楊君良

（中交路橋華北工程有限公司,北京 101100）

1 工程概況

泗河大橋位于濟(jì)寧市環(huán)湖大道東線工程,大橋全長(zhǎng)830m,總寬度為34.5m,主橋?yàn)?0+95+130+95+30=380m的中承式系桿拱橋,拱肋采用鋼箱結(jié)構(gòu),主拱肋向內(nèi)傾10°。主拱矢高38.078m,矢跨比1/3.4；次拱矢高26.401m,矢跨比1/3.6。整橋共計(jì)分為315 個(gè)節(jié)段,節(jié)段吊裝重量大。（圖1）

圖1 泗河大橋主橋立面布置圖（單位：m）

2 主橋施工坐標(biāo)系統(tǒng)

主橋坐標(biāo)原點(diǎn)位于主跨跨中,對(duì)應(yīng)里程樁號(hào)K7+446.100。X 軸位于橋梁設(shè)計(jì)軸線上,以里程增加為正；Y 軸位于橫橋向方向,垂直于X 軸,其正方向由路線左側(cè)指向路線右側(cè)；Z 軸為豎直方向,以向上為正,Z=0對(duì)應(yīng)標(biāo)高0.000m（1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)）,拱軸線所在平面與XOZ 平面夾角為10°。

3 施工測(cè)量控制網(wǎng)的建立

3.1 測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)備

工程配備了華測(cè)T7 雙頻GPS 接收機(jī)、徠卡TS16A'R500 全站儀、徠卡DNA03 電子水準(zhǔn)儀,在使用前對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行了周期檢定,對(duì)附件進(jìn)行了校準(zhǔn)。

3.2 首級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)

泗河大橋施工測(cè)量控制網(wǎng)采取“分段分級(jí)”的原則建立。為了確保泗河大橋和相鄰路線的精確銜接,在工程建設(shè)初期,沿著線路走向布設(shè)了一個(gè)全線總控制網(wǎng),并結(jié)合實(shí)際和附近國(guó)家高級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)系測(cè)量,總控制網(wǎng)包含了平面和高程控制網(wǎng),其中G03、G04、G05、G06 為泗河大橋的首級(jí)控制點(diǎn)。

工程平面坐標(biāo)系統(tǒng)為1980 西安坐標(biāo)系統(tǒng),高程系統(tǒng)采用1985 年國(guó)家高程基準(zhǔn),中央子午線117°00′00.000000″E,投影面高0m,按照C 級(jí)GPS 相對(duì)靜態(tài)的方法進(jìn)行控制測(cè)量,在測(cè)量方式上,首級(jí)控制點(diǎn)采用邊連式、網(wǎng)連式相結(jié)合的方式。使用星歷預(yù)報(bào)軟件對(duì)測(cè)量時(shí)段內(nèi)的星歷PDOP 值和的軌道衛(wèi)星數(shù)量進(jìn)行了預(yù)報(bào),并對(duì)儀器的采樣率和截止高度角等進(jìn)行了設(shè)置。在外業(yè)測(cè)量過(guò)程中提前規(guī)劃了搬站順序和交通路線?；€處理時(shí)采用平差軟件自帶的計(jì)算模型對(duì)電離層和對(duì)流層的影響進(jìn)行了改正。（圖2）

