斜拉桥斜塔柱施工过程中的线型控制

李忠林，周华欣

(中交隧道局第二工程有限公司，陕西 西安 710100)

0 引 言

禹门口黄河公路大桥位于晋陕峡谷出口处，大桥主跨长565 m，为双塔双索面钢混结合梁斜拉桥。大桥主塔为H型索塔，塔高171.3 m，其中下塔柱向外倾斜，塔高25.75 m；中塔柱向内倾斜，塔高71 m；上塔柱为垂直塔柱，塔高71.55 m。本文研究如何更好地控制中塔柱向外倾斜施工及下塔柱向内倾斜施工时的线型控制措施及塔柱施工完成后的检查方法。

1 工程概况

拟建的禹门口黄河公路大桥位于旧桥下游420 m处，主塔由塔座、下塔柱、中塔柱、上塔柱、下横梁、上横梁组成，下塔柱为向外伸壁、变截面、圆倒角薄壁空心墩，中塔柱为向内伸壁、变截面、圆倒角薄壁空心墩，上塔柱为垂直等截面薄壁空心墩，上下横梁均为预应力箱型现浇梁。施工区域位于暖温带半干旱气候区，冬季寒冷偏短，夏季炎热较长，昼夜温差较大，年平均气温为14.2 ℃，最高温度为41 ℃，最低温度为-15 ℃，年降水量为558 mm，由于地处黄河大峡谷出口处，全年不定期有大风。

2 仪器选定

由于本项目地理位置特殊，无法布置高度超过主塔高度的测量控制点，综合考虑后选定带有ATR(自动照准)的测量仪器，仰视测量可以轻松找见目标棱镜，方便现场实际操作。测量仪器精度为1″ ，免棱镜测量距离为500 m(塔柱斜率检查中要使用免棱镜功能)。本项目使用徕卡TS16，测量棱镜为徕卡原装圆棱镜，棱镜常数为0。对中杆使用前应检查对中杆垂直度、棱镜刻度高度与实际高度是否一致，避免因为仪器误差影响测量精度，仪器使用前经过校检，符合设计及规范要求[1-3]。

3 控制点的布置

主塔11#、12#距离岸边最近距离分别为150 m和170 m。布设控制点时考虑后视距离应大于前视距离，以保证定位方位角时的仪器设站精度，长边控制短边以提高测量精度及数据的可靠性。考虑后期可能有施工或人为因素的影响，每个主塔沿河岸布置布设4个控制点，保证4个控制点互相之间通视，控制点精度为GPS D级和二等水准。由于仪器测量时受外界因素影响较多，本项目主要受风力的影响，所以在控制点位处放置直径为2 m、高度为2 m的钢护筒，并在需要的位置切割开口方便测量及后视，以消除风力对仪器测量精度的影响[4]。控制点布设如图1所示。

图1 主桥施工控制网布设

4 平面控制网测量

(1)主网控制加密点复测采用4台华测T8接收机，静态观测标称精度为5+1 ppm·km-1。

(2)平面复测控制网等级为D级GPS网布局，沿线路方向设点，在1980年西安坐标系下的平面坐标中，其最弱边相对中误差应不大于1/35 000。D级GPS网的技术设计、观测、外业数据质量检核数据处理、点位精度等应符合《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314—2001)中的有关规定。在本标段共复测平面控制点17个，其中5个(A02、A01、DQ03、DQ02、DQ01)设计院交桩控制点作为已知数据，计算另外12个(JM4-JM26)加密控制点。测量过程中采用边连接式组成GPS网，才能保证网的几何强度，提高平面控制网的可靠性。首先将4台接收机分别架设在A02、A01、DQ02、JM09上，观测1个时段，然后保持A02、DQ02点上接收机不动，将其他2台接收机分别架设在JM10、JM04控制点上观测1个时段；然后保持DQ02、JM10点上接收机不动，将其他2台接受机分别架设在DQ01、JM11控制点上观测1个时段。由此循环，最后分别把4台接收机架设在JM23、JM24、JM25、JM26上观测1个时段，每时段测量时间应大于2 h。每台接收机在控制点上观测时的仪器高度、开关机时间、仪器编号、天气情况、操作人员等信息应按照规范要求进行记录，以备后期数据处理。

