特大桥塔桩施工期的位移观测

1、.特大桥塔桩施工期的位移观测总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004特大桥塔桩施工期的位移观测徐立中.刘军(中港三航局南京分公司,江苏南京210011)摘要:主要介绍高塔柱在施工过程中位移变形观测的意义,目的,方法,选取特定施工段进行位移量的测定,并对相应的变形量进行分析.找出塔柱在外界因素影响下的一般变化规律,并在施工放样时采取措施加以避免和修正.关键词:塔柱位移;观测方法;变形规律;预防措施中图分类号:U446.2文献标识码:B文章编号:1002-4972(2004)08007306Dis

2、placementObservationforTowerColumnofExceptionallyBidBridgeXULi-zhong,LIUJun(NanjingBranchCompany,CHEC-ShanghmPortConstmctiorCorp.,Nanjing210011,China)Abstract:Thispaperintroducesthesignificance,purposeandmethodofdisplacementobservationfortalltowercolumnduringconstruction.Theprocedureisasfollows:choo

3、singspecificconstructionsectiontomeasurethedisplacementandthenanalyzingcorrespondingdeformation,findingoutthegeneralvariationlawoftowercolumnundertheinfluenceofexternalfactors,andtakingpropermeasuresduringconstructionsettingouttocorrectthedisplacement.Keywords:displacementoftowercolumn;observationme

4、thod;deformationlaw;preventivemeasure随着桥梁工程发展大桥的塔柱也越建越高.高塔柱的一个显着特点是基础底面积较小.重心较高,且自身有一定的倾斜,钢筋砼结构本身具有一定的柔度,塔柱在施工过程中不可避免地受到日光,自然风力的作用以及施工机械的震动和施工荷载的影响,引起塔柱的变形,塔柱的竖向轴线会发生弯曲和扭转;有时塔柱还有横梁结构,在施工中还存在受横梁施工时预应力张拉影响而产生的竖向轴线弯曲.一般在施工放样中忽略塔柱在建造过程中的位置变化,仅在塔柱竣工后安装桥面拉索时才进行塔柱的位移观测,作为桥面精密安装选定时间段的数据资料.而塔柱施工质量的重要评价指标是,塔柱

5、相邻施工节段共轴性和塔柱竖向轴线的平面位置的施工精度.因此必须在施工期也要进行塔柱位移观测工作.以便了解塔柱在施工期位置的摆动规律和变化量的大小,同时结合塔柱施工放样的精度要求,确定是否采取相应措施来加以避免和消除其位移变形.下面以润扬长江公路大桥悬索桥南塔柱施工期变形观测的实例,来说明施工过程中存在的位移变形.以及具体的观测方法和应对措施.该桥主跨1490m,成南北走向,南塔柱从塔座顶面至塔冠(顶)相对高度达204.58m,塔柱结构形式为单室矩形柱体(见图1),它分别由下塔柱,下横梁,中塔柱,中横梁,上塔柱,上横梁,塔冠等几部分组成的门式框架结构.东,西两塔柱在横桥向对称内倾,其倾斜度iI=

6、1:59.0863;在顺桥向分别向塔柱中线对称内收,其倾斜度is=1:136.387.塔柱截面为中空长方形,外壁四角为半径收稿日期:20040419作者简介:徐立中(1958一),男,江苏扬中人,高级工程师,从事港口及航道工程专业.?73?总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367NO.8Aug.200450em的圆形倒角,内壁四角为45.直倒角;在横桥向的宽度为定值6m,在顺桥向的长度随塔柱的高度按2xi的比例缩小(底面长12.50m,顶面长9.50m),塔柱壁厚除在横梁处为截面有突变外,其它部位在顺,横桥向壁厚基本

7、一致.塔柱的三道横粱均为预应力单室空芯箱式结构.塔柱施工精度要求为:塔柱轴线偏差10mm,高程偏差|0mm塔柱倾斜度不大于1/30oo.r201.58m旦,53.30m一_14530m曼V5445mV4445m0冒1100m0I)I一-塔一冠上至上塔眭f横粱辛眭Fl粱下塔柱一,一蜡.I系靶l谭台OOI图1南索塔立面图2塔柱施工期位移变形的推测(1)劲性骨架(角铁焊制的框架)安装定位后,在其四周放样塔柱外形轮廓线做为钢筋绑扎和内外模板支立的依据.由于塔柱在横桥向有一定的内倾.加上劲性骨架本身有一定的柔度,在钢筋的重力作用下会产生一定的位移,最大的变化方向应与塔柱的斜度一致.(2)各横梁施工前后,