圖2 主橋施工控制網(wǎng)平面布置圖

3.3 主控制網(wǎng)的加密測(cè)量

為了提高測(cè)量放樣的效率和觀測(cè)精度,在主橋位置設(shè)置了DX0、DX01、DX02、DX03、DX04 五個(gè)導(dǎo)線點(diǎn),其中DX01、DX02、DX03、DX04 分別位于主橋次拱跨中兩側(cè),導(dǎo)線點(diǎn)結(jié)構(gòu)類型為鋼筋混凝土澆筑觀測(cè)墩,內(nèi)置強(qiáng)制對(duì)中螺栓。工程進(jìn)場(chǎng)時(shí)河道內(nèi)正在進(jìn)行清淤作業(yè),項(xiàng)目部充分利用這一時(shí)期,完成了施工便道和水中測(cè)量平臺(tái)的填筑,測(cè)量平臺(tái)頂高為37.0m。測(cè)量平臺(tái)施作前先挖除淤泥層,再換填為透水性和水穩(wěn)定性好的粒料材料,澆筑2.0m*2.0m*0.5m 的平臺(tái)基礎(chǔ),再分節(jié)段澆筑直徑為0.4m 的觀測(cè)墩并高出平臺(tái)頂面0.7m 左右。強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志在觀測(cè)墩最后30cm 澆筑時(shí)放置,先大致水平,待混凝土初凝時(shí)再利用全站儀和小棱鏡精確放置水平,最終使測(cè)量標(biāo)志鋼板平面的高程誤差控制在1mm 以內(nèi),保證了后期測(cè)量作業(yè)的精度。五個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)平面控制網(wǎng)采用I 級(jí)附合導(dǎo)線,利用全圓測(cè)回法進(jìn)行角度測(cè)量,以G05-G06為起始基線邊,以G03-G04 作為終止基線邊,網(wǎng)平差采用嚴(yán)密平差。

3.4 工程坐標(biāo)系和橋梁坐標(biāo)系平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

本工程平面坐標(biāo)系是采用高斯- 克呂格投影方法建立的,以該測(cè)區(qū)中央子午線和赤道的交點(diǎn)為原點(diǎn),中央子午線正向北方向?yàn)閄 軸,赤道正向東方向?yàn)閅 軸的平面直角坐標(biāo)系。而泗河大橋主橋坐標(biāo)原點(diǎn)位于主跨跨中,對(duì)應(yīng)里程樁號(hào)K7+446.100,X 軸位于橋梁設(shè)計(jì)軸線上,正方向以里程號(hào)增加為正；Y 軸位于橫橋向方向并垂直于X 軸,其正方向由路線左側(cè)指向路線右側(cè)。平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法在施工中有兩種轉(zhuǎn)換方式：一種是橋梁坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為工程測(cè)量坐標(biāo),這樣在節(jié)段安裝測(cè)量時(shí)必須把誤差實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成橋梁坐標(biāo)系中的差值,比較繁瑣。第二種是將測(cè)量控制點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為橋梁坐標(biāo)系中的坐標(biāo),這樣在測(cè)量工作中可以減少測(cè)量放樣點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算工作量,也利于現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行橋梁節(jié)段平面和高程的安裝調(diào)試。因?yàn)檎麄€(gè)泗河大橋和測(cè)量控制點(diǎn)均處在曲線要素表中最后一個(gè)直線段上,所以用本項(xiàng)目已經(jīng)編制好的線路測(cè)量計(jì)算軟件計(jì)算控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樁號(hào)和偏距,用樁號(hào)減橋梁坐標(biāo)系中原點(diǎn)的樁號(hào)7446.1,就可以計(jì)算出各個(gè)控制點(diǎn)在橋梁坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。

3.5 高程控制網(wǎng)測(cè)量

泗河大橋要求的安裝精度較高,為了確保成橋后主體結(jié)構(gòu)的線形達(dá)到設(shè)計(jì)理想的線形,高程控制點(diǎn)的布置采用與平面測(cè)量控制網(wǎng)同樁布置的方式,使用DNA03 型電子水準(zhǔn)儀從G05 到G03 進(jìn)行了二等水準(zhǔn)高程的往返測(cè)量。其中以穩(wěn)固的G05 和G03 作為橋梁施工監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)前期的永久高程起算點(diǎn)。為防止控制點(diǎn)的沉降移位,定期每三個(gè)月對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)進(jìn)行一次復(fù)測(cè),以便滿足工程施工中測(cè)量放樣以及節(jié)段安裝監(jiān)控測(cè)量的精度要求。

