劉 嶺,鄭勇峰

(浙江省電力設計院，浙江 杭州 310012)

南京長江四橋引橋懸臂拼裝測量技術

劉 嶺,鄭勇峰

(浙江省電力設計院，浙江 杭州 310012)

以分段施工橋梁——南京長江四橋引橋施工控制為例，針對懸臂拼裝過程中的線形控制問題，明確施工過程中的主要控制內(nèi)容及相應的精度控制目標，著重對施工控制網(wǎng)的建立、架橋機撓度檢測、幾何控制數(shù)據(jù)基礎的選擇、梁段定位測量、誤差修正等內(nèi)容進行研究。以最終線形控制結果為依據(jù)，評價所用測控方法，為今后懸臂拼裝施工技術在類似工程中的應用提供參考。

分段施工；懸臂拼裝；線形控制；誤差修正

南京長江四橋是國內(nèi)首座跨度超過千米的三跨懸吊懸索橋，其南引橋長1 489.6 m，北引橋長1 313 m。根據(jù)設計和施工控制的要求，將南北引橋劃分為2 122塊短梁段，其中預制2 054塊，現(xiàn)澆68塊。施工時，首先采用短線法[1-2]預制，再將梁段運至橋位處進行懸臂拼裝。以橋墩頂部的起始梁段為中心將整跨梁段分為左、右兩臂拼裝，最終通過張拉預應力形成一個較長的“T”形結構的平衡懸臂。每兩個相鄰懸臂間通過現(xiàn)澆合攏梁段和兩道現(xiàn)澆濕接縫[3]相連接，并張拉合攏預應力，形成連續(xù)的多跨橋梁。該項施工技術在國內(nèi)應用較少，且橋梁建造的現(xiàn)代施工工藝對測量精度和施工控制的方法提出了較高要求,因此本文對懸臂拼裝施工的控制網(wǎng)布設、拼裝測量方法、誤差修正等關鍵技術進行探討。

1 懸臂拼裝控制內(nèi)容及精度

根據(jù)懸臂拼裝施工技術的定義及南京長江第四大橋引橋施工具體操作要求，制定其控制流程如圖1所示。

由圖1可以看到，懸臂拼裝階段的主要測量內(nèi)容包括：架橋機撓度檢測、起始梁段精確定位、對稱懸臂姿態(tài)測量及預應力張拉后驗收等。

懸臂拼裝施工精度嚴格按照中華人民共和國建設部發(fā)布的《預應力混凝土橋梁預制梁段逐跨拼裝施工技術規(guī)程》[4]及《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》[5]要求，對梁段的空中姿態(tài)進行調(diào)整控制。具體空間位置控制驗收標準及驗收方法如表1所示，其中L為梁跨徑。

圖1 懸臂拼裝施工流程

表1 懸臂拼裝施工控制精度

2 懸臂拼裝測控基礎

2.1 施工控制網(wǎng)的建立

南京長江四橋位于長江下游，概略位置為N 32°08′～32°15′，E 118°54′～118°58′。根據(jù)相關技術研究，在懸臂拼裝階段首級控制網(wǎng)的必要精度應達到±5 mm[6-7]。因此，根據(jù)施工控制需要，布設如圖2所示的懸臂拼裝施工控制網(wǎng)，點位條件能滿足GPS觀測及全站儀測量、施工放樣通視條件的需要，全部布設為帶強制對中底盤的觀測墩。

圖2 懸臂拼裝平面控制網(wǎng)

為保證引橋測量成果與主橋統(tǒng)一，以主橋首級控制點(NF05、NF06、NF07、NF08、NF09、NF10)為起算數(shù)據(jù)，用4臺Trmible GPS接收機(標稱精度為5 mm+1 ppm)，以同步環(huán)重復邊和圖形鏈接方式，按照《公路勘測規(guī)范》中的二等GPS控制網(wǎng)要求施測。