8、由于预应力张拉,横梁自重,支架弹性变形,会对塔柱产生向内侧的拉力,塔柱会发生一定位移,并且方向与拉力方向一致;设计预留位移量为50roB.(3)在日光的照射下,塔柱的向阳面和背阴面会有温差,阴阳两面存在不均匀膨胀,使塔柱向背阴面弯曲:在?74?风力以及施工偏载的作用下,塔柱也会产生弯曲和摆动,且这种摆动是随机的,无序的.3施工变形观测的内容本次变形观测内容为:施工劲性骨架安装定位后,劲性骨架位置在钢筋绑扎前后的变化;横梁施工预应力张拉前后,塔柱平面位置的变化;塔柱在一定的施工高度时受日照,风力影响下,塔柱在水平面的扭转变化.4变形观测的方法和观测点的布置目前对高耸构造物变形观测的方法很多,我们

9、采用与施工测量放样一致方法.全站仪"三维坐标法"对塔柱施工期进行塔柱变形观测,为满足观测精度要求,使用具有双轴自动补偿的高精度全站仪leieaTC2003(测角精度0.5",测距精度lmm+lppm?D).使用该仪器施测快捷有效.观测基点使用大桥控制网的ZYQ55,ZYQO3两个观测墩,ZYQ55控制点在南塔的南面,离塔中心162m,与塔中心夹角为33.ZYQ03控制点位于南塔的正西侧.离塔中心332.5m,全站仪观测角度四个测回,测距两测回,观测周期视工程的进展情况而定,在施工放样的间歇期进行,并随塔柱的爬升在不同的高度时观测,以找到变形大致规律,同时指导施工放

10、样.劲性骨架位移观测点设置在顶部对角各两处,单棱镜焊接在骨架上,采用坐标法监测.对下横梁预应力张拉前后的位移观测,我们采用了两种变形观测方法:(1)坐标法,即实测观测点的横坐标(Y)的变化,观测点(单棱镜)布设在东,西塔柱的外侧,下横梁的上下口处;(2)方向法,即实测观测点在横桥向的变化,观测点布设在东,西塔柱的江侧塔壁上(塔壁上用油漆做照准标记),位于下横梁的上下口处.两种方法使用同种仪器设备,以比对两种方法的精度;对中横粱预应力张拉前后的位移观测仅采用坐标法实施.塔柱变形观测点布设在西塔柱的上,下游侧的塔壁上,利用施工预埋的H型螺母,用螺栓连接单棱镜,附在塔壁上牢固可靠,为了避免施工干扰,

11、观测点设置在施工爬架的修补架处,随爬架的提升,及时拆除和重新安置.5三维坐标法的精度分析三维坐标的计算公式为:X=DsinZeoset,Y=-DsinZsinct,H=DcosZ式中D为测站点至观测点的斜距,z为观测的天总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004顶距,0【为测站点至观测点的方位角;本次我们主要是测定塔柱的平面位置变化,因此将高程计算忽略,根据测量误差传播理论,可知三维坐标法的精度为:Mi=MinZcos2ot+D2cosZcosotM/p2+DsinZsinotM/pM=MinZ

12、sin2ot+D2cosZsin0【Mp+DsinZcosotM/p现知Mz=M则改为:Mx21lvl2I】sinZcos0t+DM/p2(1/2+l/2cos2ot)M;=Msin2Zsinot+DMffp(1/2一l/2cos2ot)按LeicaTC2003的精度,可知Mz=M=0,5,MD=±(1+lppmxD)mm,控制点至观测点的平距分别为312m,198m,天顶距分别为62.,5l.,方位角分别为269.,143.,可得变形观测的精度分别为MxD=±0.67mm,MYD=±1.45mm,MxA=±0.8lmm,MA=-.66mm,完全能满足本

13、次变形观测的要求.6数据采集由于塔柱正在紧张施工.测量任务繁重.变形观测点设置困难,因此数据的采集是穿插在施工测量中,采集的数据是离散的.系统性不很强.6.1劲性骨架的位移观测选4次观测的结果统计见表1:表l位移观测结果次数观测J号变形(r值mitin,x变/l值llnY点in程A+2.O一2.O86.1llB1.5一1.886.O8A一3.55.4l22.152B一2.63.8l22.19A+4.26.8149.123B一6.47.6149.15A+4.89.4176.O84B一7.68.6l76.O2由表l口J.以看出,在塔柱施工高度86m时,劲性骨架的位移量较小,随施工的高度增长而变大.