4 拱肋節(jié)段的安裝定位測(cè)量和線形的監(jiān)控測(cè)量

4.1 拱座預(yù)埋承壓板的測(cè)量控制

拱座直接承受來(lái)自拱肋的壓力,拱座的施工質(zhì)量尤其是承壓板的施工質(zhì)量直接影響拱肋節(jié)段的施工質(zhì)量和安裝精度。泗河大橋在主拱及次拱支撐點(diǎn)處設(shè)置8 個(gè)支撐拱座,拱座之間設(shè)置系梁。承壓板預(yù)埋安裝時(shí)采用外部手拉葫蘆加內(nèi)部鋼支撐上的千斤頂調(diào)整。先提前計(jì)算好預(yù)埋承壓板四個(gè)角點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo),縱橫軸線坐標(biāo)。用全站儀架設(shè)在觀測(cè)墩上放樣出承壓板的縱橫軸線、吊裝承壓板,檢查承壓板的十字軸線和四個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo),用手拉葫蘆和拱座內(nèi)預(yù)埋的剛性支撐上的千斤頂調(diào)整其平面位置和高程,直至符合設(shè)計(jì)要求?；炷翝仓霸俅螌?duì)承壓板進(jìn)行復(fù)核測(cè)量。拱座混凝土澆筑完畢后,及時(shí)進(jìn)行成品的測(cè)量,在其表面用全站儀放樣出第一拱肋節(jié)段截面尾端的縱橫軸線,以作為第一節(jié)段的安裝控制點(diǎn)。

4.2 拱肋節(jié)段測(cè)量定位控制

泗河大橋主橋拱肋為中承式提籃拱橋,拱軸線所在平面與XOZ 平面夾角為10°,本橋拱肋截面和自重均較大,鋼箱拱肋的就位、測(cè)量、調(diào)整、固定、焊接等施工環(huán)節(jié)多而細(xì)致,假如安裝精度不夠就可能會(huì)影響下一節(jié)段的施工。而且施工時(shí)間段受到陽(yáng)光和溫度的影響,導(dǎo)致連續(xù)施工時(shí)間有限,測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算十分困難,所以拱肋的節(jié)段的定位是整個(gè)泗河大橋控制中的難點(diǎn)?，F(xiàn)以主拱拱肋節(jié)段為例來(lái)說(shuō)明節(jié)段安裝的控制要點(diǎn)。在鋼箱拱肋的每個(gè)節(jié)段的首尾兩個(gè)截面上做上如圖3 所示的測(cè)量標(biāo)記點(diǎn),每個(gè)截面做6 個(gè)測(cè)量標(biāo)記,測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)離節(jié)段端口100mm,中間的標(biāo)記點(diǎn)在頂板或底板的中心位置,兩側(cè)的標(biāo)記點(diǎn)離腹板外側(cè)100mm 且對(duì)于中間標(biāo)記點(diǎn)對(duì)稱布置。為了保證安裝時(shí)的精度,安裝一般在早上太陽(yáng)出來(lái)之前,或者陰天溫度穩(wěn)定的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。

圖3 主拱肋ZN1 節(jié)段測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)位置圖

在安裝第一節(jié)拱肋時(shí),將徠卡小棱鏡立在頂板或底板的測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)上,把全站儀安置在觀測(cè)墩上測(cè)量其實(shí)際坐標(biāo),并與計(jì)算的設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,可以得出在橋梁坐標(biāo)系中的偏差值,根據(jù)偏差值對(duì)第一節(jié)鋼箱拱肋節(jié)段進(jìn)行調(diào)整；第二個(gè)鋼箱節(jié)段安裝前先在第一節(jié)段前端焊接臨時(shí)馬板且留有一定間隙,把第二節(jié)節(jié)段的尾部節(jié)段安放進(jìn)馬板內(nèi)即可完成尾部的粗定位,再用全站儀測(cè)量并配合支架上的千斤頂進(jìn)行第二個(gè)節(jié)段的精確定位。以后的節(jié)段均采用這種方法安裝直至合攏段。在拱頂合攏前,分別在早晨和中午（12:30-14:30）,對(duì)拱頂撓度進(jìn)行精確測(cè)量并找出溫差變化較大時(shí)撓度變化的極限值,為拱肋合攏節(jié)段的安裝提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

