吳國平 徐 宏 許鐵力

測量控制是橋塔施工的關(guān)鍵內(nèi)容之一，準確測量每節(jié)塔身的平面位置及標高，精確定位鋼筋及勁性骨架的位置，對保證塔身施工質(zhì)量和實現(xiàn)對橋塔幾何位置的有效控制十分重要。另外，為了保證成橋后結(jié)構(gòu)部件受力的合理性，施工過程中需對錨固鋼套管進行準確定位，使得橋塔、拉索及主梁的空間位置符合設(shè)計要求。本文將從控制網(wǎng)布設(shè)、測試方法、精度分析等方面對橋塔測量控制方法及錨固鋼套管準確定位進行研究。

1 工程概況

某橋塔柱分為上、中、下三部分，高度為 187.397 m。其中，下塔柱為變截面五邊形，變截面高度為101.305 m，內(nèi)側(cè)為垂直面，其余4個面為40∶1的斜面。塔柱施工采用的是液壓自爬模系統(tǒng)，每節(jié)的施工高度為6 m。

2 誤差來源分析及精度保證措施

2.1 控制網(wǎng)的布設(shè)

在施工測量控制中，首要的誤差來源于控制網(wǎng)的布設(shè)精度，主要包括平面控制網(wǎng)測量及高程控制網(wǎng)的測量，以YS13，YS14為計算基線按三等邊角網(wǎng)的要求布設(shè)該橋的三角控制網(wǎng)。高程與平面控制網(wǎng)統(tǒng)一布設(shè)，同時進行觀測。在平面控制網(wǎng)中，為減少地球曲率的影響，應(yīng)將所測的導(dǎo)線邊長距離歸算至測區(qū)的平均高程面上。

2.2 儀器軸系誤差改正

全站儀測量的高效高精度，在很大程度上依賴于軸系誤差的自動改正功能，尤其對于大傾角情況下的觀測，因此，觀測前必須實時檢測各項軸系誤差以確保設(shè)置值為當前狀態(tài)下的實際值，這對于高精度的單鏡位模式極為重要。

2.3 儀器及棱鏡的對中誤差

三維極坐標法的主要誤差來源于測角精度 mβ。影響的主要因素有對中及目標偏心、目標照準等。僅僅按全站儀的標稱精度來衡量測角精度是不全面的。對應(yīng)于高精度的近距離測量，利用光學(xué)對中器架設(shè)儀器的精度是不夠的，應(yīng)盡量采用有強制歸心裝置的設(shè)備。在極坐標測量中，減弱目標偏心的誤差也是一個重要的環(huán)節(jié)。所以測量的高精度要求棱鏡必須正對儀器，以保證大傾角情況下的豎角觀測精度，同時避免測距發(fā)射管的相位不均勻性以及飛旋標效應(yīng)。

2.4 氣溫氣壓的影響

由于工程處于海拔較高、點位落差較大的地區(qū)，所以在每次測量放樣時，應(yīng)對實際量取溫度及氣壓值，并在儀器中設(shè)置值進行改正，以消除這方面的影響。

3 塔柱施工的監(jiān)控

塔柱施工的過程中，為確保主塔在施工過程中結(jié)構(gòu)受力和變形處于安全范圍內(nèi)，應(yīng)對施工過程中結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)實施有效的監(jiān)控。塔身施工中測量方面的主要監(jiān)控任務(wù)之一是對它的沉降進行定期觀測。施工前，在承臺上布設(shè)觀測點，觀測出初始值，再定期對其進行復(fù)測(該橋沉降觀測點每月復(fù)測一次)，并與初始值進行對比，計算出差值，為橋梁監(jiān)控提供數(shù)據(jù)的支持，以利于對塔身的實際狀態(tài)進行分析和控制。對施工過程中不同時段、不同天氣狀態(tài)下塔身的變化情況進行有效的監(jiān)控，以利于選擇合理的測量條件進行放樣，保證測量控制的準確性。

4 上塔柱施工中錨固鋼套管的精確定位

4.1 錨固鋼套管定位測量原理

4.1.1 定位元素

錨固鋼套管為斜拉索兩端錨固于主塔、主梁的定位，構(gòu)件構(gòu)造如圖1所示。根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，錨固鋼套管的定位精度包括兩個方面:1)錨固點空間位置的三維允許誤差±10 mm;2)錨固鋼套管軸線與斜拉索的相對允許偏差±5 mm。根據(jù)兩方面的要求和斜拉索的結(jié)構(gòu)受力特性，錨固鋼套管的定位應(yīng)優(yōu)先保證其軸線精度，其次才是錨固點的三維精度。通過以上說明:斜拉索的空間位置由主塔、主梁錨固鋼套管的錨墊板中心(亦即錨固點)所確定，其三維允許偏差為±10 mm;管口中心至實際索軸線的相對偏差最大值，允許值為±5 mm。由于斜拉索的長度遠大于錨固偏差值，斜拉索的空間方向余弦變化甚微(小于10-4)，錨固鋼套管軸線與斜拉索軸線的相對偏差主要由錨固鋼套管兩端口中心的相對定位精度決定。

