自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)線形監(jiān)控測(cè)量研究
2018-03-05
0 引言
上部結(jié)構(gòu)施工階段是懸索橋結(jié)構(gòu)線形控制的關(guān)鍵時(shí)期，需要進(jìn)行大量的施工測(cè)量及監(jiān)控測(cè)量。通常為保證施工監(jiān)控測(cè)量的精確及達(dá)到復(fù)核的目的，在施工測(cè)量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)工作的可實(shí)現(xiàn)性和現(xiàn)場(chǎng)操作便利性要求，進(jìn)行局部控制網(wǎng)優(yōu)化處理，為便于測(cè)量結(jié)果比較及應(yīng)用，監(jiān)控測(cè)量按與施工測(cè)量同網(wǎng)、同基準(zhǔn)點(diǎn)的原則進(jìn)行。
線形測(cè)量包括塔頂偏位測(cè)量、主要構(gòu)造實(shí)際位置成果測(cè)量、主纜安裝線形測(cè)量、索夾安裝位置測(cè)量、吊索張拉過(guò)程主纜和主梁線形測(cè)量。自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)如圖-1所示。
1 塔頂變位測(cè)量
由于主塔在施工和成橋狀態(tài)均通過(guò)吊桿和主纜承擔(dān)相當(dāng)部分的荷載，在不平衡荷載和大氣溫差及日光照射下均會(huì)使主塔產(chǎn)生不同程度的變形，為不影響索力調(diào)整，須掌握主塔在自然條件下的變化規(guī)律。
索塔復(fù)測(cè)工作前，應(yīng)仔細(xì)查閱前期工程竣工測(cè)量資料，它是監(jiān)控計(jì)算及監(jiān)控測(cè)量的直接依據(jù)。同時(shí)，在后續(xù)施工階段中應(yīng)跟蹤塔柱在主梁安裝及合攏過(guò)程中的變形，為主梁安裝控制提供參考數(shù)據(jù)。
主塔變位測(cè)量包括順橋向和橫橋向二個(gè)方向變位值的測(cè)量，塔頂變位的監(jiān)測(cè)采用高精度全站儀進(jìn)行。為對(duì)塔頂變位提供參照，在塔頂及塔身均布置觀測(cè)點(diǎn)，以圓棱鏡做為照準(zhǔn)目標(biāo)，在塔壁四周中線處設(shè)置標(biāo)記測(cè)點(diǎn)，測(cè)站點(diǎn)布置在橋梁軸線上適當(dāng)位置。
為監(jiān)測(cè)日照溫差對(duì)主塔變位的影響，在架設(shè)貓道前選擇氣溫變化較大的一天，進(jìn)行塔柱24～48小時(shí)變位測(cè)試。記錄時(shí)間－氣溫－位移曲線，了解塔柱隨溫度變化發(fā)生的縱橫橋向偏移規(guī)律，為后續(xù)施工過(guò)程測(cè)量提供參考。
本階段的具體復(fù)測(cè)工作如下：
（1）測(cè)量索塔的縱向位置控制點(diǎn)，并做標(biāo)記，結(jié)合溫度測(cè)量，測(cè)定塔頂控制點(diǎn)處的位置和標(biāo)高、主塔塔柱的平面位置，并與計(jì)算值比較，給出這些值的施工誤差。由于這些值直接影響后續(xù)施工，需要仔細(xì)測(cè)量。
（2）因塔頂控制點(diǎn)不易觀測(cè)，為方便后續(xù)工況對(duì)主塔進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需設(shè)計(jì)標(biāo)記點(diǎn)在距塔頂最近、方便測(cè)量且不易被破壞的位置，后續(xù)工況測(cè)量時(shí)將此點(diǎn)作為塔頂位置及標(biāo)高的代表點(diǎn)。當(dāng)前工況需測(cè)量出此標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于控制點(diǎn)的位置（X、Y、Z），便于以后通過(guò)測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)來(lái)求得橋塔的標(biāo)高和縱向位置。
2 貓道架設(shè)過(guò)程中的監(jiān)控測(cè)量
