大跨度钢管拱桥测量控制技术及应用

摘 要 本文依据实例介绍了采用缆索吊系统安装大跨度钢管混凝土拱桥中简易、可靠的测量控制方案及注意事项，为今后类似钢管拱桥安装测量积累一些方法和经验。

关键词 钢管拱桥 测量控制 吊装

一、引言

随着桥梁工艺的发展，钢管混凝土拱桥以其在材料、施工和经济上表现出的优势，被人们越来越广泛的应用。相比较支架法和转体施工法，大跨度钢管混凝土拱桥采用缆索吊装-斜拉挂扣施工的工艺在施工精度和控制上更有难度。拱桥的线性通过实测每个节段钢管拱的标高及拱轴线位置并借助扣索和风缆绳实施动态调整来保证。为了能确保主拱肋按照设计线形施工合龙，测量放样的控制精度、方法及速度就显得极为重要。笔者根据现场施工实例及查阅相关资料，对大跨度钢管拱桥测量控制及应用、施工注意事项提出自己的看法，就今后大跨度钢管拱桥测量控制中简易、可靠的方案与大家共同探讨。

二、工程简介

王坡沟南桥是西安临潼国家旅游休闲度假区内骊山大环线控制性桥梁工程之一，大桥位于烽火大道上，桥梁跨越一道天然黄土冲沟-王坡沟。王坡沟南桥主体结构为上承式钢管混凝土拱桥，两侧各布置两孔13.5m等高度连续钢箱梁引桥，主桥拱肋跨径132m，引桥及拱上立柱跨径布置为2×13.5+12+16×8+12+2×13.5m，全桥桥面横坡均为1.5%，桥面位于道路竖曲线上，最大纵坡1.986%。主桥立柱为0.8m×0.8m方钢柱，引桥桥墩为1.5m×1.5m钢筋混凝土方墩，连接墩为2m×2m钢筋混凝土方墩，桥台采用桩接盖梁轻型桥台，桥面单幅宽度19.4m，两幅净距0.5m，桥梁全宽39.3m。主桥拱圈为等截面悬链线无铰拱，主拱净距L0=132m，矢跨比F0/L0=1/6，拱轴系数m=1.320，预留拱度15cm（按推力影响线分配）。左右幅拱圈各由4片高2.5m，由Φ1000mm×16mm钢管弦杆及缀板焊接成哑铃形钢管拱肋，上下钢管外径1m，双缀板外缘间距50cm，每个拱肋中距4.5m，拱肋间采用空钢管横撑连接，横撑为桁架式，上下弦管与主管成60度夹角，形成有间隙的K撑连接，横撑设置方向与拱肋中心线垂直，拱肋接头设计为先法兰连接再焊接，拱圈合龙后，哑铃型钢管拱肋中填充补偿收缩性混凝土，拱圈采用缆索吊装-斜拉挂扣施工工艺双拱肋吊装，现场测量监控采用全站仪等仪器观测。

三、测量项目及安装精度要求

钢管拱桥采用缆索吊装系统施工工艺，其施工技术较为复杂，且难度大、测量项目多，测量的控制直接影响到结构物的吊装安全和合龙后桥梁结构的质量、线形。

1.测量监控项目。（1）东、西岸主地锚水平位移的观测。（2）索塔的平面位移及索塔基础沉降观测。（3）东、西岸拱座水平位移及沉降观测。（4）吊装过程中拱肋的轴线控制及标高控制。

2.安装精度要求。放样精度严格按照交通部最新颁布的《公路工程质量检验评定标准》对钢管拱肋安装的要求来控制。主拱肋安装精度要求如下：（1）面内竖向偏差≤±18mm；（2）面外水平偏差≤±30mm；（3）拱肋间相对偏差≤±25mm；（4）跨径偏差≤±25mm；其中地锚水平位移、索塔平面位移、索塔基础沉降、拱座水平位移及拱座沉降观测按照各自设计工况条件下分别进行控制，观测精度控制在1mm以内。