4.1.2 定位作業(yè)程序

1)確定出錨固鋼套管的安裝高度，將其錨固中心及管口中心的護樁放樣于勁性骨架上，使之基本就位;2)將直徑等于錨固鋼套管內(nèi)徑的圓盤標志件(見圖2)放入錨固鋼套管并固定，使其盤面與錨墊板面位于同一平面，此時盤心即為錨固鋼套管中心軸線上一點(不必精確在管口設(shè)計位置);3)由控制點上的全站儀直接測量錨固鋼套管的錨墊板中心和管口中心三維坐標，并由實測坐標計算兩中心的間距;4)將錨墊板中心調(diào)整到設(shè)計位并檢測;5)由錨墊板中心實測坐標(調(diào)整到位后)、斜拉索的空間方向余弦(設(shè)計值)和兩中心間距計算管口中心的設(shè)計坐標;6)將管口中心調(diào)整到設(shè)計位并檢測，然后計算實測點位至斜拉索軸線的垂距(偏差值);7)由于調(diào)校管口時可能引起錨墊板移動，故應(yīng)復(fù)測錨墊板中心并再次調(diào)校;8)重復(fù)4)～7)，直至滿足定位精度要求。

該方法的定位精度不受錨固鋼套管及錨墊板焊接加工誤差的影響。

4.1.3 計算模型計算管口中心至錨墊板中心距離:

其中，X1，Y1，Z1均為錨墊板中心實測坐標;X2，Y2，Z2均為管口中心實測坐標。由于坐標差值為三維測量的差分值，L值的精度主要決定于棱鏡的對點精度。

1)計算管口中心設(shè)計坐標。

其中，X1′，Y1′，Z1′均為調(diào)整到位后的錨墊板中心實測坐標;cosα，cosβ，cosγ均為斜拉索軸線的空間方向余弦值。

2)計算管口中心至斜拉索軸線的垂距。

斜拉索軸線方程:

過管口中心且垂直斜拉索軸線的平面方程為:

其中，X2″，Y2″，Z2″均為調(diào)整到位后的錨墊板中心實測坐標。

將式(1)變換為參數(shù)方程代入式(2)，即可求得管口中心在斜拉索軸線上的投影，再由此計算管口中心至斜拉索軸線的垂距:

其中 ，ΔX=X2″-X1′;ΔY=Y2″-Y1′;ΔZ=Z2″-Z1′。

4.2 錨固鋼套管定位精度分析

4.2.1 錨固點定位精度要求

由于錨固鋼套管的安裝定位是由施工測量指導(dǎo)完成，即根據(jù)實測坐標偏差值進行調(diào)整，因此其定位誤差完全由測量誤差構(gòu)成。取兩倍中誤差為極限誤差，則錨固點三維坐標中誤差的允許值(包括控制)為:Mx=My=Mz=Δ限/2=±5 mm。

與普通放樣不同的一點是，錨固鋼套管定位誤差中還包括一項標志件標定誤差。用于標定錨固鋼套管中心的圓盤標志件采用車床加工，為便于安裝和拆卸，其外徑比錨固鋼套管設(shè)計內(nèi)徑減小0.2 mm，同時考慮到車床加工誤差小于0.1 mm，則錨固鋼套管中心的三維標定誤差小于0.15 mm，可忽略。

4.2.2 錨固鋼套管軸線定位精度要求

由于錨固鋼套管的軸線定位精度是由兩端口中心的相對定位精度決定，故由式(3)推導(dǎo)可得:

故兩端口中心三維坐標的中誤差允許值為:

5 結(jié)語

上述各項是在某大橋主塔施工中測量控制方面的實踐總結(jié)，可以看出，施工測量中影響精度的因素是多方面的，只有我們優(yōu)化測量方案，利用先進的測量儀器，把握住每一個環(huán)節(jié)，嚴格規(guī)范每一步操作程序，才能滿足施工的要求，使塔柱各項指標處于設(shè)計及規(guī)范的要求范圍之內(nèi)。

[1] 孫曉軍.無背索斜拉橋鋼索塔施工測量技術(shù)[J].華東公路，2007(6):20-21.

[2] 俞國際.鋼筋混凝土獨塔無背索斜拉橋施工工藝[J].施工技術(shù)，2004(4):30-32.

[3] 許秀波.論全站儀極坐標法在橋梁測量中應(yīng)用[J].四川建筑，2008(1):9-11.