肇庆阅江大桥主塔塔柱测量控制方法

2018-09-10王孟宝

城市道桥与防洪 2018年7期

王孟宝

（上海公路桥梁（集团）有限公司，上海市200092）

1 工程概述

肇庆阅江大桥为双塔单索面混凝土梁斜拉桥结构，大桥主跨跨径分布为（160+320+160）m，主桥全长640 m，墩、塔、梁固结。主索塔采用钢混组合体系，整体塔高83.8 m，塔底与零号块相接处梁面标高为39.704 m，梁面以上25.26 m采用预应力混凝土结构，混凝土塔柱上部接钢塔节段，钢塔节段总高58.54 m，塔顶高程123.504 m，纵桥向整个塔柱呈“帆”型。

整个索塔“帆”型两侧各有24对斜拉索。斜拉索均锚固于钢塔内（锚于GT2~GT13节段的锚箱内）。GT1通过箱室内的剪力钉同钢混组合段混凝土浇筑成一体，通过预应力张拉，将GT1锚固于混凝土塔柱节段。

2 测量控制技术

2.1 控制网建立

肇庆阅江大桥主桥施工阶段首级控制网主要由10个测量控制点组成，其中4个为国家C级控制网。首级控制网的平面坐标系采用1980西安坐标系；高程控制网系统采用国家85高程基准。首级控制网采用混合网，满足E级控制网精度要求；高程控制网满足国家三等水准网精度要求。

根据肇庆阅江大桥主塔施工阶段的精度要求，需要针对现场地形测量条件和塔柱施工高度，加密首级控制网，以保证整个主塔施工的施工测量和安装精度要求。

根据现场施工地形，综合比较，分别于已完成的35#盖梁、38#零号块、39#零号块、42#盖梁上选点加密。同时考虑到38#、39#的施工对点位的影响，在南岸住房区域和北岸T型梁桥下可通视区域，采用深基础，加密做一强制归心混凝土观测墩，后续监控加密点的变化。具体点位分布如图1所示。

图1 阅江大桥主桥测量控制点点位分布图

控制网的加密，采用3台Trimble R8 GNSS GPS数据接收器同步观测，通过混合式布网，将加密点同首级控制网点位三角网相联。GPS静态控制测量采集数据，后期通过Trimble TBC软件处理采集数据，得到加密点位坐标。具体点位见表1所列。

2.2 测量仪器选择

考虑到肇庆阅江大桥主塔施工测量的技术特点和施工难度，为使相应结构构件达到相关技术标准，通过对测量仪器的功能、性能指标及实用性等方面的综合比选分析，主要采用的测量观测设备见表2所列。

表1 加密点位坐标一览表

表2 测量设备一览表

2.3 大气温度、气压、风速及大气湿度对测量的影响

肇庆阅江大桥所处地区的气候属亚热带季风气候，夏季高温多雨，冬季少雨温和。塔柱在施工过程中，受日照、温度、风力等外界环境因素的影响，随着塔柱高度的攀升，塔柱会产生周期性的摆动和扭转；另外，由于江面会产生较大雾气，对光线会产生折射影响。考虑到上述因素对塔柱的影响，测量时间段选择在气温条件较稳定的夜间且风力较小、江面雾气小的时候进行塔柱的安装定位测量工作。

3 塔柱施工测量技术

3.1 测量方法选择

混凝土塔柱位置测量放样主要采用精密全站仪极坐标法；高程的测量主要通过全站仪精密天顶测距法，辅助以钢尺水准测量和全站仪三角高程测量。

精密全站仪极坐标法放样测量，主要通过对全站仪仪器温度和大气压的修正，通过后视定向，再选择一控制点复核坐标的方法，确定设站正确、点位偏差符合规范要求后，方可进行现场放样测量工作。

全站仪精密天顶测距法测量高程，是指利用全站仪的精密天顶角，通过安装全站仪配套目镜弯管，调节棱镜位置，测距得到全站仪仪高和测点之间的高差，再通过旋转全站仪镜头90°，利用塔尺后视已知点标高，从而推算得到塔柱上测点标高。为保证测量精度要求、消除仪器误差，采用盘左和盘右分别完成多个测回，取平均值为最终计算数据。在塔柱测量的同时，需根据测量时段的塔柱温度，对计算的塔柱测点标高予以温度修正。具体测量工艺如图2所示。

