1 工程概况 京杭运河大桥主桥线路与航道中心夹角为100°,大桥设计采用斜桥正做。70m+120m+70m的预应力矮塔斜拉桥横跨京杭运河主桥上部。在京杭运河航道驳岸外设置主墩墩身。引桥为预应力混凝土连续箱梁,标准跨度30m。大桥主墩呈宝瓶状,塔高18.5m。塔身宽度沿桥方向由根部4.4m向顶部2.4m逐渐收窄,采用塔式梁架结构,采用扇形索面布置斜拉索,拉索采用贯通式设计,将防滑锚杆的索鞍放置在分线管中。拉索锚固点梁上水平间距为600cm,塔上竖向间距为100cm。该桥共使用28根拉索,采用定型产品,锚具选用M15–61组锚杆。为提高施工质量和延长索鞍使用寿命,调整每根拉索的长度,确保拉索处于预应力正确状态。拉索的穿线、抗滑、张拉、锚固相互独立,以便于在钢绞线遇到突发事故而受损的情况下单独更换拉索。
1 工程概况
京杭运河大桥主桥线路与航道中心夹角为100°,大桥设计采用斜桥正做。70m+120m+70m的预应力矮塔斜拉桥横跨京杭运河主桥上部。在京杭运河航道驳岸外设置主墩墩身。引桥为预应力混凝土连续箱梁,标准跨度30m。大桥主墩呈宝瓶状,塔高18.5m。塔身宽度沿桥方向由根部4.4m向顶部2.4m逐渐收窄,采用塔式梁架结构,采用扇形索面布置斜拉索,拉索采用贯通式设计,将防滑锚杆的索鞍放置在分线管中。拉索锚固点梁上水平间距为600cm,塔上竖向间距为100cm。该桥共使用28根拉索,采用定型产品,锚具选用M15–61组锚杆。为提高施工质量和延长索鞍使用寿命,调整每根拉索的长度,确保拉索处于预应力正确状态。拉索的穿线、抗滑、张拉、锚固相互独立,以便于在钢绞线遇到突发事故而受损的情况下单独更换拉索。
2 测量控制方法
根据工程特点及现场条件,建立大地四边形控制网。控制网将作为独立的平面控制网,用于斜拉索桥的施工测量,如图1所示(SH表示基准点)。采用全站仪进行平面控制网联测布设,采用水准仪与全站仪三角高程相结合的方法进行高程测量,使用全站仪和水准仪完成基础和主梁的施工测量放样。同时使用全站仪三维坐标法进行墩柱、塔柱、索道管、索鞍的施工测量放样。
图1 大地四边形控制网
2.1 施工控制的原则与方法
对照施工设计图,依据相关规范,对平面坐标、高程的准确度进行核实,并利用表格进行复核计算。使用AutoCAD绘制图示,模拟桥体形状,显示测量控制效果的关键部位。并创建图表数据库,在施工过 程中进行跟踪、分析和测量控制。以AutoCAD绘图模拟桥梁的主要施工过程如图2~图7所示。
图2 施工步骤1示意
图3 施工步骤2示意
图4 施工步骤3示意
图5 施工步骤4示意
图6 施工步骤5示意
图7 施工步骤6示意
上述阶段性目标完成后即启动建设。随后进行数据分析、绘图模拟,在实测数据和期望数据库数据的基础上对相关计算参数进行调整。对更新后的跟踪分 析结果进行整理,建立新的预期数据库。重复上述工作,确保跟踪分析的结果与实际建设相符,从而使每道工序实测数据与预期数据库中的数据一致,对后续施工测量放样过程起到及时调整与控制作用,从而达到可实现的目的。
2.2 控制原则
斜拉桥测量控制由放样→观察→比较→修正→预知→执行等环节构成,循环往复,目标是确保施工放样时对桥梁的精确定位。必须在允许的范围内控制建筑成桥状态下的结构、索道、主梁的线形以及索塔的偏移。应保证测量平面线形、高程及施工后的位移稳定,并符合设计要求。
