大型斜拉桥转体施工定位测量技术

仲维玲

(中铁二十局集团有限公司 陕西西安 710016)

1 引言

桥梁转体施工工艺是在非设计轴线位置将桥梁T构浇筑制作成形后，通过转体实现桥位至设计轴线位置、然后合龙成桥的一种施工工法，常运用于跨径较大的单孔或多孔钢筋混凝土桥梁施工，并在深谷急流、难以吊装的河道跨越中应用广泛[1-2]。自20世纪40年代以后，桥梁转体施工工艺作为一种架桥工艺逐步发展成熟，并不断朝着超大跨径、超大重量、复杂结构等方向不断创新、发展，并不断刷新、突破记录[3]。

转体施工靠结构自身利用球铰旋转就位，具有诸多优点，近年来在跨越铁路、公路等障碍物时，也开始越来越多地使用桥梁上跨的转体施工方法[4]，它不仅具有减小施工对铁路、公路运输的干扰影响，还能降低运营安全风险的作用，此外还可以节省大量的支架棚护材料，大大节省吊装费用等诸多优点[5]。下面以丹阳斜拉桥转体施工为例，论述转体施工定位测量技术，供同类桥梁转体控制测量参考。

2 工程概况

丹阳立交桥位于山东省菏泽市境内，全长2 032.383 m，起讫里程K0＋0.000～K2＋032.383，设计道路等级为城市主干道Ⅱ级，时速40 km，并以斜拉桥主跨240 m上跨京九铁路，采用转体施工。其转体斜拉桥工程西起丹阳路与人民路交叉口，沿丹阳路向东延伸，依次跨越振兴路、桂陵路、菏泽站货场、京九铁路、新日铁路、电厂铁路和长沙路等多条城市道路、铁路和场所，东止丹阳路与武汉路(已规划)交叉口。

丹阳斜拉桥总长520 m，总宽32 m，整幅布置，其跨径组合为(38＋102＋240＋102＋38)m，主桥采用双塔单索面斜拉桥。为保证施工期间铁路运输安全，在靠近京九铁路侧的桥塔及两侧悬臂主梁采用转体施工。其单转体长度238 m，转体重量2.48万t，转动结构主塔高度87.5 m，转动体系钢球铰直径4.5 m，创当时转体桥梁最重、单球铰转动体最长以及球铰整体铸造加工直径最大共3项纪录。

3 主桥施工控制网建立

丹阳斜拉桥采用复测设计成果中D级GPS点作为已知边进行约束，并布设覆盖测区的主桥独立施工控制网，见图1。其图中所示双线为约束边，单线为加密控制点，其余为加密施工控制点；本控制网中采用6台静态GNSS天宝GPS对控制网采用边联式进行加密，形成规则的大地四边形，便于施工过程中主墩桩基、承台放样，以及滑道、球铰安装和定位；施工控制测量采用极坐标放样法，仪器为2″级高精度全站仪。

图1 主桥控制网布设

4 球铰定位和滑道水平控制

4.1 球铰定位

桥梁转体控制测量，关键在于下部结构施工中的球铰旋转中心定位[6-7]。球铰中心也就是桥梁转体时的旋转中心位置，但容易粗略认为下部结构几何中心就是球铰中心，如在曲线型桥梁中，其下部结构几何中心与球铰中心存在一定横向偏差。球铰中心定位一旦出现较大误差，加之墩高及受力等因素影响，桥梁旋转后就会产生横向偏差，也就容易在边跨合龙时出现错位的现象。

为了减少横向偏心误差，提高球铰定位精度，避免棱镜铅锤度影响，测量时需采用对中杆高0.1 m、常数17.5 mm的高精度徕卡小棱镜定位，而非通常对中杆高1.35 m、常数0的大棱镜。为防止混凝土浇筑过程中球铰发生错位现象，测量人员必须在球铰施工过程中全程跟踪测量。

