钢管拱拱肋测量(张鑫、杨晓)

大型钢管拱拱肋测量控制张鑫杨晓三公司曹妃甸西通路高架一期工程摘要：钢管拱线性及高程控制关键词：导线、钢管拱拱肋、测量、控制、监控一、前言通过对曹妃甸西通路高架一期工程主桥在钢管拱拱肋节段安装、合拢段吊装、顶升混凝土浇筑等重点控制阶段进行实时、准确的测设，并认真汇总。整理测量成果来指导和改进施工工艺，确保钢管拱实际拱轴线性与设计拱轴线性相吻合，结构受力与理论相同，对同类桥梁的施工测量控制进行探讨。二、工程概况唐山曹妃甸西通路高架桥工程始于二港池西区中段，主桥工程范围：K6+412～K6+688，主梁采用两座跨径为138M的单索面钢箱叠合梁钢管混凝土系杆拱桥。拱肋钢管通过横撑及斜撑连成整体，横撑及斜撑间距3.5M.横撑截面采用方形，斜撑采用H型，拱肋结构是通过横撑、斜撑和三根主钢管组成的组合式拱圈，主钢管内填充C50微膨胀混凝土，拱肋空间形状为“仿锤形”。主、副拱轴线均为二次抛物线，主拱位于竖直平面内，跨径130m，矢高29.25m，矢跨比1/4.44，主拱采用外径1.8m圆形钢管，壁厚25～30mm，副拱跨径130m，其拱轴线平面与竖直平面夹角为5.296°，副拱平面内矢高32.5m，矢跨比为1/4，副拱采用外径1.4m钢管，壁厚20mm。钢管内部沿纵向每隔3.5m设一道环形横隔板，沿圆弧间隔45°设一道纵向加劲肋，高度160mm，壁厚16mm，对钢管起到加劲的作用。拱肋钢管通过横撑及斜撑连成整体，横撑及斜撑间距3.5m，横撑截面采用方形，截面尺寸为0.6×0.6m，板厚20mm，斜撑截面为H型，翼缘宽度0.3m，截面高度0.6m，板厚均为20mm。为增强拱脚位置拱肋截面的抗弯刚度，设计中采用增加封板的形式将三根钢管连成整体，封板板厚20mm。三、导线点布设因曹妃甸属于沿海地区，平均标高为2.0米以上，最高处为3.0米以上。而西通路高架桥拱肋的最高处标高可达60M左右，采用的是满堂支架施工方案。为了避免高差过大对测量的精度以及满堂支架对视线的影响，我们把导线控制点移至主桥钢梁面及引桥箱梁顶面，以贯穿主桥中心线为控制点向两边辐射形成闭合导线。对各控制点进行坐标转换，把大地坐标转换为以主桥轴线为中心的工程坐标系（以里程桩号为X坐标，左右距离为Y坐标）。钢箱梁中心线控制点延伸点延伸点107控制点113控制点109111图1导线点布设图四、拱肋安装测量控制1、拱脚安装拱脚安装采用了简易支架安装的方法，在安装过程中采用手拉葫芦进行精确定位。图2拱脚初定位拱脚在起吊后，座落在简易的支架上，对拱脚进行粗定位。拱脚粗定位后，测量人员对拱脚进行精确定位，在定位过程中主要采用手拉葫芦对拱脚进行位置调整。拱脚的精确定位以主拱的中线上口及下口的左右及高程为主，以及拱脚封板的两侧中线为测量辅助观察点，待拱脚各项测量指标符合标准后，对拱脚进行临时加固。等吊钩松开后在对拱脚进行复测，查看数据进行校正，最后加固。图3拱脚精确定位2、拱肋节段安装拱肋的施工精度控制贯穿于该型桥施工的全过程，分析其施工的整个过程，拱肋线形主要受加工精度、安装方法、温度、风荷载，高差等因素的影响，因此，拱肋的施工控制过程是一个复杂和系统的过程，也是钢管混凝土拱桥施工的重点和难点。拱肋的控制方法主要指在节段吊装后如何对节段的里程位置，标高进行控制。以满足规范要求使整个拱肋线形保持流畅。主幅拱拱肋在加工出厂的同时根据我们的要求在拱肋的铅垂面上打出相应的码点（中心点），以便安装时的测量控制。在拱肋安装前计算出各拱肋接口处码点中心位置，并在钢箱梁上放出个投影点，以便于用激光垂准仪控制下口轴线位置。δδL-ZG-2L-ZG-3L-ZG-4L-ZG-5111垂准仪垂准仪垂准仪全站仪图4拱肋节段安装观测图拱肋节段安装时用全站仪对拱肋上口的轴线里程桩号，高程进行调控和随时监控，以保证拱肋的平面及高程符合要求。同时在钢梁上放出的控制点上架设激光垂准仪对拱肋下口中心位置及高程进行同步测量，保证安装精度。垂准仪使用时注意事项：1）点位初步确定后，注意一定要将点位上部的结构图看清楚，确保点位的垂直上方投影均在拱肋点位上，因实际中有钢管支架错层的情况，要确保每层都能投测到拱肋上。2）将确定好的点位进行精确的符合、校验。±0.00层点位的精度直接决定主体结构的轴线投测精度。3）在支架架设好后，在拱肋安装之前，在支架中吊准控制点位，预留出测点的空洞。4）在控制点位上架设铅垂仪，对准点位向上投射激光束，在拱肋点位上用激光接收靶进行接收。并旋转垂准仪360°，看其偏心量，取中进行该段拱肋的测设。每安装一段拱肋时，我们都对前一段拱肋进行符合测量，保证下一节段的准确性。副拱安装按相同方法进行。