大桥悬索桥上部结构施工测量.docx

1、悬索桥上部结构施工测量摘要：本文主要介绍厦门海沧大桥悬索桥上部结构索鞍、猫道、主缆架设、索夹定位及钢箱梁吊装等施工中的测量工作、方法及精度控制等。关键词：厦门海沧大桥上部结构测量厦门海沧大桥悬索桥是跨径为230+648+230米的连续三跨全漂浮体系悬索桥，上部结构主要包括：索鞍、猫道、主缆、索夹、钢箱梁等项目。单侧猫道宽3.6米、承重绳6根，主缆直径0.57米，由110束索股组成，全桥钢箱梁为94片，为了使上部结构的施工状态最大限度地接近设计状态，要求测量精度能满足施工要求，控制方法得当并与施工方法密切配合、准确快速指导施工。1、上部结构施工对测量控制的技术要求主索鞍座底板轴线相对于桥轴线偏差

2、限差为10mm,相对于塔顶轴线偏差限差为10mm,主索鞍座底板高程相对于塔顶混凝土面偏差限差为l()mm,水平度限差为l()mm；散索鞍座底板中心位置相对于桥轴线偏差限差为10mm,高程相对于混凝土面偏差10mm；猫道承重绳的施工，对其垂度精度要求不高，但为了保证主缆的顺利架设及使每根承重绳均匀受力，要保证猫道面距主缆的间距在1.21.5m之间，每根承重绳的相对高差小于2cm；要使主缆线型符合设计要求，并考虑现有的测量手段精度及实际情况，主缆基准丝垂度的误差不大于1.5cm。丝股间相对高差控制在00.5cm之间；索夹位置误差小于1.0cm；桥面高程调整要保证桥面平顺。2、控制网及坐标转换为了上

3、部结构施工监控测量工作要求，在主桥附近根据实际条件加设了必要的控制点如图1,并参与全桥GPS控制网复测平差，这样作为上部结构施工测量的所有控制点都是二等GPS点，精度较高，能满足施工要求，东、西锚碇附近也各有一个二等水准点，并按二等水准测量要求把高程传递到各个二等GPS控制点上作为高程控制点。厦门海沧大桥施工测量控制坐标采用国家坐标系，其坐标轴不与主桥桥轴线一致，为了简化计算、施工方便、增强现场实施可操作性，对原有控制网进行坐标转换，以东塔中心为坐标原点，桥轴线方向(海沧一a厦门)为X轴，施工定位便以新的坐标系进行计算、控制。坐标换算采用以下公式x=(X-Xo)-Cosa+(Y-Y0)Sina

4、y=-(X-Xo)Sina+(YY()Cosa式中：x、y为新的坐标系坐标；X。、Y为东塔中心点的国家坐标；a=912544.1X、Y为换算点的国家坐标。3、索鞍安装施工控制索鞍安装施工关键在于主索鞍钢框架及散索鞍座板安装精度控制，两者施工控制方法基本相同，但在考虑到索塔受日照、温度变化会发生扭曲变形影响下，将钢框架安装监控点的建立放到夜间温度稳定时进行，而散索鞍座板安装可不受限制。为了便于施工，钢框架安装前利用夜间温度稳定时在地面两个二等GPS控制点上设站，按四等精度要求在南、北塔顶各放出一个监控点作为钢框架安装的平面控制点，同时采用对向三角高程法在塔顶放出一个高程控制点。在白天安装调整时采

5、用全站仪及精密水准仪进行控制安装。根据仪器精度及现场条件，测量精度能满足要求。安装好后，根据实测结果，钢框架及散鞍座板平面位置误差在土10mm内，高程误差在10mm内，符合施工要求。在此基础上吊装主索鞍和散索鞍并加设预偏量。东、西塔及东、西锚竣工后的三跨跨径偏差列于下表中：跨度段设计跨径(m)实测跨径(m)偏差(mm)相对精度东西塔北塔柱间648.000648.00404.01/162000东西塔南塔柱间648.000648.00424.21/154000东锚北支墩至东塔北塔柱229.103229.1015-1.51/152700东锚南支墩至东塔南塔柱229.103229.1005-2.51/

