吳 斌

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司,山東 泰安 271000)

0 引言

目前,橋梁不斷向著更長、更大和更柔方向發(fā)展,系桿拱在結(jié)構(gòu)體系和施工方法上都具備卓越優(yōu)勢,結(jié)構(gòu)新穎、造型優(yōu)美,成為拱橋發(fā)展的引導(dǎo)性潮流,跨徑不斷被突破,在城際鐵路中系桿拱橋已屢見不鮮[1]。提籃式系桿拱橋兼具拱與梁的特性,受力特征清晰:主梁主要受彎,拱肋主要承壓,系桿承擔(dān)拱腳水平推力,充分發(fā)揮被組合簡單系統(tǒng)的受力性能,獲得了更強(qiáng)的跨越能力[2]。另一方面,提籃拱施工工藝復(fù)雜、水上施工難度大、測量精度要求高,城際鐵路要求高精度的幾何線性參數(shù)和高平順性的乘客體驗(yàn),特別是當(dāng)采用提升豎轉(zhuǎn)[3]的施工方法時(shí),如何保證高精度合龍及線形符合設(shè)計(jì)要求,測量工作在全過程中顯得尤為重要,必須建立一套區(qū)別于傳統(tǒng)鐵路工程測量的高精度的測量系統(tǒng)[4]。

1 工程概況

新建石家莊至衡水至黃驊港城際鐵路李天木跨捷地減河特大橋51號墩—52號墩跨越捷地減河采用下承式雙線簡支拱橋形式,系梁全長131 m,計(jì)算跨度128 m,矢跨比f/L=1∶5,拱肋立面投影矢高25.351 m,拱肋在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式,吊桿采用尼爾森體系,在吊桿平面內(nèi),吊桿水平夾角在52.39°～71.18°之間,橫橋向水平夾角為82°。拱頂處兩拱肋中心距9.774 m,拱肋橫斷面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面,截面高度h=3.4 m,鋼管直徑為1.2 m。本橋采用先梁后拱的施工方式,梁體采用摩擦樁+鋼管貝雷結(jié)構(gòu)施工,鋼管拱肋在已施工完成的梁體上拼裝合龍,每一拱肋劃分為11個(gè)節(jié)段預(yù)制,根據(jù)吊桿錨頭和橫撐位置每片拱肋劃分為2個(gè)拱腳預(yù)埋段、8個(gè)中間吊裝段和1個(gè)中間合龍段。橋梁路線平面位于直線段,路線縱斷面處于4‰的坡段上。橋梁立面圖平面如圖1,圖2所示。

該橋位于4‰的縱坡上,縱橋向(里程)的確定需要將拱旋轉(zhuǎn)再投影至水平面計(jì)算;拱肋在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式,橫向橋(偏距)的確定需要將拱投影至鉛垂面再計(jì)算。該拱坐標(biāo)計(jì)算考慮因素較多,且建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)屬于高速鐵路,對測量精度的要求也更高。

2 拱橋獨(dú)立控制網(wǎng)布設(shè)

為保證系梁與拱肋控制點(diǎn)坐標(biāo)的一致性,需要在51號墩—52號墩周邊建立獨(dú)立控制網(wǎng),控制網(wǎng)橋下與橋上相結(jié)合,系梁施工利用橋下控制點(diǎn)控制,拱肋安裝主要利用橋上控制點(diǎn)控制[5]。

2.1 平面控制網(wǎng)布設(shè)

利用鐵路既有的CPⅠ,CPⅡ控制點(diǎn)并埋設(shè)橋下、橋上加密點(diǎn)組成平面控制網(wǎng)。采用GNSS靜態(tài)測量的方式進(jìn)行測量,平面控制網(wǎng)等級采用鐵路四等[6-7],時(shí)段長度不小于45 min,衛(wèi)星高度角不小于15°,GPDP值不大于10,約束平差后最弱邊邊長相對中誤差滿足1/70 000。將CPⅠ037,CPⅡ095,CPⅡ096作為已知點(diǎn),對加密點(diǎn)JM01—JM06進(jìn)行二維約束平差?？刂凭W(wǎng)網(wǎng)形圖見圖3。

2.2 高程控制網(wǎng)布設(shè)

