鄒進(jìn)波

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

近幾年，中國(guó)在橋梁工程方面的成績(jī)斐然，各類(lèi)大型、特大型、世界一流的橋梁層出不窮。由于受地形因素的制約，梁橋在設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)高墩、大縱坡等結(jié)構(gòu)形式。由于車(chē)輛荷載、溫度、工藝不完善等因素，導(dǎo)致了橋墩的偏移[1]。為了保證橋面的安全，必須對(duì)在縱向方向上不滿(mǎn)足規(guī)范要求的橋墩進(jìn)行校正，其中包括對(duì)橋墩的垂直度進(jìn)行檢測(cè)[2]。該文以一座高墩大縱坡梁橋?yàn)檠芯繉?duì)象，采用兩種不同的測(cè)量方法，對(duì)其進(jìn)行了橋墩垂直度測(cè)量，以保證其在糾偏過(guò)程和糾偏結(jié)束后橋梁結(jié)構(gòu)的整體安全。

1 橋梁測(cè)量技術(shù)及施工測(cè)量理論

橋梁工程測(cè)量是在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工階段、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等環(huán)節(jié)中進(jìn)行的測(cè)量工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，橋梁施工技術(shù)的不斷完善，對(duì)橋梁工程建造水平的提升起到了積極的推動(dòng)作用[3]。橋梁的控制性測(cè)量是橋梁工程測(cè)量的基本依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)測(cè)量階段、測(cè)量目的和作用，可將橋梁測(cè)量控制網(wǎng)分為基準(zhǔn)控制網(wǎng)、施工控制網(wǎng)、運(yùn)行維護(hù)網(wǎng)。為了確?？刂凭W(wǎng)的測(cè)量結(jié)果能達(dá)到勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)的要求，這3個(gè)階段的平面高程控制測(cè)量必須采用統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)合一”。橋梁測(cè)量控制網(wǎng)也叫橋位控制網(wǎng)，通常是在項(xiàng)目初期設(shè)置的，在測(cè)量階段，應(yīng)按要求對(duì)其進(jìn)行復(fù)核測(cè)量。

橋梁施工測(cè)量是橋梁工程測(cè)量中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是橋梁施工階段必不可少的基礎(chǔ)性工作。施工測(cè)量的工作是根據(jù)工程設(shè)計(jì)圖紙的要求，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)建筑物的位置、形狀尺寸等進(jìn)行放樣測(cè)量，包括對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，指導(dǎo)和協(xié)調(diào)項(xiàng)目的順利建設(shè)[4]。橋梁工程測(cè)量通常包含了工程放樣和工程完工驗(yàn)收?，F(xiàn)代橋梁向大跨、高墩高塔、大型構(gòu)件的工廠化生產(chǎn)方向發(fā)展，施工工藝更復(fù)雜，施工精度要求更高，這些都對(duì)施工測(cè)量的精度要求有了進(jìn)一步的提高。

常見(jiàn)橋梁工程的測(cè)量方法分為3類(lèi)：1）傳統(tǒng)的大地測(cè)量技術(shù)。目前，全站儀、電子水準(zhǔn)儀的應(yīng)用，主要突出在自動(dòng)跟蹤、無(wú)棱鏡等新技術(shù)角度。由于全站儀精度和自動(dòng)化水平的提高，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和光學(xué)水準(zhǔn)儀的測(cè)量手段已經(jīng)被淘汰；2）衛(wèi)星定位測(cè)量技術(shù)。GPS相對(duì)靜態(tài)定位技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)中，特別是超大型、長(zhǎng)距離跨海大橋的建設(shè)。RTK法主要應(yīng)用于海洋大橋樁基礎(chǔ)的施工定位，而采用相對(duì)靜態(tài)定位法進(jìn)行施工加密網(wǎng)的測(cè)量和橋墩的平面位置的準(zhǔn)確測(cè)量；3）其他專(zhuān)門(mén)的測(cè)量技術(shù)，例如利用電子傾斜儀等專(zhuān)門(mén)的儀器進(jìn)行橋墩垂直度的測(cè)量[5]?？傊緝x和電子水準(zhǔn)儀技術(shù)依然是橋梁工程建設(shè)的重要測(cè)量手段，GPS相對(duì)靜態(tài)測(cè)量和RTK測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被大量應(yīng)用于大型跨江跨海橋梁建設(shè)?？梢灶A(yù)見(jiàn)，以智能全站儀、GNSS、激光為基礎(chǔ)，采用遙測(cè)、遙控、通信等技術(shù)結(jié)合的高精度空間放樣測(cè)設(shè)技術(shù)，將成為今后橋梁工程測(cè)量的主要技術(shù)。

2 工程概況

某大橋工程項(xiàng)目是一座于2015年完工的高速公路大橋，全長(zhǎng)366 m，其跨徑組合為（4×30+3×30+5×30）m。該橋梁共兩幅，其中單幅橋梁的寬度為12 m，橋面寬度為2*11 m。雙幅橋的整體寬度為：0.5 m（防撞欄桿）+11 m（行車(chē)道）+0.5 m（防撞欄桿）+0.5 m（防撞欄桿）+11 m（行車(chē)道）+0.5 m（欄桿）。