6、91600西锚北支墩至西塔北塔柱229.103229.0980-5.01/45800西锚南支墩至西塔南塔柱229.103229.1018-1.21/1909004、猫道架设猫道是为了主缆施工搭设的空中工作便道，主要为主缆施工服务。猫道施工测量工作主要是对猫道承重索垂度的监测，由于承重索架设时处于悬空状态，无法走人，只能采用极坐标法计算单向三角高程。首先测出承重索两端与塔、锚连接处的空间坐标，并推算出每根承重索跨中点的坐标，作为承重索垂度监测点坐标，在地面两个控制点上架设两台全站仪按极坐标法分别瞄准同一跨中心点，读取竖直角，根据计算距离、竖直角及站点高程、仪器高计算跨中点的高程，在两台仪器所测结

7、果相差不大时，取其平均值，再与设计高程比较，以此计算承重索的调整长度，并对承重索进行调整，经过多次进行观测、调整，直到承重索垂度满足要求为止。猫道承重索的架设，除了绝对高程满足要求外，还要保证承重索之间的相对垂度，使所有承重索均匀受力，保证结构安全可靠，相对垂度调整待猫道面层铺装完成后进行，这时人到猫道跨中，用棱镜直接测出各承重索之间的相对垂度，并作相应的调整，直到各承重索之间的相对垂度在1cm内，能达到的精度及精度分析与主缆架设类似。5、主缆架设在主缆架设过程中，首先安装基准索股(第一根索股)，在夜间气温变化小、大气对流稳定时进行调整，并以尽可能高的精度和可靠性将其调整到设计垂度，其它索股的

8、架设和调整都以基准索股为基准，通过测量各索股与基准索股相对垂度进行垂度调整。(1) 、准备工作在主缆架设前对塔、锚平面和高程、跨径等作一次全面的测量，为主缆线形计算提供可靠依据；最佳调整时间段的选取；大气折光系数K值的测定，即在最佳调整时间段内测出主桥塔区具有代表性的大气折光系数K值。(2) 、测量方法基准索股的观测调整在夜间温度较稳定的时间段内进行，温度稳定的基本条件是：索股长度方向的温度差小于2C,索股断面上的温度差小于EC。对基准丝和主缆跨中垂度观测，采用两测站单向三角高程测量方法，按四等三角高程测量的精度要求施测，计算公式：H=H()+SSina+(l-k)S02/(2R)+i-v式中

9、Ho为测站点高程，S为斜距，So为平距，a为竖直角，k为大气折光系数，R为当地地球曲率半径，i为仪器高，v为目标高。根据两个测站的观测成果的平均值，与设计值比较，作为基准索股调整依据，调整顺序：中跨一边跨一锚跨，经过反复观测调整直到跨中垂度均满足设计要求为止。基准索股调整好后，要进行23天的连续跟踪观测，说明基准索股的垂度已经稳定并符合要求后，才可以作为其他一般索股垂度调整的基准。两根基准索股间的相对垂度精度要求较高，须控制在10mm以内，在基准索调整好后，用连通管水准测量方法检测两基准索的相对垂度，必要时进行垂度调整。(3) 、精度分析对于单向三角高程计算公式按中误差传播定律，忽略一些较小项

10、可求得：M2h=M2ho+(Sina)2M2S+(Sosa)2M2a/P+(S02/2R)2M2k+M2i+M2v式中Mho为测站点高程中误差，根据二等精度控制网情况，可取MHo=2mm；M、为测距中误差，根据仪器精度，Ms=(22+22XS2)05(S以公里为单位，约0.6km)；Ma为竖直角测量中误差取2.5”;Mk为大气折光系数采用值中误差，取Mk=0.05；Mi和Mv为仪器高和目标高测量中误差，根据经验可取Mi=Mv=2mm；取a=15、S=600m,代入上式可估算出取两测站平均值时跨中点三角高程测量中误差为：M=Mh/2-5=5.6mm若取2倍中误差为极限误差，则垂度测量误差可控制在

