错误和测量误差，而有测量塔的方法无法单纯从测量数据判断测量误差是否符合要求；3）有测量塔测量过程需要使用价格昂贵的全站仪。

无测量塔的短线法施工控制也存在其特有的问题：1）测点在节段浇筑之前须完成布置工作，且位于节段边角部位在管理不严格的施工环境中容易受到破坏如吊装中的磕碰；2）测量钢尺在使用过程中容易磨损，且测量中需保持一定的张力，多次使用因为疲劳问题而产生误差；3）节段梁浇筑完成之后需要在其顶面铺设模板布进行洒水养护，而钢尺测距需要平整干净的梁面；4）调梁及测量过程相对需要更多的工作人员及时间。

2.4 控制成果

按照无测量塔方法，可有效控制节段梁预制施工。在虎门二桥取一跨进行无测量塔控制试验，并将预制局部坐标转化到整体坐标系中，求得实际预制值与理论值之差；图7为高程和轴线控制结果，高程最大偏差6 mm，轴线最大偏差8 mm，与同步进行的有测量塔控制结果几乎完全一致。

图7 无测量塔方法中梁的预制偏差Fig.7 Prefabricated deviation of the beam in the method withoutmeasuring tower

3 结语

在桥梁短节段预制过程中，需要精确控制相邻短节段之间的空间相对位置关系，我国常用的方法是树立2个相向而立的测量塔，以预制短节段所用的固定端模板为基准建立坐标系，并通过在测量塔控制匹配梁段顶面控制点坐标，以达到控制匹配梁和新预制梁之间的空间相对位置的目的；本文所述无测量塔的控制方法，可达到与双测量塔控制体系一样的控制精度；在软土地基、梁高较大等不宜或者无法建设测量塔的情况下，由于无测量塔体系控制精度不受测量塔变形影响，因而具有更高的控制精度。

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Construction control technology of bridge precast segment assembling by short-line method without measuring tower

WU Xing-fa1,XIAN Rong2,XIYong-lei3
（1.CCCC Second Harbour Engineering Co.,Ltd.,Key Lab ofLarge-Span Bridge Construction Technology ofMinistry of Communications,Wuhan,Hubei430014,China;2.Guangdong Provincial Highway Construction Co.,Ltd.,Guangzhou, Guangdong 510623,China;3.China Communications 2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401120, China）

Short-line method for precast assembling bridge,the bridge is divided into short segments,and precasted in a short segmental templates,then transported to designated location and assembled into a bridge.In our country the commonly used construction controlmethod is measurementmethod with measuring tower,we introduced a measurementcontrolmethod without measuring tower,then analyzed and compared the two methods.It is proved that the two methods have the same precision in mostcases,butin the case of softsoilfoundation and high beam depth and so on,the stability of the measuring tower is not easy to guarantee,the method withoutmeasuring tower has higher accuracy.

short-line method;segmental beam;precast installation;construction control;without measuring tower

U445.4

B

2095-7874（2017）02-0080-06

10.7640/zggwjs201702016

2016-09-20

2016-11-17

巫兴发（1988— ），男，江西赣州人，硕士，工程师，桥梁工程专业，从事桥梁结构分析与施工监控。

E-mail：514300395@qq.com