4.3 測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

在拱軸線平面內(nèi)根據(jù)拱軸線的方程求出其方程的導(dǎo)數(shù),利用其導(dǎo)數(shù)方程計(jì)算該截面與平面XOY 之間的夾角。再將該截面沿著拱軸線兩個(gè)拱腳之間的連線旋轉(zhuǎn)10°,利用拱軸線坐標(biāo)和該旋轉(zhuǎn)截面在X0Y、YOZ、XOZ三個(gè)平面內(nèi)的投影幾何關(guān)系和坐標(biāo)正算原理即可求出測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)?，F(xiàn)以主拱拱肋ZN1 右側(cè)拱肋節(jié)段前端測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)所在的截面為例來(lái)計(jì)算拱肋六個(gè)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)：已知①號(hào)點(diǎn)到③號(hào)點(diǎn)的距離為L(zhǎng)=1.84m,頂板表面到底板表面距離為H=3.01m,兩拱腳處高程均為33.872m,截面處拱軸線的橋梁坐標(biāo)X 為-57.655,利用Excel 表格的函數(shù)功能即可批量計(jì)算任意X 處截面的測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)。主拱軸線函數(shù)方程Z=-38.078/65^2*X^2+38.078,求出主拱軸線導(dǎo)數(shù)方程Z'=-2*38.078/65^2*X（-65≤X≤65）。

利用EXCEL 表格來(lái)批量計(jì)算各節(jié)段的坐標(biāo)：A1 單元格輸入測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)間的寬度L：1.840,B1 單元格輸入高度H：3.010,C1 單元格輸入拱腳高程：33.872,D1 單元格輸入截面拱軸線處的X 值：-57.655,E1 單元格輸入函數(shù)Z 的公式：=-38.078/65/65*D5*D5+38.078,F1 單元格輸入導(dǎo)數(shù)公式：=-2*38.078/65/65*D5,G1 單元格輸入導(dǎo)數(shù)的反正切三角函數(shù)arctan（Z′）公式：=ATAN(F5),H1單元格輸入H 在坐標(biāo)系X 方向的投影變形后數(shù)值公式：=B5*COS (G5),I1 單元格輸入頂板三個(gè)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的X坐標(biāo)計(jì)算公式：=D5-B5/2*SIN(G5),J1 單元格輸入底板三個(gè)測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的X 坐標(biāo)計(jì)算公式：=D5+B5/2*SIN(G5),K1 單 元 格 輸 入：=7446.1+D5,L1 單 元 格 輸 入：=12.5-E5*SIN (10/180*PI ()),M1 單 元 格 輸 入：=E5*COS(10/180*PI())+C5,N1 單元格輸入：=7446.1+I5,O1 單元格輸入：=R5+A5/2*SIN (260/180*PI ()),P1 單元格輸入：=S5+A5/2*COS(260/180*PI()),Q1 單元格輸入：=I5,R1 單元格輸入：=L5+H5/2*SIN(350/180*PI()),S1 單元格輸入：=M5+H5/2*COS(350/180*PI()),T1 單元格輸入：=I5,U1 單元格輸入：=R5+A5/2*SIN(80/180*PI()),V1 單元格輸入：=S5+A5/2*COS(80/180*PI()),W1 單元格輸入：=J5,X1 單元格輸入：=AA5+A5/2*SIN (260/180*PI ()),Y1 單元格輸入：=AB5+A5/2*COS(260/180*PI()),Z1 單元格輸入：=J5,AA1 單元格輸入：=L5+H5/2*SIN(170/180*PI()),AB1 單元格輸入：=M5+H5/2*COS(170/180*PI()),AC1 單元格輸入：=J5,AD1 單元格輸入：=AA5+A5/2*SIN(80/180*PI()),AE1單元格輸入：=AB5+A5/2*COS(80/180*PI())。至此從N1 到AE1 依次計(jì)算出主拱ZN1 節(jié)段右側(cè)拱肋前端測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)①～⑥的設(shè)計(jì)坐標(biāo)。這里計(jì)算的坐標(biāo)是成橋后設(shè)計(jì)坐標(biāo),在實(shí)際測(cè)量放樣時(shí),還應(yīng)根據(jù)監(jiān)控單位給出的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行疊加得到安裝過(guò)程中測(cè)量放樣需要的施工坐標(biāo)。