四、测量前期工作

1.仪器检验。对所使用的测量仪器需进行相关标定检测。

2.控制点布设。观测的控制点布于承台工作顶面，由于采用双拱肋吊装，每组拱肋（两肋拱）采用同偏距、不同里程、两个测量控制点、两台全站仪在桥轴线上同时进行观测，控制单边拱肋，以确保拱肋的线形。此控制点和已知导线点需进行平差闭合，其布设位置如图一所示：

图一 控制点布置图

3.对已完成结构物的检查。在对上部结构进行吊装前需对已完成结构物进行检查、复核。（1）对承台拱座处预埋板几何尺寸、高程及平面位置要进行检查，调整。预埋板安装时相对承台来说是一个立体的定位，在拱座混凝土浇筑完成后需重新复核其位置、角度是否符合设计要求。（2）对桥台及已完成墩柱进行全面的测量复核，检查其平面位置、高程及相关预埋件（箱梁底抗震锚栓）位置是否符合设计要求。

4.对现场预拼胎体上拱肋等构件的大样检查。在钢管拱制作的工艺中已对其关键工艺顶点进行了重点控制，但考虑到运输过程的影响，需重新对其管口椭圆度、管段不平度进行检验和调整，以达到现场拼装要求。预拼前，用全站仪检查预拼段钢管拱大样是否符合设计坐标，预拼后，对胎体上的立体段进行逐段和全面检查，检测其各个部位高程和平面位置，以保证满足设计要求。对钢箱梁及钢立柱的检查同上，主要检查构件大样的相对平面位置和高程等。

5.吊装过程中观测点的布设。观测点的布设共分为一下几部分：（1）主地锚水平位移形变观测采用千分表读取，即在锚固端横梁（钢轨）上安装百分表，然后在不同的加载阶段读取锚固端横梁的形变量，对读取数值分析后锚端是否处于安全状态。（2）索塔平面位置的偏移观测，在两岸索塔的塔顶上各布设一、二个固定点（贴反射片），以便每次加载过程中测出塔架的偏移值，即塔架的挠度。另外，对读取的数值进行分析，分析是否超出索塔设计工况安全范围，以保证下一步工序进行的安全。索塔的沉降观测主要是对索塔基础的沉降进行观测，在索塔与基础的每个固结点处设一固定的观测点，并把加载前的数据记录好，用以观测索塔在每个加载阶段的沉降值。（3）东、西岸拱座的纵向水平位移及沉降观测。在拱座的顶面各设三个固定的观测点，呈同一横断面，在吊装之前先读取它的初始值，并做好记录。然后在拱肋安装加载阶段、拱肋钢管浇注混凝土加载阶段、桥面系加载阶段对观测点的纵向水平位移都做出观测记录，并对数值进行分析。（4）考虑到现场的安装要求，全桥拱肋每个吊装单元（每组拱肋共计五个吊装单元）都需要设置安装的观测点，观测点可选取在每段拱肋的节段分段节点往拱脚水平方向一定距处，辅助以计算机得出其三维坐标，观测点在钢拱肋预拼时应布设完毕。①钢拱肋轴线观测点拟采用在钢拱肋上下弦管顶底面焊接水平且垂直大桥轴线方向标尺的方法，观测时采用全站仪进行观测，如图二所示。②钢拱肋标高观测点拟采用在上弦管标尺上贴设反射片的方法，观测时采用全站仪对标尺上反射片进行观测，从而控制拱肋标高（标高辅以水准仪复核），如图二所示。

轴线观测时，用两台全站仪在相对位置同时进行观测，待上下弦管的轴线控制标尺在同一刻度时方可，期间配合拱肋风缆索及扣索动态调整拱肋节段的线形和标高。

图二 轴线及标高观测点布置图

五、吊装测量方案

钢拱桥测量控制主要有以下几个方面：

1.主地锚水平位移监测。主地锚水平位移的监测使用相应行程的百分表进行监测。

2.索塔平面位移及索塔基础沉降监测。索塔平面位置的观测可使用全站仪全圆测回法进行观测，即观测在塔顶分配梁处布设的固定观测点，每次加载过程测出塔架偏移值，对数值进行分析，以保证吊装的安全，在塔架不是很高的情况下可使用垂球加标尺读出塔顶的相对挠度，以确定是否超出设计工况。索塔的沉降观测可以使用水准仪隔次吊装观测一次，以确定塔架基础有没有发现沉陷。