高程控制網(wǎng)與平面控制網(wǎng)使用的控制點一致，采用精密水準的方法按照國家二等水準要求嚴格施測。

隨著懸臂拼裝施工進度的開展和觀測條件的限制，需要將地面控制點傳遞至橋墩頂部或已完成預應力張拉的梁段上，此時加密的方法可以采用測角前方交會、測邊前方交會、全站儀自由設站交會、角度后方交會法或?qū)Ь€法等[8]。不同的加密方法對控制點精度的影響不同，因此在實際應用時，應根據(jù)具體情況選擇對觀測結果影響最小的方法。

2.2 架橋機撓度監(jiān)測

懸臂拼裝施工時，架橋機的性能將直接影響施工進度、懸臂拼裝質(zhì)量、橋梁設計和結構分析計算。為了減少架橋機自身的變形對梁段拼裝線形的影響，需要在架橋機空載、梁段拼裝完成后及解構后測量其撓度值。撓度是指彎曲變形時橫截面形中心沿與軸線垂直方向的線位移，即梁、桁架等受彎構件在荷載作用下的最大變形量。架橋機撓度值測量控制點分布如圖3所示。利用水準儀測量出其相對高程值，根據(jù)兩點之間的距離，換算成撓度變形量。

圖3 架橋機撓度變形測量控制點

2.3 幾何控制點數(shù)據(jù)基礎

根據(jù)理論研究，連續(xù)橋梁可以利用梁段的中心線及其頂面的橫坡來組合表示橋梁在三維空間內(nèi)的線形與姿態(tài)。因此，懸臂拼裝施工需要控制的是梁段頂面中心線及中心線在接縫處頂面的橫坡。根據(jù)以上原理，在梁段預制時預埋如圖4所示的幾何控制點，連接位于梁段頂面中心線上的點FH及BH，作為梁段的軸線控制線，以此控制梁段在平面內(nèi)的轉角；分別連接點FL、FR及BL、BR組成兩條高程控制線，控制梁段立面線形和接縫處的橫坡。測量出其在預制坐標系下的坐標值，并建立與橋梁整體坐標系之間的轉換關系用于懸臂拼裝。

圖4 懸臂拼裝幾何控制點

3 懸臂拼裝控制測量

懸臂拼裝定位測量，在墩頂加密控制點上架設全站儀，并用多個后視點進行定向校核，根據(jù)精密三維坐標法測量出梁段頂面控制點的坐標，與設計拼裝位置相比并進行調(diào)整，如圖5所示。

圖5 懸臂拼裝測量示意圖

高程控制時，先將地面高程控制點通過同時對向三角高程觀測法傳遞至橋墩頂部，然后結合精密水準測量方法，進行控制點高程控制。

3.1 起始梁段定位

起始梁段作為整跨梁段懸臂施工的起點與基礎，其空間定位誤差將對整跨的線形產(chǎn)生巨大影響。由于其具有結構及受力情況復雜、施工工序環(huán)節(jié)多、施工條件差等特點，施工過程中需要有高精度的測量控制方法。因此起始梁段的定位精度要求比普通梁段高，具體要求如表2所示。

表2 起始梁段定位允許誤差

橋梁下部結構施工完畢后，需要檢查臨時支座標高、永久支座墊石標高，打磨平整超高部分。先用全站儀放樣出橋軸線位置，并在墩頂上標示，為起始梁段定位做好準備(見圖6)。具體調(diào)整步驟如下：

1)起吊起始梁段進行粗定位。通過設置在墩頂上的油壓千斤頂調(diào)整，使梁段軸線與墩項預先放樣出的橋軸線對齊。梁段粗定位需要多次調(diào)整趨近，控制限差為平面位置偏差為±20 mm，標高位置偏差為±30 cm。