五、拱肋合拢控制合拢段的施工是拱肋拼装的最后一个环节，也是拱肋线形控制的重点，因此应根据不同的施工方法制定相应的合拢方案，在施工中应注意以下几点：(1)主拱合拢段的加工长度，应留有适当预留切割量，以防在拼装过程中，由于焊接收缩而引起的长度变化。(2)合拢时，应按照设计要求的合拢温度进行合拢，以防产生温度应力。因此在拱肋合拢前要对合拢段拱肋弦长进行实际丈量，在L-ZG-6和L-ZG-7端口进行连续3天的测量观测，选择最佳的合拢时间和最佳的配切长度。特大跨度钢管拱桥的安装过程中，在两半拱之间一般都留有50～100cm的合拢段（配切量），目的为调整施工误差和降低合拢的施工难度。在合拢段的施工中，我们选取最合适的温度来合拢，控制全桥线型，通过多次复测、对比，发现温度在22～26℃时，标高、轴线偏位最小；同时根据监控单位的计算，在合拢前对拱肋线型进行上抬，需合拢段标高高于理论值2cm以上，此时测定L-ZG-6和L-ZG-7的空中实际距离，根据实测数据确定调节合拢段的吊装长度（配切量），以便吊装顺利合拢。合拢段吊装时，调节控制拱顶的标高和轴线达到要求值时，立即进行全桥永久焊接，保证拱肋整体性和线型。L-ZG-2L-ZG-3L-ZG-4L-ZG-5L-ZG-10L-ZG-8L-ZG-7L-ZG-6110111δδδδ图5拱肋合拢段安装监测图拱的安装精度，要求拱轴线偏位10mm，拱顶，拱脚高程偏差小于10mm，拱肋相对偏差小于5mm跨径偏差小于10mm。表-1钢管拱肋安装后偏位数据表点号实测设计差值XYHXYHXYH16670.794-0.00634.6156670.7880．00034.62-66526664.0210.00839.2136664.0140．00039.216-7-8336654.962-0.00244.3856654.960．00044.385-22046646.0430.00448.3416646.0370．00048.342-6-4156634.503-0.00866634.5040．00051.84618-766604.238-0.01325.8046604.2380．00025.808013476680.542-0.0115.9126680.5420．00015.9120100由表-1中的数据可以看出标高完全满足设计合拢状态的精度要求，横向偏位均满足设计要求，可以说线形控制取得圆满成功。六、合拢后监测另外，拱肋合拢后，在体系转换以及逐步加载过程中，对拱肋受力及变形全面控制，发现问题及时反馈设计，调整施工中各工作面的合理进度，处理意外的不均衡施工状态对拱肋的施工监测主要内容为：温度监测、应力监测、位移（挠度、轴线）监测等。对各主拱肋拱脚进行变位监测，以确定拱座基础是否有位移。对各主拱肋各控制截面（L/8，L/4，L/2）及劲性骨架接头进行线形和位移监测，以便掌握拱肋的真实位移情况。(表-2)(表-3)(表-2)钢管拱浇筑后偏差值点号设计值合拢后7天14天21天X(m)Y(m)H(m)X(mm)Y(mm)H(mm)X(mm)Y(mm)H(mm)X(mm)Y(mm)H(mm)X(mm)Y(mm)H(mm)16423.936-0.00130.078-20-1-20-12-1001-126436.9060.00139.531-1-1-3-11-111-411-136448.2600.00445.807-10-5-1-2-321-6-10-446461.4300.00150.80100-521-7-1-2-41-1-556475.1790.00453.384-11-5-1-2-310-60-1-666485.9750.00053.55202-4-10-521-4-11-476499.7930.00551.38900-52-1-7-1-1-4-12-686513.1140.00146.80220-2-11-32-1-22-1-296524.636-0.00240.87601-222-11-10-11-1表-3钢管拱浇筑后位移数据一览表目前，由于还无钢管拱桥的施工规范，拱肋的施工精度都以设计文件的要求或参照《公路桥涵技术和施工规范》、《钢结构工程施工及验收规范》、《铁路钢桥制造规则》及《钢管混凝土结构设计与施工规程》等之规定进行精度控制。七、结语在国内已建同类桥梁中，西通路高架桥单幅钢管拱主拱直径1.8m，重186t，共138m长，为国内最大直径钢管拱。该桥的工程实践表明，确立合理的线形控制目标，选定切实可行的线形控制方法，针对影响线形控制精度的各个因素采取合适有效的调整手段是线形控制成败的关键。这些关键技术的运用对其他同类型桥梁的线形控制也具有较高的参考价值。参考文献[1]交通部第一公路工程总公司公路施工手册：桥涵（上、下）【M】.北京：人民交通出版社，2000.3[2]周水兴、何兆益、邹毅松、路桥施工计划手册【M】.北京：人民交通出版社，2001.10