11、11.2mm以内，这个精度可以满足基准索股垂度控制的精度要求。(4) 、基准索股调整好后垂度测量结果经过3个晚上对调整好后的基准索的跟踪稳定观测，观测结果经统计分析，实际垂度达到精度见下表，观测结果表明基准索股的垂度不仅满足15mm的绝对标高的要求，同时也满足南北基准索股的相对高差不大于10mm的要求。东边跨偏差(mm)中跨偏差(mm)西边跨偏差(mm)南-6.3+1.3-5.8北-1.1-1.8-2.2(5)、一般索股相对垂度调整白天架设的一般索股在夜间气温稳定时进行调整，温度稳定条件同基准丝调整温度条件，调整顺序、方法也同基准丝垂度调整相同，只是垂度调整依据不一样，是直接用卡尺量出待调整索

12、股与基准索股之间的垂度差作为依据进行调整。经过反复调整，使索股处于最佳状态，误差在05mm之间，保证索股间不互相挤压，尽量做到若接若离状态，保持基准索股原有线形，并且在一般索股调整过程中，定期复测基准索股线形及塔顶偏位。6、索夹定位主缆施工完成后，测出主缆线形、塔顶位置及三跨跨径为索夹位置计算提供一个初始数据。采用距离法放样：在塔顶设站，后视另一塔顶，测量跨径，并与设计跨径比较，对每个索夹设计里程进行修正，采用距离测量方法放出各个索夹修正后中心线的位置（索夹中心线与主缆天顶线交点），并根据该处主缆的倾斜角及主缆半径计算放样点到索夹两端点在主缆天顶线上的距离，用直尺量出两端点，在端点外10cm另

13、作标记作为检查线。索夹位置放样在夜间温度稳定、风小时进行，因为此时顺桥向、横桥向温差小，主缆发生扭转变形较小，天顶线放样容易控制。距离法放样采用精度为2mm+2ppm的DTM-450全站仪进行，放样点的精度按误差传播定律有：M2=ms2+ini2+m22+1H32式中m、为测距误差，ms=l22+（2XO.4）2o,5=2.15mm；m】为仪器安置中误差，m?为棱镜安置中误差，根据经验取mi=2mm,m2=3mm；m3为站点中误差，取m3=2mm代入上式得：M2=2.152+22+33+22M=4.6mm取二倍中误差为极限误差，则V2M=9.2mm，能满足1cm的放样精度要求。7、钢箱梁吊装期

14、间的施工测量钢箱梁吊装期间的主要任务是塔偏位的监测、无索区梁段线形调整及定期测量主缆线形、梁顶高程及塔、锚沉降。为了确保塔的安全及主索鞍预偏顶推复位，在前几段加劲梁吊装过程中对塔的偏位进行跟踪监测，分两次将主索鞍偏位（544mm）及时顶推复位，此后定期进行监测。连续三跨悬索桥钢箱梁吊装过程中的难点在于塔、锚无索区加劲梁段线形调整及接连。塔、锚无索区各有三段梁没有中索，其重量在钢箱梁焊接、体系转换后由相邻吊索及锚碇横梁支座承载。为了保证全桥线形顺畅，根据实测线形和理论计算确定无索区梁段的调整坡度。塔无索区的三段梁在缆载吊机提吊及横梁临时支架的支撑下首先进行坡度调整并焊接起来，再与两侧相邻一段梁（有吊索）进行连接，并调整坡度,满足要求后焊接起来，此五段梁作为一整体落架、卸载进行体系转换，重量全部转移到相邻吊索上。锚无索区三段梁在钢支架上进行水平调整（加设预拱）并焊接，在缆载吊机的提升作用下，将此三段梁与相邻一段梁（有吊索）连接