2)利用平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)，用精密三維極坐標或前方交會法測量起始梁段頂面6個控制點的平面位置坐標值，高程控制時采用水準測量方法放樣。觀測梁段偏位情況，按照橋梁設計要求計算出定位調(diào)整值。根據(jù)計算值用梁底的調(diào)位千斤項，對梁段進行精確定位，使其滿足控制精度要求。采集最終控制點坐標值，了解梁段安裝的誤差，為后續(xù)梁段拼裝提供依據(jù)。

3)起始梁精確定位后，進行永久支座上座板及臨時支座灌漿，并拆除底部千斤頂，張拉臨時錨固預應力，最后進行梁段第二次澆筑。

圖6 起始梁段定位

如表3所示為橋軸坐標系下，本項目中某跨起始梁段的最終定位情況，由表中的偏差情況可以看出，該起始梁段的定位精度滿足施工控制精度要求，可以進行第一對梁段的懸臂拼裝。

表3 橋軸坐標系下起始梁段實際安裝值

3.2 平衡懸臂T構拼裝

起始梁段精確定位后，在其基礎上利用架橋機逐對起吊左右相鄰兩塊梁段進行懸臂拼裝，具體拼裝步驟如下：

1)起吊1號梁段，在縱向及橫向上接近設計空間位置，并使其下緣略高于橋面標高，且與起始梁段間預留150 cm的空隙。

2)在1號梁段與起始梁段的匹配面上均勻快速的涂抹3 mm厚的環(huán)氧樹脂。

3)按照梁段短線法預制時1號梁段與起始梁段間的相對位置關系及橋梁整體線形，計算拼裝階段的梁段頂面6個控制點的幾何數(shù)據(jù)，根據(jù)其指導放樣定位1號梁段空間姿態(tài)。在施工現(xiàn)場控制點上架設全站儀和水準儀，按照表1中的精度限差要求進行施工控制調(diào)整。若誤差在允許范圍內(nèi)，按結構設計圖張拉臨時預應力，進行下一梁段的拼裝(見圖7)。

圖7 對稱懸臂拼裝

4)起始梁段對稱方向的-1號梁段懸臂拼裝，按照步驟1)至3)重復進行，并按照永久結構設計圖張拉永久預應力；

5)對于整跨內(nèi)剩余的梁段，采用步驟1)至4)對稱懸臂拼裝。

表4及表5為橋軸坐標系下，某跨中1號梁段和-1號梁段的最終定位情況，可以看到其定位精度均滿足施工控制要求，可以進行循環(huán)對稱懸臂拼裝，直至達到最大懸臂處。

4 懸臂拼裝誤差修正

每對稱安裝完成一對梁段后，需將梁段上6個控制點的實測安裝坐標值與設計安裝位置進行分析對比，計算出每塊梁段頂面控制點的誤差，根據(jù)誤差大小，采用相應的調(diào)整方案。如果偏差值不足以影響該跨內(nèi)后續(xù)梁段的拼裝，可以待整跨梁體全部拼裝完成后統(tǒng)一用濕接縫進行調(diào)整。如果確認下一梁段拼裝時需要進行糾偏，梁段線形調(diào)整的方法有：

1)加墊環(huán)氧樹脂墊片(如圖8所示)。以立面調(diào)整為例，計算墊片調(diào)整高度。由于墊塊很薄，所以

(1)

得到：

h=bL/H.

(2)

式中：b為墊塊的厚度；H為梁段高度；L為梁段長度；h為該梁段可調(diào)高度。

表4 橋軸坐標系下1號梁段實際安裝值

表5 橋軸坐標系下-1號梁段實際安裝值

圖8 懸臂拼裝誤差墊片修正法

梁段平面位置調(diào)整時，將式(2)中的高度替換為梁段寬度即可。

利用增加墊片的方法可以調(diào)整懸臂拼裝過程中的誤差，但是調(diào)整范圍仍然很小，因此拼裝過程中需要進行高精度的控制。

2)控制臨時預應力張拉。在梁段不需要調(diào)整的情況下，以上下左右對稱張拉為原則，以盡量保證梁段的正位；當需要調(diào)整線性誤差時，張拉的順序以先張拉能使梁段向控制方向偏轉的臨時拉桿為原則，以利于校正誤差。