4.2 滑道水平控制

滑道作为桥梁转体的一道保护措施，与撑脚之间的间隙以及自身高程控制是主桥转体能否正常进行的关键，转体过程中若滑道较高时将会增加钢撑脚与滑道间的摩擦力，过高时可能会出现“卡住”现象，过低时将会降低保护功能，旋转时梁体出现“翘头”现象的可能性、幅度将会加大，因此对滑道的高程、平整度要求较为严格，一般规范要求滑道表面测点相对高差不大于1 mm。

针对规范要求，使用常规光学水准仪，测设中由于视觉误差、偶然误差等累积，其误差范围已不能满足要求。在控制滑道高程及平整度时，采用DINI 03电子水准仪在滑道安装时，使用水准仪跟踪测量，按弧长每50 cm设内外两个测点进行精确测设。同时，在钢板焊接头处使用手提式砂轮机进行局部修整，确保滑道整体相对高程、绝对标高的准确性，施工完成后测其相对高差最大值为0.42 mm，绝对高程最大误差值为0.49 mm，均小于桥梁规范±1 mm要求。

5 斜拉索导管三维定位

桥梁斜拉索的线性主要由塔上、梁上斜拉索导管两端的管道空间位置决定，因此斜拉索导管空间位置的精密测量定位是影响桥梁施工质量和线形的重要因素，这是斜拉桥梁体施工测量的核心。斜拉索导管定位方法如下:

(1)采用全站仪测设出索导管的上口、下口中心点位置，并用塔吊将索导管吊至设计位置，然后利用手拉葫芦调整导管上口、下口的高程和方向，再利用角钢、钢筋等措施进行加固，确保索导管基本固定在放样位置附近，但注意必须为后续微调留下移动空间。

(2)将小棱镜置于索导管的十字框上，并调整气泡居中，然后利用全站仪分别确定上口、下口的平面位置和高程，再利用手拉葫芦调节至设计位置后加以固定。

(3)重新核对上口、下口几何位置维度，若偏差较大时需反复调整，直至X轴、Y轴、Z轴三个方向增量均小于5 mm。对于钢筋用量较多的斜拉索需从各个角度对索导管形成支顶和拉挂，使索导管完全加固，但加固时不得随意在索导管上焊接，以免损坏导管。

6 梁体线形监控

由于受多种因素影响，梁体在施工过程中容易产生形变，从而导致梁体实际位置与预期有所偏差，小者危及桥梁合龙，重者使梁体线形不符合设计要求[8]。为使桥梁线形符合设计规范要求，需加强主梁施工线形控制。在梁体线形监控中，采用高精度电子水准仪对主梁的高程进行测量，并同时采用三维坐标法监测主梁轴线的平面位置和高程。

6.1 线形控制网及高程控制基准点复核

主桥的线形控制网布设在桥梁北侧空地，其水准基点为引测高程基准点，为了检查高程基准点是否完好，线形测试前采用高精度电子水准仪对已知高程控制基准点进行复核，且每年复核频次不得少于6次[9]。

6.2 主梁立模标高与截面尺寸的放样监测

施工测量过程中，需重点控制各节段桥梁的轴线方向，以及底板两侧边线控制点位置。结合设计提供的数据资料及后续可能变形等进行综合计算，计算出待浇筑节段立模前端底板、顶板位置各点坐标，见图2。

图2 箱梁截面立模控制点布设

测量时，为保证待浇筑箱梁的平面、高程以及局部结构尺寸的位置准确，其平面位置只需利用全站仪测设各关键控制点，高程采用高等级的水准基点来控制，细部结构尺寸采用钢尺法确定。在浇筑过程中模板会发生弹性或者非弹性变形，一般主要通过压重试验来判断，放样过程中应将这些变形考虑进去，以减小箱梁截面在浇筑过程中产生的截面特性施工误差。

6.3 主梁高程控制点的监测

主梁高程控制的基准点布设在墩顶中线处，并以此点向其余点引测，为保证准确性需采用高精度电子水准仪施测，且每月对基准点高程不少于一次复测。

6.4 中线偏差及主梁标高监测

采用全站仪测量出主梁的中线标志相对于基准线之间的偏角。操作步骤为:先将仪器安置在一侧墩身中心位置，转动全站仪，将望远镜视线指向另一侧墩身所架设的棱镜，并瞄准棱镜中心，然后测量出已架设好的主梁中心线与全站仪视准轴基准线之间的偏角度数αi，最后根据公式(1)算出二者之间的差值Li为:

式中，ρ″为弧度单位秒，其值为206 265；Si为测端到测点之间的距离。

每节段施工完成后，按照混凝土浇筑后、张拉预应力后和斜拉索张拉后的顺序对主梁标高测量，主要测量刚结束节段高程值，以及相邻3个节段的高程变化值。测量前做好测点预埋，预埋件大多采用φ16钢筋加工，钢筋头部打磨平整后加刻“十字丝”，预埋时露出混凝土顶面3～5 cm为宜，每个节段按照A、B、C、D、E五点预埋，其中D、E两点作为该节段的校核点，A、B、C三点作为后续节段施工参考点，各预埋点设置见图3。

图3 主梁标高测点布置

6.5 合龙前后线形联测

气温作为梁体线性膨胀系数关键因素之一，不同温度条件下梁体长度、挠度等有所差异，因此在中跨、边跨合龙之前均应进行一次24 h的联测。同时，为了得出主梁随温度变化的线形数据，对比分析监控计算与监测结果之间差异，因此在合龙前后联测是必要的。

7 桥梁转体过程控制

7.1 梁体控制点布设

为控制梁体平面位置和高程，在梁体顶板表面布设控制点(见图4)，并采用全站仪坐标法和方位角法进行观测。具体操作方法为:在边跨现浇段伸缩缝向跨中方向2 m处轴线方向架设全站仪，在边跨现浇段任意位置架设水准仪，棱镜架设在旋转梁体轴线控制点上，与梁端向主墩方向2 m处轴线方向重合，梁端挠度观测点两端布设水准点。

图4 转体控制点布设示意

7.2 合龙前后平面线形联测

该主桥位于直线段上，为更好地确保转体后线形，首先采用全站仪精确放样出T构在旋转之前的桥梁轴线，以及边跨现浇段在主线上的梁体轴线。其次，在边跨现浇段架设全站仪，为防止转后视线遮挡，在转体T构两端需架设不等高的觇牌，通过全站仪对两个觇牌进行实时跟踪观测，使用直线定向穿线法对其梁体精确定位。梁体转体就位后，还需采用坐标法对两觇牌进行坐标校核，校核无误后转体方可结束[10]。

为防止出现过转现象，在转体即将到位时，千斤顶拉伸需采用时间点动模式，但点动时间间隔的确定需提前模拟计算，一般以不同时间点动梁端位移行程距离、惯性滑动距离确定，本桥最终点动时间间隔分别设置为10 s、5 s和3 s三种。

规范要求主梁轴线水平方向允许偏差±10 mm，本桥通过主梁定位坐标复核Δx＝6 mm，Δy＝3 mm，定位后轴线均符合设计规范要求[11]。

7.3 合龙前后高程联测

一方面为了保证成桥线形，另一方面作为转体安全的保证措施之一，桥梁转体前后均需进行高程量测。主梁转体前，在主梁两端分别布设4个高程控制点，将水准仪架设在边跨现浇段上，在转体过程中使用水准仪对梁体两端标高进行跟踪观测，时刻观察梁体中跨和边跨梁端高程变化情况，直至转体结束[12]。

转体完成后，通过对主梁中跨及边跨标高进行测量，其相对高差仅为12 mm，远小于参照设计规范计算出的48 mm(即:±L/5 000＝4.8 cm)，说明通过高程监控实施，达到了预期效果。

8 结束语

本文通过对山东省菏泽市丹阳路立交的斜拉桥转体全过程中的施工控制网建立、球铰定位和滑道水平控制、斜拉索索导管定位、梁体线形监控和转体过程控制等方面进行了详细的论述，解决了斜拉索孔道的定位测量、梁体线形监控等测量控制难点，保证了桥梁转体定位后轴线位置、平面位置和标高等满足设计及相关规范要求，为今后类似桥梁施工测量控制起到借鉴作用。