钢锚梁的精确安装工艺

朱韶军，刘艳青，历 帅

(中交隧道局第二工程有限公司，陕西 西安 710100)

0 引 言

斜拉桥作为桥梁中大气与美观的代表，同时具有复杂程度和技术水准高的特点。随着科学技术的不断发展，中国斜拉桥建设水平已处于世界领先地位，其中大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一[1]。国道108线禹门口黄河公路大桥主桥为双塔双索面钢混结合梁斜拉桥，采用全钢结构的钢锚梁作为斜拉索的锚固结构。在大跨径混凝土斜拉桥中，索塔上塔柱锚固区采用“钢锚梁与钢牛腿”的全钢组合，已成为斜拉桥钢索锚固发展的趋势。同时，由于钢锚梁定位精度要求高、自重大、起吊不灵活、外界环境因素复杂等原因，导致钢锚梁的安装进度缓慢、测量数据不稳定、安全风险高。

结合以往经验，通过系统分析钢锚梁吊装前的准备、吊装过程中的精确定位及规范操作事项，重点说明吊装过程中的测量控制事项，切实有效地提高钢锚梁安装的速度与精度，保证工作效率。

1 钢锚梁安装定位前的准备

充分合理的准备工作是钢锚梁吊装顺利与否的前提，而且能够很大程度地提高整个吊装过程的安全性[2]。

1.1 钢锚梁进场后的验收

钢锚梁进场后要进行检查验收，内容主要包括：钢锚梁制造参数和工厂验收资料； 钢锚梁外观检查，包括结构尺寸、外观平整度、油漆涂刷等的复查；钢材探伤等裂缝检查。

1.2 钢锚梁的组拼与连续预拼

由于钢锚梁属于异地加工，组拼后无法正常运输，在运输期间容易发生变形[3]，所以通常将组件运到施工现场后，进行二次组拼。在运输过程中，与钢牛腿形成整体的钢壁板尽量做到平放，同时在车厢的底板和四周均堆码一定厚度的草垫缓冲，使运输变形尽量降到最小。

单节钢锚梁的预拼过程为：在场地上平放2个马镫，测量马镫顶高程，率先起吊钢锚梁搁置在马镫上并作简易固定；然后分别起吊两侧壁板进行组拼，单侧壁板到位后，安装牛腿与锚梁之间的连接螺栓完成初步组拼；最后对壁板尺寸和四角高程、锚点高程、索导管相对位置、壁板四角上下对角线长度进行复核，满足要求后着手进行连续预拼。

连续预拼在连续两节之间进行，此时钢锚梁为单节整体起吊，对接完成后，除进行常规的复核外，重点监测壁板的累积高度和四角高差，为后续锚高程和钢锚梁倾斜趋势的调整保留余地。

1.3 测量控制点与仪器的准备

在测量过程中，由于安装钢锚梁的位置一般是上塔柱，上塔柱的高度通常超过100 m，在测量定位中由于地面控制点的局限性，往往导致在一个控制点上架设仪器只能观测到钢锚梁的单侧面，无法保证一次观测全部，给钢锚梁定位带来不便。所以在钢锚梁架设前期应该提前选择加密合适的控制点，并且通过做控制网复测保证所选控制点的精度。

在高温季节里，高温和强光都是影响测量仪器精度的重要因素，白天有效测量时间很短，大部分测量工作在夜间进行，而且高塔柱测距较长，对仪器的要求也很严格。钢锚梁精确定位使用的全站仪必须满足以下要求：角度测量精度不超过± 1″；距离测量精度不超过± 1mm +2ppm；带有红外线导向功能；带马达驱动、自动照准和数据自动记录功能[4]，如Leica(徕卡)系列的TCA2003、TCA1201及天宝全站仪Trimble S6、S8等(图1)；必须有至少2套与全站仪型号配套使用的测量棱镜并且均在合格有效使用期限之内。

图1 全站仪

1.4 测量人员的配备

配备1名能熟练操作仪器、能做测量坐标正反算、具有一定测量工作经验的测量员作为主测，2名具有一定测量工作经验的司镜员，还需1名机动人员随时检查后视棱镜的倾斜情况和其他事务。

1.5 其他准备事项

对起吊设备进行例行检查调整，特别是制动系统；对用于吊装及定位调节的吊具、锁具、葫芦、千斤顶和高强螺栓及其施拧机具进行检查校正。钢锚梁采用四点起吊，根据钢锚梁的外形尺寸特点，在吊架耳板上开不同间距的吊孔[5]；检查工作面配备的照明设备、电源线以及钢锚梁牵引绳、手拉葫芦是否到位；安装并检查工作平台。了解天气情况，以免因风、雨、雾等恶劣天气影响吊装；吊装工作应选择作业点风速在10 m·s-1以下且无雨雾天气、温差变化较小的时间进行。