(3)本项目平面控制网等级为GPS D级网终，静态数据平差采用华测CGO静态处理软件进行处理及平差，评查结果应满足《全球定位系统(GPS)测量规范》(GB/T18314—2009)要求。

5 高程控制网复测

(1)高程控制网采用1台Trimble DiNi03电子水准仪按往返线路进行测量，水准铟瓦尺与仪器应配套[5-6]。水准仪与水准尺在使用前均进行检校，附有鉴定报告，并且水准仪视准轴与水准管轴在竖直面上的夹角不超过 20″ ， 水准铟瓦尺应垂直。

(2)高程复测从标尾A02开测，沿线路方向依次往返测量控制点，结束点为JM24。前后视线长度小于50 m，单站前后视距差小于2 m，每站前后视距积累差小于5 m，视线高度三丝能准确读数。

(3)本项目高程控制网等级为三等水准控制网，数据平差均采用平差软件按严密平差方法进行水准网数据处理，数据处理成果须符合《国家三、四等水准测量规范》(GB/T 12898—2009)的要求，并与设计院《精密工程控制测量网三等水准成果表》中高程值进行分析比较，直至符合要求。

6 模板靠立测量及计算办法

主塔下塔柱及中塔柱为倾斜变截面、圆倒角薄壁空心墩，施工中每个高度的变化平面位置都会发生相应的变化，塔柱斜率如图2所示。

图2 主塔斜率

下塔柱内侧斜率为5.25∶25.75，外侧斜率为5.25∶25.75，里程方向斜率为1.5∶96.75；中塔柱里程方向斜率为1.5∶96.75。从斜率变化可以看出每个高程对应的塔柱位置都在变化，这就给模板靠立提出了更高的要求，所测数据均需要现场计算。由于塔柱为变截面、圆倒角薄壁空心墩，用四角定位的测量方法进行模板校验不能准确地定位出模板的三维位置。这里采用四边侧量的方法进行测量计算及模板校验，如图3所示。

图3 四边侧量方法

下塔柱施工时，模板靠立时顺桥向长边测量2个任意点a、b，由于斜拉桥为直线桥梁，只需控制顺桥向长边的横偏距离即可，分别测量a、b点的xyh坐标，根据高程计算出测量点a、b设计横偏L，要求横偏偏差控制在0.5cm；再测量出横桥向短边c、d点(任意点)的xyz坐标，根据高程计算出测量点c、d点的设计里程以及a、b点设计里程，要求里程偏差控制在0.5cm。2点定位1条直线，当a、b、c、d点根据上述方法调整到位后，即a、b、c、d点所在的边调整到位。用同样的方法校核出另外2个边的模板靠立位置，当所有的边模板靠立到位后进行模板加固，加固完成后再检查所有边的模板位置，防止加固变形。

由于下塔柱向外倾斜，下横梁未施工时防止塔柱向外倾斜，在下塔柱设置对拉措施，对拉采用Φ32 mm精轧螺纹钢通过连接器进行连接。为防止精轧螺纹钢被施工焊渣烧伤，应设置保护套。精轧螺纹钢共设置8根，设置于大小里程2个腹板位置，每侧设置4根，居中设置，垂直高度为500 mm。第1道对拉杆距离承台顶面19 565 mm，在施工塔柱时，在对应位置预留直径50 mm钢管，待液压爬模不受影响时，将精轧螺纹钢穿入，同1排2根精轧螺纹钢采用型钢分配压力，保证对拉处受力均匀，每根精轧螺纹钢施加350 kN拉力。