3)其它方法。若梁段拼好后，梁段拼裝誤差還需要調(diào)整，可以適當壓重，進行豎向調(diào)整。

4)增設濕接縫。當梁段線形發(fā)生主要定位錯誤或者線形誤差較大，用以上辦法均無法糾偏時，需用濕接縫的方法，增設的濕接縫一般寬50 mm，應設在兩段梁段之間并采用無收縮水泥砂漿。

5 懸臂拼裝控制線形分析

為驗證文中所述懸臂拼裝階段測控方法，評價橋梁懸臂拼裝線形，可以通過分析梁段頂面控制點的實際懸臂拼裝位置與設計懸臂拼裝位置的差值來得到。以本項目中某跨的懸臂拼裝為例，分別將其頂面4個高程控制點的實際拼裝高程與設計拼裝高程的差值、2個軸線控制點的實際拼裝平面位置與設計拼裝平面位置的差值繪制成偏差圖，如圖9、圖10所示。

圖9 懸臂拼裝高程誤差曲線

圖10 懸臂拼裝平面誤差曲線

由圖可見：

1)由于起始梁段采用了較高精度的測控方法，靠近起始梁段的節(jié)段拼裝誤差小，誤差值離起始梁段越遠效果越明顯，但是未出現(xiàn)較大的累積誤差，整體偏差量呈波浪形；

2)各測點標高方向誤差最大為10 mm，最小為0 mm，在整跨最大懸臂處均出現(xiàn)了較大的正偏差，但是滿足誤差控制標準[-15 mm,+15 mm]的要求；

3)對于平面內(nèi)的偏差值，較大部分均能控制在[-5 mm,+5 mm]內(nèi)，且縱橋向的控制精度要優(yōu)于橫橋向的控制精度。

6 結束語

在本項目懸臂拼裝施工時用文中的測控方法能夠控制施工過程中各項誤差的影響，達到很好的線形控制效果，各項精度均能滿足竣工驗收標準。

[1]方蕾.短線預制懸臂拼裝連續(xù)梁橋施工線形控制研究[D].成都：西南交通大學，2008.

[2]王雄.短線法預制梁施工[J].中南公路工程，2005(1)：97-100.

[3]林輝源.先簡支后連續(xù)橋梁濕接縫的設計與施工[J].華東公路，2002(3)：24-26.

[4]上海市第一市政工程有限公司.CJJ/T 111-2006預應力混凝土橋梁預制節(jié)段逐跨拼裝施工技術規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[5]交通部公路科學研究所.JTGF80/1-2004 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[S].北京：人民交通出版社，2004.

[6]鄭德華.特大型橋梁首級平面施工控制網(wǎng)的必要精度研究[J].測繪通報，2003(6)：20-23.

[7]黃騰，梅紅.特大橋鋼索塔建造精密測控技術[M].北京：科學出版社，2012：127-128.

[8]馮兆祥，鐘建馳，岳建平.現(xiàn)代特大型橋梁施工測量技術[M].北京：人民交通出版社，2003：64-71.

[責任編輯：張德福]

Measurement techniques of free cantilever erection in the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge

LIU Ling, ZHENG Yong-feng

(Zhejiang Electric Power Design Institute, Hangzhou 310012, China)

For the Fourth Nanjing Yangtze River Bridge, a segmental construction is taken as an example.With regard to the lineshape control in the free cantilever erection, the main control contents and precision objectives during the process of construction are discussed, and the following aspects are highlighted: construction control network, deflection measurement of bridge-erecting machine, data usesd to controlled, positioning of segments and error correction.Based on the results, the measurement techniques used will cover the similar projects.

segmental construction; free cantilever erection; lineshape control; error correction

2013-08-08

劉 嶺(1987-)，男，碩士研究生.

P22

：A

：1006-7949(2014)09-0056-06