秋浦河大桥悬索桥上部结构施工监测技术研究

2020-03-16南鹏，张伟

四川建材 2020年2期

南鹏，张伟

(中交二公局第五工程有限公司，陕西西安 710075)

1 工程概况

秋浦河大桥主桥部分设计为(98+270)m双跨组合悬索桥，桥面宽度31.5 m，基于区域内车流量状况，为双向四车道形式，设计100 km/h。主缆采用预制平行钢丝索股，每束由127根直径为5.1 mm高强钢丝组成，主缆索夹内直径为386 mm，索夹外直径为391 mm，全桥共2根主缆，每根主缆由37根索股组成，两主缆横桥向中心距离30.5 m。主梁采用钢-混凝土结合梁，梁高2.97 m(跨中处含桥面铺装)，主要由钢加劲梁和混凝土桥面板组成。桥面全宽31.5 m，吊索横向间距为30.5 m。

2 悬索桥上部结构主要测量内容及意义

影响结构稳定性的因素较多，因此测量项目总量也较多，主要有：施工控制网的加密与监测；核心施工环节桥轴线偏差(体现在平面与高程两方面)；索鞍安装稳固性以及具体位置；主缆索股垂直度与线型；成桥时主缆、鞍座等基本结构的线形与位置等[1]。做好悬索桥上部结构的测量工作具有突出的现实意义，具体可总结为两点：一是可提升测量放样精度，有助于各结构的顺利安装；二是提升安全预警效率，为工程结构提供保障。

3 悬索桥上部结构施工监测技术

3.1 测量准备

瑞士Leica TS60全站仪1台，测角：0.5″、测距：±0.6+1 ppm·D。

3.2 猫道线形测控

以主缆空线缆线形为基准，设置的猫道线形需与之达到平行状态，确定合适的猫道计算参数，确保施工后猫道设计线形的合理性。将顺桥向作为X轴，高程为Y轴，在此基础上创建猫道计算模型[2]。测量索塔、散索鞍支墩位置，确定各跨跨径，计算各跨各根猫道承重索标高。采用三角高程法观测调整各跨猫道承重索的标高，调整需考虑温度对猫道垂度的影响。利用塔顶门架处的卷扬机及散索鞍处的千斤顶对猫道承重绳垂度进行调整，此项工作反复进行，直至猫道承重绳垂度满足要求[3]。

结束单根猫道承重锁的架设施工后，应充分考虑到变位长度产生的影响，合理调节垂直度，使其与设计目标相符。完成所有架设连接作业后，以监测数据为准分析承重索线形，分析变位处增加长度，对垂直度做进一步的精调。

选取承重索跨中点(X，Y)，综合考虑建站控制点(X0，Y0，H0)，在上述基础上分析两点的关系，求得二者形成的方位角与平距，具体公式如下：

式中，arc为控制点与跨中点连线的方位角，(°)；L为控制点与跨中点连线的方位角的平距，m。

将仪器放置在上述计算所得的方位角上，求得仪器竖向倾角β，通过如下公式可获得承重索跨中点的高程：

H=H0+tanβ×L+i

式中，H0为基准高度，m；i为仪器高。

本工程中，对猫道承重索相对垂度提出较高要求，需在3 cm内。

3.3 主缆架设线阶段测量

主缆线形的监控是通过相应工况下主缆在各跨中点绝对垂度控制来实现的，而主缆的线形调整精度主要受基准索股的线形调整精度控制，因为其他索股(一般索股)是根据基准索股的线形进行相对控制的，因此，基准索股垂度测量决定了主缆以至全桥的施工精度。

1)基准索股垂度测量。此环节采用的是绝对高程法，以所得结果为准合理调节索股垂直度。控制好索股的调整时间，以夜间为宜，要求温度波动偏小、不出现雨雾天气且风速≤7.9 m/s，为测量工作适配接触式温度计，在其辅助下测量索股温度。基准索股垂度测量采用全站仪单向三角高程法。为了提高测量精度，常规的方法是基准索股垂度测量前，在测区进行大量对向三角高程测量，反算测区大气折光系数K值，而此反算的K值为测区平均K值。若测区存在大面积的水域，K值的方向性就更加明显，受气象及环境影响，同方向的K值在不同时段也存在较大差异。因此，高精度的三角高程测量采用测区平均K值修正是不合理的。为了进一步提高基准索股垂度的测量精度，在每次垂度观测前，先进行观测方向的单向三角高程测量，反算出此方向的K值，在后面的观测中对观测数据进行改正。基准索股垂度调整到位后，需再进行连续3天的稳定观测。