3 系梁施工測量控制

系梁為等截面箱梁,梁寬16.5 m,梁高2.5 m,系梁采用支架現(xiàn)澆的形式澆筑,測量控制與普通簡支箱梁類似,較為簡單,拱腳和吊桿套管預(yù)埋是測量控制的重點(diǎn)。

3.1 拱腳預(yù)埋管測量控制

拱腳預(yù)埋管坐標(biāo)計(jì)算時(shí),要考慮因縱坡引起縱向與水平面存在的夾角,夾角為0°13′45″;橫向考慮提籃拱平面內(nèi)傾8°的影響,分別對水平面和垂直面進(jìn)行投影。拱腳位置以放樣點(diǎn)1—5確定,預(yù)埋管以放樣點(diǎn)6,7來控制(見圖4)。各點(diǎn)位采用全站儀來進(jìn)行放樣,放樣精度控制在10 mm以內(nèi),放樣完成后要固定好拱腳模板及預(yù)埋鋼管,在混凝土澆筑過程中隨時(shí)監(jiān)控各點(diǎn)位的位移變化,若出現(xiàn)大的偏差,立即進(jìn)行校正[8]。

3.2 系梁吊桿預(yù)埋套管測量控制

在系梁混凝土澆筑前需要在梁頂板預(yù)埋吊桿預(yù)埋套管[9],梁體預(yù)埋套管待拱肋安裝完成后通過吊桿將梁體與拱連成整體,這要求梁體預(yù)埋套管的預(yù)埋精度要高。首先應(yīng)計(jì)算預(yù)埋套管下錨點(diǎn)坐標(biāo),內(nèi)外吊桿下錨點(diǎn)在橫橋向和垂直方向固定,不用考慮投影的影響計(jì)算較為簡單;吊桿預(yù)埋套管管口是測量控制的重點(diǎn),內(nèi)外吊桿縱向水平面呈一定的角度,橫向傾向內(nèi)側(cè)8°(見圖5)。以內(nèi)吊桿1′為例,計(jì)算該套管口中心D點(diǎn)的縱向、橫向、垂直距離。

套管口中心D點(diǎn)縱向距離AB=AD×cosβ。

套管口中心D點(diǎn)橫向距離CB=AD×sinβ×sin8°。

套管口中心D點(diǎn)垂直距離CD=AD×sinβ×cos8°。

其中,AD為套管長度,m;β為吊桿拱平面傾角,(°);AB為套管口距下錨點(diǎn)的縱向距離,m;CB為套管口距下錨點(diǎn)的橫向距離,m;CD為套管口距下錨點(diǎn)的垂直距離,m。

套管安裝過程中利用角度尺控制縱向和橫向傾角[10],初步固定后使用全站儀校正套管中心位置,位置偏差控制在10 mm以內(nèi),在混凝土澆筑過程中,要隨時(shí)監(jiān)控套管的位移變化,及時(shí)調(diào)整套管姿態(tài)。

4 拱肋支架安裝測量控制

梁體施工完成后需要在梁面上設(shè)置支架[11],為拱肋安裝提供支撐和焊接平臺。支架頂部設(shè)置半月板,拱肋拼裝時(shí)直接將拱肋吊裝至半月板頂部,拱肋底部將不再發(fā)生位移,故支架半月板的安裝精度決定著拱肋的安裝精度,拱肋支架布置見圖6。

4.1 拱肋支架測量控制

在梁面澆筑時(shí)設(shè)置預(yù)埋鋼板,預(yù)埋鋼板的位置應(yīng)按照設(shè)計(jì)位置去放樣。梁體澆筑完成后,支架垂直的安裝在梁面上,安裝時(shí)應(yīng)對支架的四個(gè)支腿整平,吊立過程中用全站儀實(shí)時(shí)監(jiān)控支架的垂直度,保證支架安裝在設(shè)計(jì)位置。

4.2 支架半月板安裝測量控制

支架安裝完成后,在支架大小里程側(cè)安裝半月板[12],半月板中心為拱肋下鋼管的最低點(diǎn),如圖7所示。半月板中心里程為支架里程,半月板中心里程所對應(yīng)的高程可在拱立面圖中量出,其相對拱原點(diǎn)的內(nèi)移值可根據(jù)下列公式求得。