斜拉桥施工测量控制原理主要分为“双控”和“单控”两大部分。本项目采用自适应控制方式,全程控制施工过程,主要采用双控。在斜拉桥施工过程中,需要对斜拉索的内力和主梁、索塔的位移变化情况进行实时测量和记录,并向有关人员反馈结果。同时,主梁控制点的斜拉索内力和标高应作为控制全桥整体结构状态的双指标,同步测量、记录主梁、索塔断面应力变化。
在施工测量中,发现主梁在施工过程中线形、内力等方面有较大误差时,应暂停施工,待查明原因后,在两者均符合要求的情况下,及时修正、调整。如果在斜拉桥施工测量过程中,不及时对施工实际状态与数据相背离的设计值进行调整,由于误差的累积,最终结构线形和内力与设计数值的成桥状态的偏差就会比较大,甚至产生安全隐患。因此,在测量控制预应力钢筋混凝土斜拉桥的过程中,选择合适的测量控制方法极具挑战性。
本项目采用自适应控制形式的桥梁设计,通过对施工测量反馈数据的记录和跟踪分析对施工控制进行持续修正,用计算分析的结果指导后续的测量放样工作,才能使数据分析更加适用于实际施工过程。
3 观测截面和测点布置
测控的主要任务是监测主梁线形,它对指导后续放样至关重要。因此,必须在各梁段施工时观测主梁各控制点的高程和横向偏移情况,才能得出精确的监控资料。每个梁段上布置1个位移标准测量断面,2个竖向位移测点(SH1,SH2),左、右厢式梁板设2个位移测点(BH2,BH3),中间梁底面设1个位移测点(ZH1)。将7个竖向位移测点(TH1~TH5,BH1,BH4)设置在顶板上,其纵向标准截面和测点布置如图8所示。
图8 主力横梁截面测量点分布示意
3.1 测量主梁及各控制点在各施工过程中的垂直移位
用水准仪测量主梁高程。线形测量工作建议选择天气状况比较稳定的时间段进行,以最大限度地降低温差的影响,避免阳光照射造成梁体不规则的温度变化。同时,为了减少可能发生的变化,应尽可能地缩短测量时间。具体观测步骤如下。
(1)在各梁段悬挂脚手架模板时,应对BH1、BH2、BH3、BH4测点(带中梁的梁段还需测量ZH1测点)的当前梁段箱底高程进行测量。
(2)梁段混凝土浇筑完成后,还需对箱梁底面进行BH1、BH2、BH3、BH4测点标高的测量,并对中间梁段进行ZH1测点标高的单独测量,对当前梁段的TH1~TH5和SH1、SH2测点的高程进行同时测量,还要对相邻3个梁段顶板上的SH1、SH2测点进行高程测量。
(3)梁段预应力张拉完成后,需测量当前梁段位于SH1和SH2测点的高程,同时还需测量相邻3个梁段SH1和SH2测点的顶板高程。
(4)桥梁斜拉索拉紧完成后,需要测量当前梁段位于SH1和SH2测点的高程,同时还需要测量相邻3个梁段SH1和SH2测点的顶板标高。
3.2 测量主梁及各控制点在各施工过程中的水平位移
中线测量主要涉及对桥梁轴线相对于中线点的偏移量的测量。 梁体局部变形或整体偏离主桥中心线通常是由混凝土徐变、现浇段超重以及施工误差、塔柱扭动等多种不利因素造成的。必须保证中线测量与高程测量同时进行,使用全站仪对每个点的三维坐标进行测量并记录。
3.3 基准点埋设及梁段观测点埋设要求
SH1和SH2是设置在距离梁段前端10cm处的观测点。在竖向上电焊固定测点和顶板的上下层钢筋,采用直径为16mm钢筋,钢筋焊好后一定要保持竖直状态。观测点(钢筋)梁顶表面凸出约2cm,为了避免施工时被砸坏,露出钢筋头顶的长度不能太长,且要磨平钢筋头顶面,涂上红色的油漆标记。
3.3.1 主梁板顶面测点布设主墩中心位置