2 钢锚梁的安装定位

钢锚梁在吊装的过程中分为首节吊装和其他(标准)节吊装2个部分，其中首节安装需要重点预控壁板的高程[6]、平面位置以及壁板之间的相对高差，需要预埋钢支架作为钢锚梁的摆放平台；其他节钢锚梁在安装过程中采用连续叠加的方法[7]，即相邻上下节钢锚梁壁板之间直接对接。

2.1 首节钢锚梁的吊装

第一节钢锚梁的安装在第19节塔柱混凝土浇注完成、第20节塔柱混凝土劲性骨架接高到位后进行。为了准确调整钢锚梁的平面位置和高程，第19节塔柱混凝土浇注时，在混凝土内预埋4个40 cm×40 cm×20 cm钢板，拼成5 m×3 m的矩形状。待混凝土强度达到40 MPa后，采用I25工字钢焊接钢支架，支架的平面位置由塔柱横向和纵向轴线分出，支架的高程是在第一节钢锚梁底部图纸设计高程的基础上加上由MIDAS建模计算得出的首节钢锚梁的最大变形量。

禹门口黄河大桥首节钢锚梁自重达18 t，所以首节钢锚梁精调的原则及思路是：在吊装前由限位板控制钢锚梁的横桥向位置(即垂直于线路方向)，吊装后通过测量精调过程控制钢锚梁的纵向位置，最后复核钢锚梁的各个角点及中心点。

在首节钢锚梁吊装前，用全站仪在支架上放样，并用钢板作为限位板焊接固定，同时测量复核钢支架顶面高程(该高程的测量采用三角高程测量原理，且应低于设计高程4 mm，以便于调整)。

在整座斜拉桥设计上，塔柱横桥向轴线与整个线路方向正交，即左右幅塔柱关于线路中心对称(图2)。左幅塔柱纵向轴线的偏距(与线路中心线的距离)[8]由设计图纸计算得出是-14 m。按照架设要求，钢锚梁顺桥向中心线与塔柱顺桥向中线应重合，钢锚梁底板宽度是 1.18 m，则靠近线路中心一侧的底板偏距均为-8.1 m。所以，在钢锚梁吊装前，钢支架上放样的限位板位置均需满足偏距-8.1 m，即保证整个钢锚梁放置在钢支架上时，其横桥向位置由限位板来控制，顺桥向位置暂不考虑，这样便于钢锚梁的精调，如图3所示。

图2 塔柱

图3 限位板位置

为保证横桥向位置，需要通过全站仪测量来控制钢锚梁的顺桥向位置：整个主塔横向中心线的里程[9]均为K1+275；由设计图纸可知钢锚梁的横桥向中心线与整个塔柱的横向中心重合，钢锚梁纵向2个壁板之间的净距为6.8 m，所以大里程壁板内壁里程为1 278.4 m，即K1+278.4，小里程壁板内壁里程为1 271.6 m，即K1+271.6。

在首节钢锚梁初次吊装完毕后，开始进行钢锚梁位置精调。首先检查后视棱镜从而确定全站仪的精度稳定情况，如果后视误差较大，立即查明原因并重新设站，确保仪器设置准确无误[10]。初次测定钢锚梁小里程方向壁板的中心位置点(该中心点在钢锚梁加工过程中已精确标记完成)的坐标(X,Y)，然后借助编程计算器反算该点对应的里程偏距。例如：该点反算的里程和偏距是(K1+271.608，-14.001)，已知钢锚梁小里程侧壁板中心点的设计里程和偏距是(K1+271.6，-14)；则明显看出实际钢锚梁的小里程壁板中心点在里程上与设计相差8 mm,偏距上相差1 mm。接着观测钢锚梁大里程侧壁板的中心点，例如：观测的坐标是(X1，Y1)，同样反算成里程和偏距为(K1+278.407，-14.002)，且已知该点设计的里程和偏距是(K1+278.4，-14)，从而得到钢锚梁大里程侧壁板的中心点在里程上与设计相差7 mm，偏距上相差2 mm。

这节钢锚梁在偏距方向(即上文横桥向)相差较小，在合理范围之内，无需调整，而里程方向(即上文顺桥向)与设计相差7～8 mm,不符合要求，需要再作调整。接下来由现场专业技术人员指挥塔吊将钢锚梁重新起吊，按测量结果作出调整，之后再次通过全站仪测量反算确定偏位情况；在2个中心点都调整无误后，继续测定钢锚梁的4个角点，从而复核验算整个钢锚梁的偏位情况，方法与中点测量原理一样。