L=[H+0.006-H1-(D-D1)×4‰]/cot(8°)+0.084。

其中,L為內(nèi)傾后相對于拱原點(diǎn)的內(nèi)移值,m;H為半月板里程在拱立面所處的高程,m;H1為拱原點(diǎn)高程,m;D為半月板里程,m;D1為拱原點(diǎn)里程,m。0.006為拱平面最低點(diǎn)A和垂直投影面最低點(diǎn)B間的高差,0.084為拱平面最低點(diǎn)A和垂直投影面最低點(diǎn)B間的水平距離。

通過上式求得內(nèi)移值后,可根據(jù)曲線要素求得半月板中心坐標(biāo),校正半月板中心坐標(biāo)應(yīng)采用全站儀,坐標(biāo)偏差控制在10 mm以內(nèi)。

5 拱肋安裝測量控制

5.1 拱肋安裝前準(zhǔn)備工作

1)拱肋安裝前要檢查拱肋的加工精度,重點(diǎn)檢查鋼管尺寸、拱肋縱向長度、弧度、吊桿上錨箱位置,復(fù)核預(yù)埋拱腳、吊桿預(yù)埋套管的位置。2)在拱肋管口上下軸線位置貼反射貼片,便于全站儀測量坐標(biāo)。

5.2 拱肋安裝測量精調(diào)

支架及半月板定位完成后,開始吊裝拱肋,拱肋安裝從拱腳側(cè)逐節(jié)往拱頂側(cè)安裝,合龍段設(shè)在拱頂。每一節(jié)段拱腳側(cè)與上一節(jié)相連,測量控制以控制拱頂側(cè)上下鋼管軸線為主,具體測量方法為:

1)架設(shè)全站儀,由測量人員測得鋼管軸線坐標(biāo),根據(jù)線路要素反算該點(diǎn)的里程。

2)根據(jù)實(shí)測計(jì)算出的管口里程求得該點(diǎn)在拱立面圖中對應(yīng)的高程,再根據(jù)里程、高程計(jì)算相對于拱軸線原點(diǎn)的內(nèi)移值,進(jìn)而確定橫向偏距,由于下管軸線與半月板中心重合,這里只計(jì)算上管口軸線內(nèi)移值,計(jì)算公式為:

L=[H-0.006-H1-(D-D1)×4‰]/cot(8°)+0.084。

3)根據(jù)計(jì)算所得的上下管口軸線坐標(biāo)與實(shí)際管口軸線對比,指揮安裝人員將拱肋軸線調(diào)至計(jì)算位置。校正拱肋時(shí)要固定拱腳側(cè)管口,先調(diào)整高程,再橫向調(diào)節(jié),直至調(diào)整到規(guī)范要求以內(nèi),允許偏差見表1。

表1 拱肋節(jié)段拼裝允許偏差

5.3 吊桿安裝測量控制

吊桿安裝精度控制的重點(diǎn)主要是在兩個(gè)階段:一是在梁體澆筑前要準(zhǔn)確控制吊桿預(yù)埋套管的位置,要保證下錨點(diǎn)和預(yù)埋套管管口的定位精度;二是在拱肋安裝時(shí)要精確定位,拱肋精調(diào)完成后,測量上錨箱中心坐標(biāo),并與設(shè)計(jì)位置對比,偏差過大及時(shí)調(diào)整。

6 系桿拱完工復(fù)測

拱肋拼裝完成拆除支架后,架設(shè)全站儀復(fù)測拱肋及吊桿位置,經(jīng)檢驗(yàn)拱肋和吊桿孔的水平位置、高程滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。復(fù)測數(shù)據(jù)見表2,表3。

表2 拱肋位置復(fù)測數(shù)據(jù)

表3 吊桿位置復(fù)測數(shù)據(jù)(部分?jǐn)?shù)據(jù))

7 結(jié)語

提籃式系桿拱橋測量控制時(shí)要考慮縱向坡度和橫向內(nèi)傾等因素的影響,要分別對水平面和垂直面進(jìn)行投影,通過采用正確的計(jì)算方法,結(jié)合高精度的測量控制,實(shí)現(xiàn)了提籃式系桿拱的順利合龍。本文對提籃式系桿拱橋測量控制過程中的計(jì)算和實(shí)測方法進(jìn)行歸納總結(jié),為后續(xù)類似工程施工提供參考。