貓道為懸索橋施工中必備的臨時(shí)結(jié)構(gòu),為主纜架設(shè)、索夾和吊索安裝等提供了施工操作平臺(tái)，也是材料及工具的運(yùn)輸通道。貓道作業(yè)全部為高空作業(yè),受自然環(huán)境影響,貓道的架設(shè)難度大、危險(xiǎn)程度高。為了使貓道施工的線形最大限度地接近設(shè)計(jì)線形，除較好地實(shí)測(cè)和控制貓道索的垂度外，應(yīng)對(duì)該工況下橋塔水平位移進(jìn)行復(fù)測(cè)，因?yàn)樨埖赖拇苟扰c索塔、散索套間的距離有密切的關(guān)系。由于自錨式懸索橋貓道線形為空間線形，兩跨貓道索內(nèi)力不同會(huì)導(dǎo)致橋塔偏位，而橋塔偏位又將影響貓道索的施工質(zhì)量，因此必須對(duì)貓道施工時(shí)橋塔水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制。
貓道施工時(shí)橋塔水平位移的監(jiān)測(cè)，可采用坐標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用塔頂測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)。此項(xiàng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)的初始值根據(jù)施工實(shí)際環(huán)境情況測(cè)量結(jié)果取用，實(shí)時(shí)測(cè)量坐標(biāo)與初始值的差值即為該工況下塔頂水平位移量。
3 主纜架設(shè)前橋塔、主鞍座、主纜錨固構(gòu)造實(shí)際位置的成果測(cè)量
貓道架設(shè)完畢后，塔頂標(biāo)高和平面位置受溫度影響的靜態(tài)變形及其變形規(guī)律對(duì)懸索橋上部結(jié)構(gòu)施工中的索塔偏位監(jiān)測(cè)、跨徑變化監(jiān)測(cè)、基準(zhǔn)索股和主纜的垂度控制以及索夾放養(yǎng)等有著至關(guān)重要的影響。此時(shí)，貓道與索塔形成一整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)橋塔、主鞍座、主纜錨固構(gòu)造進(jìn)行測(cè)量，它是索股架設(shè)計(jì)算的直接依據(jù)，本階段具體的監(jiān)測(cè)工作如下：
（1）測(cè)量貓道引起的索塔水平位移及標(biāo)高變化，并測(cè)量發(fā)生位移的溫度；取1個(gè)晚上的2次測(cè)量結(jié)果均值與裸塔結(jié)果進(jìn)行比較以求得偏位值。
（2）根據(jù)理論預(yù)偏量及貓道架設(shè)引起的塔柱縱向位移計(jì)算鞍座安裝預(yù)偏量。施工單位可根據(jù)此預(yù)偏量對(duì)散索鞍和主鞍座進(jìn)行精確預(yù)偏，對(duì)實(shí)際的鞍座安裝預(yù)偏量由不同人員進(jìn)行多次測(cè)量確認(rèn)，然后加水平支承，限制其縱向滑動(dòng)。
橋塔、主鞍座、主纜錨固構(gòu)造測(cè)量后，結(jié)合最新的結(jié)構(gòu)恒載數(shù)據(jù)重新計(jì)算索鞍的預(yù)偏量和基準(zhǔn)絲股的架設(shè)控制線形，設(shè)計(jì)溫度下的計(jì)算值應(yīng)提交給業(yè)主指定單位復(fù)核確認(rèn)。檢查新計(jì)算的預(yù)偏量是否與已設(shè)置的預(yù)偏量一致，如有變化，調(diào)整索鞍預(yù)偏量。
4 基準(zhǔn)索股架設(shè)過(guò)程中的監(jiān)控測(cè)量
基準(zhǔn)索股架設(shè)前，需對(duì)索鞍預(yù)偏量進(jìn)行復(fù)測(cè)，確認(rèn)位置精確無(wú)變化。索鞍預(yù)偏完畢后，即可進(jìn)行主纜基準(zhǔn)索股的架設(shè)。影響基準(zhǔn)索股線形的參數(shù)有溫度變化、橋塔偏位。本階段具體的監(jiān)測(cè)工作如下：
（1）確定基準(zhǔn)索股絕對(duì)垂度監(jiān)控測(cè)量方法
基準(zhǔn)索股垂度測(cè)量采用單向三角高程測(cè)量，在數(shù)據(jù)處理時(shí)考慮當(dāng)?shù)卮髿庹酃庀禂?shù)的改正和地球曲率的改正，而當(dāng)?shù)厮娲髿庹酃庀禂?shù)的獲取，可根據(jù)對(duì)向三角高程測(cè)量試驗(yàn)的方法，在當(dāng)?shù)夭煌瑲夂驐l件下經(jīng)過(guò)試驗(yàn)獲取，所獲得的大氣折光系數(shù)具有一定的代表性，可對(duì)觀測(cè)的垂直角進(jìn)行改正，最后采用改正后的垂直角計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的高程，此法運(yùn)用得當(dāng)?shù)脑?huà)，在500～1000m的范圍內(nèi)，絕對(duì)垂度的測(cè)量可達(dá)到±1.0～1.5cm的精度，可滿(mǎn)足基準(zhǔn)索股垂度測(cè)量的精度要求。