首节钢锚梁定位无误后，通过焊接使钢锚梁与钢支架固定在一起，避免其后期发生偏位。

2.2 其他节钢锚梁的吊装

安装其他标准节钢锚梁时，由于钢锚梁壁板厚度为30 mm，接触面积小，施工过程中定位不易控制，因此采用增加接触面积的办法来达到增加稳定性的目的。经比选，在单节钢锚梁的一侧壁增设2个水平方向的对接牛腿，上下壁板对接牛腿之间采用螺栓连接。其他节钢锚梁均采取单节吊装，当被起吊锚梁的壁板的底口高度和首节钢锚梁壁板上口导向高度一致时，缓慢小心落放接高钢锚梁，锚梁四周由人员值守，避免待安装锚梁磕碰已安装锚梁的壁板和对接牛腿。

当接高锚梁与前一次安装到位的钢锚梁壁板对接牛腿高度和位置基本对正后，缓慢放松塔吊大钩，直至待装锚梁的重量全部由已装锚梁的壁板承受。需要指出的是，由于其他节钢锚梁安装时在横向没有限位板，所以第二节与首节钢锚梁对接安装时，仍有可能出现偏位的情况，所以需要继续通过全站仪测量反算来确定其偏位情况。

3 吊装过程中的重点环节

在整个过程中，测量环节无疑是钢锚梁吊装精度的保障，合理的测量方法、合适的测量仪器、正确的测量操作流程等是保证钢锚梁精确定位的前提。

(1)钢锚梁的吊装过程对环境、天气的要求很高，在吊装前要关注天气预报，风、雨、雾都是直接影响吊装的因素，甚至可能造成安全隐患。在整个吊装过程中，塔柱周围其他的交叉作业必须先暂停，而且事先撤离到安全区域。

(2)在测量过程中，大风天气容易使测站点架设的仪器发生移动，尤其是精密仪器更容易受到扰动，前视棱镜同样存在这样的问题，所以最好选择在4级以下风力的天气进行吊装和测量。

(3)雾天会使全站仪在观测时发射的激光在空气中发生折射，使测距较平时增加，造成测量误差，因此雾天应尽量避免吊装。

(4)温度变化较大时，全站仪补偿器(液态装置)因热胀冷缩会受到极大的影响，从而造成测量误差大(可以达到2～3 cm)，理想的测量温度在20 ℃内。因此，夏天高温时白天有效测量时间很短，白天可以吊装，但是精调必须到夜间温度相对较低且变化较小时进行。

(5)全站仪必须要有ATR自动照准功能，原因是在较远的测距下，人为照准棱镜很困难，尤其在配合使用小棱镜的情况下就更加困难。但是，ATR对中受光源干扰较大，应尽量减少光源对观测质量的影响，在无光源的漆黑环境，ATR自动照准精度最高。所以，全站仪尽量避免逆光测量和在强光下测量。

(6)全站仪尽量避免跨河测量，高温会使河面气化严重，导致测量误差。

4 结 语

本文对钢锚梁的整个吊装过程作了系统论述，尤其在测量方面，从仪器的角度分析了测量过程中各种外界因素对测量精度的影响，以及在钢锚梁精调过程中测量坐标所反映出来的偏位情况。首节钢锚梁吊装前，提前在钢支架上通过测量放样固定限位板，可大大提高首节钢锚梁的定位精度，从而简化首节钢锚梁的精调过程；其他(标准)节钢锚梁吊装时，使用对接牛腿能够增加上下两节钢锚梁的对接面积，提高整体的稳定性。

施工现场情况复杂，不同温度及气压对全站仪精度的影响以及大气折光率对全站仪三角高程测量的影响仍未明确，需通过大量的实测数据做进一步的研究。

参考文献：

[1] 曾进忠.斜拉桥锚固区应力分析和配索优化[D].杭州：浙江大学，2005.

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[3] 王 超，徐金华.山区斜拉桥钢锚梁整体吊装及定位技术研究[J].低碳世界,2015(15):277-278.

[4] 陈俊宏.大跨度悬索桥施工控制计算分析[D].重庆：重庆交通大学,2013.

[5] 孙克强,王寿星,王 珂,等.九江长江公路大桥主塔钢锚梁施工技术[J].现代交通技术,2014(4):49-51,67.

[6] 苗 通.钢锚梁钢牛腿组合索塔锚固结构足尺模型试验研究[D].西安：长安大学,2009.

[7] 宋向荣.金塘大桥主通航孔桥索塔施工技术[J].水运工程,2008(11):165-175.

[8] 曾一峰.大跨度混合式组合梁斜拉桥施工关键工序及控制技术研究[D].重庆：重庆交通大学,2016.

[9] 周 阳.悬索桥锚固系统安装定位施工技术研究[J].中国公路,2017(19):110-111.

[10] 李 巍,赵 亮,张占伟.常用全站仪放样方法及精度分析[J].测绘通报,2012(5)：29-32.