工程测量在预应力混凝土连续刚构桥挂篮施工中的应用

2020-09-07许贵满韩海娅

江苏建材 2020年4期

许贵满，韩海娅

（黔南民族职业技术学院建筑工程与设计系，贵州都匀558000）

0 引言

在桥梁施工中最先介入的工作是工程测量，而且一直贯穿整个桥梁工程施工，对工程质量、安全、施工进度都产生直接影响。根据施工所处地形环境的不同，选择合理的工程测量方法，是确保工程施工质量符合设计要求，施工顺利进行的重要环节。目前，随着数字化技术的逐步发展，GPS 技术开始应用于各类土建工程施工之中[1-4]，并取得了一定成效。文章探讨了昌湾大桥在施工过程中工程测量的应用，为类似桥梁工程施工提供参考。

1 工程概况

昌湾大桥位于贵州省遵义市构皮滩水电站库区内，是一座全长为139 m 的三跨预应力混凝土刚构桥。桥梁截面采用单向单室的设计，在桥面板及腹板部位采用低松弛钢绞线作为预应力钢筋提供预压力，以增强桥梁的刚度及耐久性。桥址处于基本对称的V 型峡谷之中，地形十分陡峭，桥面距离河床100 m，桥墩位于陡峭山壁之上，桥梁的墩身高40 m。根据施工技术方案采用挂篮悬臂施工的工艺，因现场道路、场地等条件无法满足大型机械设备进场要求，挂篮安装采用人工搬运及架设方法。

该三跨连续刚构桥的重点和难点在于线型的控制和预应力的控制，过大的偏差将导致桥梁受力变化，引发质量安全事故。桥梁线型控制主要是桥梁平面线型和高程的控制，由于采用悬臂挂篮施工的工艺，挂篮的预埋件安装及行走方向测量决定了桥梁的平面定位，挂篮的底模板高程测量决定了桥梁的立面线型；预应力控制主要是波纹管预留孔的安装及定位，准确测量能够保证预应力施工的质量和安全。

2 工程测量基本原理及方法

桥梁施工中的工程测量工作主要包括水准测量和平面控制测量。

在水准测量工作中，依靠水准仪器提供的水平视线，通过望远镜对前、后视的塔尺读数来测量两点高差。其计算的基本原理为前视标高加前视度数等于后视标高加后视度数，即前视视线高等于后视视线高，表达式如式（1）所示。

水准测量：选好仪器架设位置，架设脚架稳固，放置水准仪器，固定，调整脚架粗平，调整角螺旋使得气泡居中，目测粗略对准塔尺，目测塔尺，精平，读数。

在平面控制测量工作中，全站仪提供了角度和距离的测量，其中涉及坐标计算和方位角、角度的换算。其计算表达式如式（2）所示。

由式（2）可知，未知点的坐标可以通过已知坐标、距离、方位角计算得到。反之，由两点已知坐标反推两点距离和方位角，可以利用科学计算器提供的POL 功能，快速计算出两点的方位角和距离。

全站仪：架设脚架粗略对点，安放稳定，放置全站仪，利用红外线对中，调整脚架，使得圆水准器气泡居中，再调整红外线对中，重复调整直至圆水准器气泡居中、红外线对中为止，瞄准目标，测距，读数。

3 桥梁中线及预埋件平面控制

该桥梁的平面线型较为简单，即中轴线为直线，按照设计图纸给出的中轴线任意两点即可计算出中轴线的方位角，再利用式（2）计算桥梁中轴线上任意点的坐标。

安装模板前，需要按照设计图纸要求，放出桥梁中轴线及各个预埋件位置，以方便施工人员安装模板，为挂篮安装预埋件。具体方法如下：

根据业主提供的两个以上已知点坐标，经过复核无误后方可使用。在测量前，架设仪器点的选择，一定要注意能够通视后视点及放样区域。架平仪器后，首先让十字丝对准后视点，固定水平转动，旋转竖向制动，对准棱镜测量距离，复核距离无误后，按照两点坐标设置方位角。

桥梁中轴线施工放样前，应根据施工图纸计算出所需要放样点的坐标，再根据该点坐标和测站坐标，使用科学计算器反算出测站与放样点的方位角及距离，并记录。旋转仪器方位角为计算所得的方位角，固定水平制动，利用前视棱镜寻找视线中线，测距。根据计算距离和实测距离比较，不断调整棱镜在视线方向前进或后退，使得实测距离等于计算距离，此时，棱镜所立的点即为测量放样点。为避免因立棱镜不平等原因导致误差过大，应在做好点之后再复测。

该桥梁除了中轴线以外，还需控制预埋件、波纹管的平面位置，以确保悬臂挂篮能够顺利安装、行走方向准确及预应力钢筋的位置准确。利用全站仪放出中轴线后，用勾股定理找出中轴线的垂线，钢尺量出预埋件位置即可。同样，也可以采用全站仪按照放样方法得到预埋件位置，但相对上述方法较为繁琐。

梁段浇筑混凝土的工序前，需对所测设的预埋件、波纹管道、预埋孔、模板等平面位置进行复测检查，准确无误之后，方可浇筑混凝土。

4 水准测量的应用

水准测量在桥梁施工过程中，不能够完全按照施工图纸的设计标高进行水准控制测量。由于本工程采用悬臂挂篮施工，在混凝土凝固前，浇筑的混凝土和钢筋作为荷载，使得悬臂挂篮及模板发生弹性变形，如果按照设计标高控制，将导致实际标高比设计要求的标高要低，造成桥梁纵向线型与设计不符。为了使最终成桥的线型符合设计线型及规范要求，施工底模板的控制标高需要考虑挂篮弹性变形和设计预抬量的影响，即实际控制标高=设计标高+设计预抬量+挂篮弹性变形。设计预抬量包括恒载、预应力、混凝土收缩徐变引起的挠度值之和，依据设计提供的箱梁节点设计预拱度参数表得到；通过ANSYS[5]有限元建立力学模型，模拟浇筑梁段的钢筋混凝土工况，计算得到挂篮的弹性变形。

为提高测量的精度，选用四等水准测量，控制前后视距差，由已知高程水准点，沿着某一环形路线进行水准测量，然后回到该已知水准点，形成闭合水准线路。通过计算、平差，得到未知点高程，利用钢尺将底模板高度调整至实际控制标高。

在浇筑混凝土过程中，为了保证桥梁施工中悬臂挂篮的安全工作并符合理论计算，利用水准测量对其变形进行监控，将挂篮实际变形量与计算变形量相比较，如果差异较大，应暂停施工，及时查找原因，避免出现安全事故。

挂篮的实际变形量，即为两个点的相对标高的变化量，选择一个点为挂篮上相对桥梁不动的点，另一个点为挂篮底模上相对桥梁发生变形的点。为提高准确性，每个挂篮监测两组以上数据，取平均值。桥梁模型平面及标高定位后，按照上述水准测量方法测得各点的绝对标高，两点高差即为变形前高差；绑扎钢筋后浇筑混凝土时，用同样方法测得两点高差。变形前后两次测得的高差变化值即为挂篮加载混凝土梁段后的实测变形量。

悬臂挂篮是由模板、钢梁、精轧螺纹钢筋、横梁、主桁架等构件组成，是一个较为复杂的结构体系。利用大型有限元分析软件ANSYS 建立了挂篮的力学模型，计算各个梁段的工况，得到其理论变形与实测变形对比，如图1 所示。由图1 可以看到，各个梁段的理论变形值和实测变形值非常接近，符合实际情况，说明在整个桥梁施工过程中对挂篮的变形控制较好，达到了控制桥梁线型及质量的目的。