（2）監(jiān)測(cè)橋塔邊跨一側(cè)基準(zhǔn)索股和主纜間相對(duì)垂度
基準(zhǔn)索股相對(duì)高差的測(cè)量，也擬采用此測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，首先采用液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量即聯(lián)通管水準(zhǔn)測(cè)量的方法，在風(fēng)小、夜間溫度變化較小和索股穩(wěn)定的時(shí)候，直接測(cè)量上下游基準(zhǔn)索股間的相對(duì)垂度，再用三角高程中間法復(fù)核上下游基準(zhǔn)索股的相對(duì)垂度；上下游主纜間的相對(duì)高差，也采用這種方法實(shí)施監(jiān)控。此項(xiàng)監(jiān)控項(xiàng)目在虎門(mén)大橋、江陰大橋、海滄大橋?qū)嵤┲星闆r較好，兩種測(cè)量方法的較差一般在±5mm以下，能滿(mǎn)足特大型懸索橋施工監(jiān)控的精度要求。
（3）基準(zhǔn)索股架設(shè)完畢、穩(wěn)定觀測(cè)階段的監(jiān)測(cè)
在基準(zhǔn)索股調(diào)整好之后，要對(duì)基準(zhǔn)索股進(jìn)行至少3天的穩(wěn)定觀測(cè)。在每天晚上3次測(cè)量各跨索股的跨度變化量和索股跨中標(biāo)記點(diǎn)的縱向位置、頂部標(biāo)高。監(jiān)控人員將根據(jù)各次復(fù)核結(jié)果確定基準(zhǔn)索股的架設(shè)精度，如不滿(mǎn)足要求，將需重新調(diào)整基準(zhǔn)索股。
5 一般索股架設(shè)過(guò)程中橋塔變形、梁端位移的監(jiān)控測(cè)量
在一般索股的牽引和溫度、線形誤差等因素的影響將使作用在索塔上的水平力發(fā)生變化，從而導(dǎo)致索塔的變形和梁端的位移，而為控制索股和主纜的線形，從監(jiān)控角度確保索塔安全，必須監(jiān)測(cè)索塔的變形和梁端的位移。
在一般索股架設(shè)過(guò)程中，索塔變形和梁端位移一般是一維變量，主要的變形方向?yàn)轫槝蛳?，所選擇的變形監(jiān)測(cè)方法應(yīng)簡(jiǎn)潔、快速、可靠、高效且易于實(shí)現(xiàn)，才能有效配合施工。在虎門(mén)大橋、海滄大橋、潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋南汊橋懸索橋上部構(gòu)造施工中，均采用測(cè)距儀或全站儀“距離差監(jiān)測(cè)法”，監(jiān)測(cè)上部構(gòu)造施工各工況的索塔變形和梁端位移，取得了較好的監(jiān)測(cè)效果。
6 主纜架設(shè)完成后的成果復(fù)測(cè)
在主纜緊纜之后，要對(duì)空纜線形加以精確測(cè)量。測(cè)量的方法與基準(zhǔn)索股架設(shè)期間的監(jiān)測(cè)方法相同。在進(jìn)行空纜線形測(cè)量之前，解除散索套處的臨時(shí)支承對(duì)縱向的約束，以得到真實(shí)的空纜線形。
空纜狀態(tài)線形測(cè)量要素如下：索塔塔柱頂?shù)目v橫坐標(biāo)、高程、各跨平均溫度、主纜跨中位置及標(biāo)高、散索鞍轉(zhuǎn)動(dòng)量及錨跨溫度。應(yīng)在夜間氣溫穩(wěn)定的情況下測(cè)量3次空纜線形。
測(cè)量成果將用于在施工監(jiān)控仿真分析系統(tǒng)中計(jì)算主纜的架設(shè)精度情況以及根據(jù)橋塔幾何形態(tài)和實(shí)測(cè)空纜線形反算主纜無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度并計(jì)算對(duì)成橋主纜線形的影響量。
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作者簡(jiǎn)介：劉戰(zhàn)（1986--），男，長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院碩士研究生，橋梁與隧道專(zhuān)業(yè)。