通過(guò)對(duì)該橋的定期檢查，發(fā)現(xiàn)右橋墩1#、2#墩在斜坡方向有25.3～25.5 m的偏移；R7墩1#、2#柱各有24.0 cm、24.3 cm的偏移。這將導(dǎo)致T梁上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的糾偏和復(fù)位。

3 橋墩垂直度規(guī)范要求及測(cè)量

3.1 橋墩垂直度規(guī)范要求

橋墩是橋梁的主要承載結(jié)構(gòu)件，在承受荷載時(shí)，會(huì)向樁基結(jié)構(gòu)傳遞荷載，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響橋梁的整體運(yùn)行。橋墩的豎直度直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與承載力，也直接影響到橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、線(xiàn)形、結(jié)構(gòu)安全和行駛舒適性?！豆饭こ藤|(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTGF80/1—2017）中對(duì)橋墩的垂直度進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)范，具體內(nèi)容見(jiàn)表1；橋墩垂直度示意圖參見(jiàn)圖1，H、Δx分別表示橋墩的橋墩高度和垂直度。

表1 橋墩垂直度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

圖1 橋墩垂直度示意圖

3.2 橋墩垂直度測(cè)量

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)R4、R7墩墩柱的垂直度進(jìn)行了不同方式的測(cè)量，R4墩墩柱采用圓柱切線(xiàn)法，R7墩墩柱采用圓柱三點(diǎn)法。

3.2.1 圓柱切線(xiàn)法測(cè)量方法及原理

（1）測(cè)量操作步驟：先在已知的點(diǎn)位設(shè)站、確定方向，然后利用全站儀的偏心測(cè)量軟件，對(duì)墩柱的兩邊切線(xiàn)和兩切線(xiàn)的平分線(xiàn)進(jìn)行測(cè)量，再調(diào)用儀器計(jì)算程序求解出墩柱底面、頂截面的圓心坐標(biāo)值[6]。

（2）切線(xiàn)測(cè)量的原理：詳見(jiàn)圖2，0是墩柱底部橫斷面的中心，坐標(biāo)設(shè)為（x0，y0，z0），用R表示圓半徑值。

圖2 圓柱偏心法示意圖

已知a點(diǎn)的坐標(biāo)值（xa，ya，za），定向點(diǎn)為b，ac，ad為圓柱兩側(cè)面的兩條切線(xiàn)，∠cad的角平分線(xiàn)為ae，L為平距。e點(diǎn)坐標(biāo)實(shí)測(cè)值為（xe，ye，ze），其圓心坐標(biāo)推導(dǎo)方法如下：

求得圓心坐標(biāo)為：

利用相同的計(jì)算理論方法，可求出墩柱頂截面的圓心坐標(biāo)值O1（x1，y1，z1），則墩柱的垂直度i計(jì)算方式如下：

見(jiàn)表2、表3，為R4、R7墩墩柱糾偏過(guò)程垂直度測(cè)量統(tǒng)計(jì)情況。由表2、表3可知，采用全站儀切線(xiàn)測(cè)量方法，糾偏完成后，其垂直度滿(mǎn)足規(guī)范及安全運(yùn)營(yíng)要求。

表2 R4墩墩柱糾偏過(guò)程垂直度測(cè)量統(tǒng)計(jì)情況

表3 R7墩墩柱糾偏過(guò)程垂直度測(cè)量統(tǒng)計(jì)情況

3.2.2 圓柱三點(diǎn)測(cè)量方法及原理

相對(duì)于偏心測(cè)量法而言，圓柱三點(diǎn)測(cè)量法對(duì)橋墩所處的地形環(huán)境要求較低[7-8]。任取圓柱表面上3個(gè)點(diǎn)a1、a2、a3，測(cè)量出其坐標(biāo)a1（x1，y1，z1）、a2（x2，y2，z2）、a3（x3，y3，z3），代入方程（x-m）2+（y-n）2=r2，通過(guò)求解方程取得半徑r，圓心坐標(biāo)（m，n），方程式如下：

采用同樣的方法求出底和頂截面圓心坐標(biāo)分別為，0底（m0，n0，z0）、0頂（m1，n1，z），則墩柱垂直度（i）計(jì)算如下：

由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)環(huán)境的原因，R7橋墩在糾偏時(shí)采用圓柱三點(diǎn)方法進(jìn)行測(cè)量，在校正完畢后，垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范和橋梁的安全運(yùn)行要求。

4 結(jié)論

綜上所述，該文提出了兩種不同的圓橋墩垂直度的測(cè)量方法，并結(jié)合兩種測(cè)量方法的特點(diǎn)，對(duì)不同地形條件下的橋墩進(jìn)行了垂直度的糾偏控制測(cè)量[9-10]。這兩種測(cè)量方法只適用于圓柱形的橋墩，以后還需要進(jìn)一步的研究，如箱體等非圓柱體的垂直度。此外，在實(shí)際測(cè)量中，采用這兩種方法進(jìn)行橋墩糾偏時(shí)，由于數(shù)據(jù)處理耗時(shí)太多，導(dǎo)致測(cè)量速度不能達(dá)到工程進(jìn)度的要求，建議進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和編寫(xiě)有關(guān)的計(jì)算軟件，以便對(duì)測(cè)量資料進(jìn)行快速的處理。