4.4 拱肋安裝的監(jiān)控量測(cè)

拱肋節(jié)段要按設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的要求進(jìn)行控制,在制造過(guò)程中對(duì)橋梁的三維線形控制要求高,現(xiàn)場(chǎng)安裝吻合難度較大。在制造前綜合考慮橋面線形的起拱度、橫坡度、焊接收縮、鋼構(gòu)件制作及安裝精度等因素,及時(shí)與監(jiān)控單位根據(jù)吊裝方案提出架設(shè)時(shí)的線型參數(shù),保證測(cè)量放樣的準(zhǔn)確性。采用合理的方法,用“施工→監(jiān)測(cè)→判斷→修正→預(yù)告→施工”的循環(huán)過(guò)程進(jìn)行不斷的參數(shù)修正,使最終成橋狀態(tài)線形和應(yīng)力達(dá)到理想狀態(tài)。

橋梁安裝施工中的誤差主要有：a.設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差；b.施工工藝的誤差；c.施工測(cè)量監(jiān)測(cè)的誤差；d.結(jié)構(gòu)分析計(jì)算模型的誤差。其中施工測(cè)量監(jiān)控的測(cè)量誤差主要與測(cè)量?jī)x器本身的精度（包括對(duì)中整平）、測(cè)量觀測(cè)方法、數(shù)據(jù)采集方法、周圍環(huán)境等有關(guān)。為了減小測(cè)量誤差,項(xiàng)目設(shè)置了強(qiáng)制對(duì)中觀測(cè)墩,選擇高精度的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行節(jié)段安裝和監(jiān)控量測(cè),保證了其線形控制的精確性。在拱肋節(jié)段安裝定位前先計(jì)算測(cè)量標(biāo)志點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo),監(jiān)控單位在節(jié)段安裝前提交預(yù)拋高控制指令表,由監(jiān)理單位簽發(fā)并交施工單位執(zhí)行,在各施工階段完成后,施工單位將監(jiān)控單位需要的相關(guān)數(shù)據(jù)回饋給監(jiān)理單位簽認(rèn)后交監(jiān)控單位,以便決定下一施工工序的控制指令。中跨、次邊跨拱圈拱肋監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置在兩側(cè)拱腳、1/4 跨徑拱肋、拱頂、3/4 跨徑拱肋處,邊跨拱圈拱肋監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置在拱腳及拱頂處。施工監(jiān)控測(cè)量在每天氣溫穩(wěn)定,日照影響不大的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行,并盡量減少溫度變化和施工震動(dòng)等不利因素的影響。采用在在觀測(cè)墩架設(shè)全站儀加測(cè)量反射片的方式進(jìn)行全橋拱肋監(jiān)控點(diǎn)的觀測(cè),每條拱肋線形要進(jìn)行平行獨(dú)立測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中,要在每個(gè)工序施工的前后對(duì)所有的測(cè)量監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)量,也要對(duì)因?yàn)闇囟茸兓完?yáng)光照射等因素引起的撓度進(jìn)行測(cè)量。在施工到一定階段后,將進(jìn)行拱肋和主縱梁標(biāo)高通測(cè)和聯(lián)測(cè),在橋梁體系轉(zhuǎn)換前后及合龍前后進(jìn)行通測(cè),每個(gè)施工階段安裝完成后均要結(jié)合理論值及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)主縱梁線形和拱肋線形進(jìn)行評(píng)估分析并計(jì)算下節(jié)段坐標(biāo)預(yù)調(diào)值。

5 結(jié)論

泗河大橋?yàn)橹谐惺教峄@鋼箱拱橋,主橋上部結(jié)構(gòu)為自平衡結(jié)構(gòu)體系,施工技術(shù)難度高、工序復(fù)雜、安裝過(guò)程繁瑣,節(jié)段安裝測(cè)量精度和線形監(jiān)控測(cè)量精度要求高。結(jié)合在寬灘淺水環(huán)境下設(shè)立高精度測(cè)量觀測(cè)墩及全過(guò)程的監(jiān)控量測(cè)手段,最終實(shí)現(xiàn)了拱肋線形的精確控制。