2)一般索股垂度测量。一般索股垂度的测量以基准索股为基准，用水平尺、游标卡尺及钢板尺配合测定基准索股与待调一般索股的高差来调整实现。调整时必须考虑两者间温差的影响。一般索股的相对垂度测量精度控制在5 mm以内。

3)上下游测的基准索股测量。上下游测的基准索股尽可能同时测量，减少环境对上下游高差的影响。索股调整过程中，通过手拉葫芦(预先安装在门架上)加之滑轮组的配合，可以实现对索鞍索股的灵活收放，从而达到调整主边跨垂直度的效果。锚跨的调整需得到千斤顶的支持，通过张拉索股张力的方式实现，调整到指定位置后做好标记，便于施工人员检查，分析索股架设时是否出现滑移现象。

3.4 钢梁架设阶段控制

伴随钢箱梁吊装的持续推进，兼并顶推主鞍座，经监控计算后求得具体顶推量，为提升顶推精度，每完成一次顶推后均要测量一次。实际操作中，以塔顶主索鞍座顶面横桥向的监测点为基准，测量该点与主鞍座几何中心(即为接缝中心)的间距，由此明确主鞍座偏移量，实现对顶推量的精确控制。通过主桥线形监测，可分析当前梁段线形状况，从而预测主梁成桥后的线形状态，以便做出灵活调整。全站仪是重要测量工具，工作时以风力偏小、温度相对稳定的环境为宜。主桥架设过程中，需全面监测结束吊装作业的梁段中线，分析钢箱梁焊接质量，判定其是否会引起钢箱梁中线的变化，这一环节采用全站仪视准线法。

3.5 架设过程中索塔及散索鞍位移的监测

梁的吊装工程量较大，极容易引发索塔位移现象，因此，在吊装前后均要分析索塔位移情况，确保结构安全，同时也为监控计算工作提供指导。关于监测点的设置，要求各散索鞍顶面横桥向均设置一个，且均要置于轴线上，通过坐标法测量散索鞍的位移情况，此项工作需在上部构造施工结束之前完成，在后续阶段定期监测散索鞍，不可出现大范围位移现象。

监测塔身偏位，每个梁段的吊装都会引起索塔较大的位移，每段梁吊装前后必须对索塔位移进行监测，为结构安全提供预警，以及为监控计算提供数据支持。

3.6 成桥后的主缆及桥面线形、桥塔位置、散索鞍与主索鞍位置的测量

1)主缆线形测量。通过全站仪设备，做好对主缆标高的测量工作，分别在主跨1/4、1/2以及边跨1/2处；并测定主缆在锚出口以及塔顶两处对应的标高值。

2)主梁桥面线形测量。测点为距路沿石内侧边缘15 cm位置，每对吊索断面观测4个点左右半幅桥各布设2个点，以便横坡和纵坡的计算。测量时可采用三角高程测量的方式，尽量选择在夜间或阴天能见度较好的天气测量，需至少观测3天，将数据进行温度修正比较。

3)主索鞍测量。主鞍座横桥向轴线的里程，并与设计里程比较，以反映主鞍座在成桥时顺桥向方向的偏位情况；测量各索塔顶几何中心的坐标，并与设计坐标比较，以反映成桥时索塔顶的偏位情况；用全站仪直接测量索塔左右幅和桥轴线的实际跨径，并与设计跨径比较，以反映成桥时跨径的偏差情况；测量索塔的高度并与设计高度比较，以反映成桥时索塔高度的偏差。

4)散索鞍位置测量。测量南北锚锭上散索鞍座横桥向轴线的里程，并与设计里程比较，以反映散索鞍座在成桥时顺桥向方向的偏位情况。