中塔柱施工时，模板靠立时顺桥向长边测量2个点a1、b1(任意点)，由于斜拉桥为直线桥梁，只需控制顺桥向长边的横偏距离即可，分别测量a1、b1点的xyh坐标，根据高程计算出测量点a1、b1点设计横偏L1，要求横偏偏差控制在0.5cm；再测量出横桥向短边c1、d1点(点为任意点)，分别测量出c1、d1点的xyz坐标，根据高程计算出测量点c1、d1点的设计里程以及a1、b1点的设计里程，要求里程偏差控制在0.5cm。2点定位1条直线，当a1、b1、c1、d1点根据上述方法调整到位后，即a1、b1、c1、d1点所在的边调整到位，以同样的方法校核出另外2个边的模板靠立位置。当所有的边模板靠立到位后进行模板加固，加固完成后再检查所有边的模板位置，防止加固变形。

由于中塔柱为向内倾斜，上横梁未施工时为防止塔柱向内倾斜，在中塔柱设置对撑措施，对撑采用钢管作为支撑结构。钢管尺寸为530 mm×10 mm，中塔柱共设置3道，每道支撑由2根钢管组成。钢管之间焊接[32双槽钢平联，钢管两端与塔柱预埋件钢板焊接，预埋钢板的尺寸为1 300 mm×1 000 mm×16 mm，钢板后设置6个U型HRB400Φ25锚固钢筋，施工塔柱时，将其埋置于混凝土内。由于钢板表面内陷30 mm，在其下设置1个三角托架平台，支撑钢管与预埋钢板焊接。为保证支撑钢管稳定，在下横梁跨中位置设置4个竖向支撑钢管，钢管尺寸亦为530 mm×10 mm，其间距为6 000 mm×6 000 mm；采用[32双槽钢作为平联，在支撑钢管位置采用[32双槽钢作为支撑点，确保支撑钢管稳定。

7 模板位置控制

浇注混凝土时由于混凝土自身的质量及特性(混凝土为流体)，会对模板产生很大的压力，应派专人看护模板，注意塔柱模板的变形情况，分层缓慢浇注。若发现模板有较大的变形，应停止浇注，安排测量人员对塔柱模板进行复测调整，待模板调整到位并加固后再继续浇注，测量方法与模板靠立测量方法一致[7-10]。必须保证混凝土浇注完成后模板不会产生大的位移变化，以确保主塔成品混凝土的线型。

8 成品塔柱斜率检查

塔柱上升之后利用全站仪免棱镜法测量成品塔柱斜率是否在规范误差以内。以中塔柱外侧面为例，检查方法如下。

(1)使用全站仪在塔柱横轴线方向空地上放样出3个点，点间距不小于50 m，使用穿线法确定全站仪水平方向并锁定，使用免棱镜法测量塔柱斜面任意2点的坐标及高程(此坐标及高程为相对坐标高程)[11-12]。点位布置如图4所示。

图4 观察点布设

(2)使用全站仪测量A点的坐标及高程xA、yA、hA，测量B点的坐标xB、yB、hB，先计算AB两点的距离dAB和斜率K。

式中：x为北坐标；y为东坐标；h为高程。

通过测量并计算出实际斜率，与设计斜率对比就可以检查出塔柱实际斜率是否符合设计及规范要求。

同理可以用上述方法检查中塔柱及下塔柱其他面的斜率是否符合设计及规范要求。

9 结 语

在斜拉桥斜塔柱施工中，使用精密合理的仪器、高精度的测量控制网，通过四边线控制的方法来精确的控制模板靠立，以保障模板的三维坐标正确。通过观察及复测的方法保证浇注混凝土时模板的位移。下塔柱向外倾斜时通过设置对拉设施来消除塔柱自身重力所产生的应力，防止下塔柱位移发生变化。通过设置对撑设施来消除中塔柱自身重力所产生的应力，防止中塔柱位移发生变化。施工完成后通过斜率检查的方法来检查塔柱斜率是否满足设计及规范要求。

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