3.拱座平面位移及拱座沉降监测。利用全站仪观测拱座顶面布设的三个固定点以确定拱座纵向水平位移，利用水准仪对拱座布设固定点进行沉降观测，在每次吊装前读取初始值并做好记录，在拱肋不同的加载阶段做出观测记录，并对数值进行分析。

4.拱肋吊装测量。拱肋在吊装施工过程中，应该尽可能地避开强风、有雾或能见度很低的天气，以确保吊装施工的安全性和准确性。（1）拱肋平面位置观测。在安装拱肋第一节段时，两台全站仪同时置于控制点上，后视对岸桥台相同位置的控制点，由于上下弦管的控制标尺是双肋拱通长布置，故同时观测上下弦管的标尺直至处于同一刻度线上即可认为拱肋处于平衡状态，方便时可辅以水平管加以检查。

安装风缆绳和扣索在同一时间进行，观测人员对安装拱肋节段的轴线和高程的偏差及时跟踪通报，指挥人员根据反馈信息进行精确就位，在保证首节段与拱座连接满足设计要求后，进行下一节段吊装并做好记录。如图三所示。

图三 拱肋吊装顺序图

拱肋合龙应选择在天气晴好的情况下进行。合龙前，全面检查四半孔拱肋的标高、线形，待动态调整到位后再对合龙段进行配切，最终完成拱肋的合龙。（2）拱肋标高观测。拱肋标高的控制测量亦是一个关键、复杂的过程，可利用全站仪的高程测量功能辅助精密水准仪进行，如图二所示。在控制标尺上贴上发射片，利用两台全站仪同时测量，后辅助水准仪测标高，即可把拱肋标高控制在设计范围以内。这要求在胎体大样上布设观测点的时候做到精确无误，每组拱肋数值分别记录，并在吊装过程中一一对应。

同轴线控制测量一样，标高的观测也是一个动态控制的过程，在实际操作过程中，测量人员不断跟指挥人员沟通汇报，指挥人员再根据信息调整扣索精确到位。

六、注意事项

一是由于吊装过程中完全依赖于对观测点的测量，故在胎体大样上布设观测点的精度显得尤为重要，直接影响到后期的测量控制精度，所以在结构物出胎体前需反复核对观测点位置及相关数据。二是结构物上布设的观测标尺不宜太长，否则结构物阶段吊装时扣索会对其影响甚至剐擦到标尺，影响吊装测量时的控制精度，此处需反复计算并模拟现场工况。三是对控制点的保护和导线复测亦是保证吊装测量精度重要的一环。四是由于吊装的过程中是一个动态控制，所以天气的影响需考虑，尽量避免在大风大雾天气吊装。

七、结束语

在控制吊装拱肋的过程中尽量降低客观因素对测量的影响，特别是现场气温变化和大风对拱肋线形的影响。本桥从拱肋起吊到拱肋安装完毕整个过程的测量控制采用跟踪测量法贯穿整个过程，随时报取标高数和轴线偏位数，以及时调整扣索张力，使拱肋达到设计标高。在浇筑拱肋混凝土、安装拱上立柱和安装钢箱梁以及桥面板铺设等加载过程中也要观测记录拱肋的标高变化量和轴线偏移量，及时提供数据用于指导施工，以达到设计要求，依据以上控制方案，王坡沟南桥钢管拱安装合龙精度满足设计要求，并为以后同类工程施工提供参考。

参考文献

[1]王坡沟南桥施工图设计文件.

[2]白羚.钢管混凝土拱桥综合施工技术[J].山西建筑，2008，34（4）：326-327.

[3]JTG/TF50-2011.公路桥涵施工技术规范.