图 2全站仪精密天顶测距法示意图

3.2 混凝土塔柱节段测量

混凝土塔柱的施工测量内容主要包括塔柱钢模的定位、标高，以及相关监测测量工作。其测量的难点是在于模板的定位坐标测量。在混凝土塔柱施工过程中，由于外侧脚手架的支挡及内侧钢筋的绑扎，使得对模板的直接测量难以实现。根据现场施工测量条件，采用全站仪将控制点放样于零号块箱梁梁面，通过精密激光垂准仪将点位反测到模板顶口，测量顶口模板到激光点位的距离，同设计数值相比，调节模板，保证模板的安装精度。然后在模板不同高度处量测模板至激光点位的距离，调整偏差，保证整体模板垂直度的要求。具体点位的计算放样，采用塔肢的纵桥向和横桥向的轴线交点为测量控制点（见图 3）。

图3 梁面放样控制点点位示意图（图中尺寸以m计）

模板标高通过全站仪精密天顶测距法测量确定，复核以水准仪+钢尺为校核，确定模板的顶口标高。

3.3 钢塔的安装测量

钢塔的安装测量内容主要包括钢塔节段的定位、钢塔顶口的标高测量、外壁板的垂直度测量、索导管和锚箱的位置、标高复核，以及钢塔节段开口尺寸复核等相关测量工作。其测量的重点和难点主要是钢塔节段的坐标定位和标高控制的精度。

钢塔安装的坐标调整采用精密全站仪极坐标法来完成。架设全站仪于零号块加密控制点，后视定向，复核坐标，点位误差符合规范要求后，测量钢塔节段测控点坐标，同设计坐标比较，进行调整。根据现场钢塔节段测控点的测量，采用普通测量花杆架设棱镜的方法，测量数据误差较大，无法达到钢塔吊装精度要求。对此，在现场通过加工一简易支座，用于摆设棱镜调平支座，之后摆设棱镜，减小架设棱镜误差，测量点位偏差，进而调整钢塔至规范要求范围内。

钢塔节段标高的测量采用精密全站仪天顶测距法测量。受限于钢塔节段焊接平台的遮挡，无法直接将标高引测至钢塔节段，遂采用在焊接平台选择一稳定点位，通过水准摆设棱镜，测量仪器与棱镜点位的距离，反算棱镜点位标高，再通过水准仪将点位标高引测至已完成全部焊接任务的钢塔节段侧面，标记清楚，作为上部钢塔节段安装的标高基准点，后续节段的吊装标高可通过基准点拉钢尺的方法，测量钢塔节段顶口的标高。因为钢塔整体较高，为避免由于钢尺太长引起较大误差，所以标高的引测需进行五次，分别于GT1节段、GT4节段、GT8节段、GT12节段和GT14节段引测标高基准点位。

考虑到由于索塔在整个桥梁施工过程中，会产生一定的基础沉降和变形，经过设计和监控单位的计算分析，确定在施工过程中，将钢塔的设计标高抬高0.02 m。

通过全站仪极坐标法和天顶测距法，中间辅助以传统吊线锤法，实现了整个钢塔的顺利封顶，后期测设钢塔的整体垂直度，最大偏差为7 mm，满足设计规范要求的H/4 000，即20 mm。在施工过程中，监测每个节段标高，严格要求安装进度，预留焊缝收缩余量，节段焊接完成后，复测节段标高，较设计相差±（2~5）mm，满足规范要求。

通过上述方法，测量记录每个节段现场定位的坐标和标高，同设计值对比，严格控制定位精度，符合规范要求，现汇总钢塔节段固定后现场定位的轴线坐标和标高同设计值的偏差，如表3所列。

表3 钢塔节段吊装定位轴线坐标、标高偏差汇总表

3.4 塔柱相关监测

项目前期由于航道改线延期、拆迁延后等不利因素影响，整体工期较为紧张，考虑到工期的要求，现场对塔柱的安装和箱梁的浇筑，时间紧，任务重。经业主、设计和监控计算和审核，同意采用塔梁同步施工工艺，在完成钢塔4号节段吊装焊接后，可同步进行吊装钢塔和挂篮悬浇箱梁的施工。为减小施工过程中斜拉索的吊装、张拉等施工因素和持续光照、风等大气影响因素对整个塔柱的影响，需随时监控整个塔柱的纵桥向偏移，一旦出现较大偏差，立即停止现场吊装作业和挂篮箱梁施工，找到问题根源，商讨解决方案。

塔柱的倾斜偏移监控测量，根据现场施工测量条件限制，在混凝土塔柱两侧横桥向中心点设置观测点，同时在零号块两侧梁面中心桩号翼板倒角处放样一点。在塔柱吊装完成钢塔GT4节段后，选择一个气温在18℃左右、无持续光照的时间段，在GT4两个塔肢中间横梁节段，通过在零号块点位架设全站仪，后视混凝土塔柱点位，通过上调棱镜角度，保证全站仪水平角度不变，对准GT4、GT14横梁，分别放样一点，于点位中心处贴反射光片，反射光片中心对准点位中心。利用三点一面的原理，后期监控塔柱的纵桥向偏移变形。

图4为监测点位示意图。