主梁顶板可通过在主墩中间布置水准点控制设计标高,而后续各节标高的测量也可以此高程为基准点。 在主墩的中心位置设立了3个观测点,分别进行观测。
3.3.2 其他梁段高程测点布设
在距梁体段前端面10cm处,7个测点沿主梁横向顶面布置,采用预埋式钢筋固定观测点SH1和SH2。其余5个观测点应设置在梁体块断面模板前端,并用喷涂的红色油漆进行标记(即待浇筑段端面位置),这些观测点均以TH1~TH5为临时标记。
3.4 位移记录及数据整理
(1)采用规定的记录表填写主梁移位数据。
(2)主梁位移资料应包括高程垂直方向及轴线偏位水平方向。
(3)汇总分析各梁段施工完成后的位移观测数据。
3.5 注意事项
(1)以理论计算与实际施工紧密结合为特点的大跨度预应力混凝土斜拉桥的线形控制在整个施工过程中起着关键作用,包括梁、中线偏差位置涉及的全部测量过程。
(2)在施工过程中,建筑材料要堆放在梁体段,产生垃圾及时清理,同时,严格遵守平衡施工顺序。要避免桥面因施工荷载、杂物堆放造成失衡,确保实测数据准确无误。
(3)测量观测工作应以人为单位,以仪器为固定对象,以减少由于人的原因而产生的观测误差。
(4)施工测量组为确保测量工作顺利进行,按设计文件要求认真记录、收集、分析实测数据。同时,还要结合施工设计文件、施工现场实际等情况,对施工现场的各项工作展开分析。
4 斜拉索索道控制
4.1 索道测量控制的目的
斜拉索既影响桥梁内力分布,又对主梁线形有一定影响,是预应力桥梁结构的关键构件。因此,对于斜拉索张拉过程中产生的张拉力和索力的变化,都需要精确测量和定位。
4.2 索道测点布置
斜拉索放样定位,其索力观测点布置如图9中的实心圆点所示。
图9 斜拉索索力测点布置示意
针对大桥斜拉索索力的观测,制订了如下工序目标方案。
(1)完成斜拉索张拉后,逐条观测索管 数据。
(2)在桥面调平层施工完成后,逐个测量、记录斜拉索的平面和标高。
4.3 索道记录及数据整理
(1)要有专门的索道观测成果记录表。
(2)斜拉索每张拉完一次,立刻测量索道的位置及高程。
(3)当数值超过设计限值或发现有异常变化时,及时记录、计算和分析索力观测记录资料,及时向项目部或建控组反映情况。
5 索塔塔顶测量控制
5.1 索塔观测的目的
如果斜拉索的张力不能得到正确的控制,在主塔斜拉索水平分力不平衡的情况下,本桥作为双塔双索斜拉桥,主塔偏移较大,可能会发生塔身受力不利的情况。因此,塔顶位移观测对大桥的测量和控制至关重要,甚至可能影响结构安全。
5.2 索塔测点布置
索塔顶部观测点布置如图10所示。
图10 索塔顶部观测点布置示意
5.3 索塔测量方法
固定单棱镜的观测点设置在索塔上方。在每次进行斜拉索张拉后,为了测出索塔顶部的纵横偏差,采用全站仪测量观测棱镜中心点的三维坐标。
5.4 索塔记录及数据整理
(1)塔顶观测资料用专用记录表填写。
(2)塔顶观测资料应包括 x 坐标、 y 坐标和竖向 z 坐标。
(3)每完成一对斜拉索的张拉后,都要观察分析塔顶的位移变化情况。
6 结束语
利用四边形基线控制网进行放线控制,在放线过程中,采用三维坐标的测量方法完成全桥放线工作。由于混凝土的浇筑和索道钢绞线的张拉会对斜拉桥的测量造成影响,因此,需要及时对相关测量数据进行观察、整理和分析。对测量后续工作的预偏值进行直观修正,通过AutoCAD模拟控制方法证明其有效性。主桥合龙时几乎没有任何误差,完全符合业主和设计要求,确保了斜拉桥索管和索鞍的准确定位。
摘自《建筑技术》2023年12月,李大梁