14、6.2横梁预应力张拉前后塔柱变形观测6.2.1下横梁施工预应力张拉前后.变形观测采用两种方法(1)"方向法"变形观测的结果见表2.(2)"坐标法"变形观测的结果见表3.表2变形观测结果观测点号变形值X(into)点位高程(in)由表2,表3可以看出两种观测方法精度相当,观测的结果都大于设计提供的变形值5mm.6.2.2中横梁预应力张拉前后,变形观测结果见表4(坐标法)表4变形观测结果此次观测结果与设计提供的预计变形量5mm基本吻合.6.3塔柱的变形观测分别列举2002年4月和6月两次的西塔柱施工变形观测,以及8月在塔柱封顶后对东塔柱进行变形观测的观测结果

15、.6.3.14月份的塔柱位移坐标观测由2002年4月12日下午一2002年4月13日下午实测西塔柱东西两侧观测点的坐标及观测点处的塔体温度.绘制的塔体温度变化图见图2.观测点位A(点位高程图24月西塔柱塔体温度?75?总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.20048101214161820222424681012141618时问(h)20020112顺桥向(X)810121416l824246810121416l8时间(h)20112-O4-12横桥向(Y)图3位移观测A,D点变化图140.70m)

16、,观测点位D(点位高程140.80m)的位置变化曲线见图3.此时塔柱高程为158m处,塔柱的悬臂高度为24.5m.6.3.26月份的塔柱位移坐标观测由2002年6月7日下午至6月8日下午实测西塔柱东西两侧观测点的坐标及观测点处的塔体温度,绘制的塔体温度变化图见图4,观测点位A(点位高程175.95m),观测点位D(点位高程176.86m)的位置变化曲线见图5.此?76?81o121416l82022242468lO121416时间(h)2002o708图46月西塔柱塔体温度810l2l416l8222468m12l4l6时间(h)20112-4364Y/-08顺桥向(X)/=/一IlIIJII

17、lIIIIIlII8l01214161824246810121416时间(h)201124364Y/-08横桥向(Y)图5位移观测A,D点变化图时塔柱施工高程至189m处,此时塔柱的悬壁高度为25m.6.3.3塔柱封顶后东塔柱位移观测为了验证夏季在上塔柱施工时采取在早5时一7时进行施工放样及监理验收的可靠性和必要性.我们于塔顶封顶,上横梁第一次砼浇注后.在东塔柱塔顶四角上分别布置4个位移观测点(A,B,C,D),在8月4日上午6时一晚上10时分4次实测观测点三维坐标,取平面坐标作统计分析,了解塔柱在日照及风力的影响下的变形状况,列举观测点A实测的数据见表5,其它点数据略.表中上午6时与晚上1O

18、时的坐标平均值假定为塔柱平衡位置.明显看出观测点A点的坐标值在不同时刻均有变化,其他观测点B,C,D的坐标值也有类似的变化.7数据分析及应对措施7.1数据分析通过以上图表大致分析可以看出塔柱施工期位移有以下特点:(1)劲性骨架安装到120m高度后,钢筋绑扎后会产总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004注:A点平衡位置坐标取上午6时与晚上lO时的平均值,分别为X=93.818,Y=85.834.生10mm的位移量,方向与塔身倾斜方向一致.(2)横粱施工预应力张拉后,塔柱位置明显发生变化,下横梁张

19、拉后塔柱的位移变化量与设计计算量不一致.(3)塔柱的平衡位置基本在晚上10时一上午5时左右,在此时间段塔柱位置变化很小(4)塔柱在El照的作用下,向阳面和背阴面有2.一3.的温差,确实造成了塔柱位置的摆动.西塔柱摆动的大致规律为:上午向西侧移动(横桥向),向北移动(顺桥向);横桥向的变化量要大于顺桥向的变化量,我们分析的原因是由于单塔柱(西塔柱)的横向截面小于顺桥向截面,横向的倾斜为单斜,而顺向的为对称内倾;西塔柱基本向西侧偏转.A点与D点位置不同(A点在东南角,D点在西北角).顺桥向的位移变化方向相反,因此造成塔柱的扭转.(5)由图3可以看出4月份天气较凉爽.1天内塔柱横桥向的位移最大值在中

20、午12点左右,由图5可以看出6月份天气温度较高,日照时间长,1天内塔柱横桥向的位移最大值在14时左右.(6)4月份西塔柱A点横桥向的日摆动的平均值比夜间的平衡位置大5mm,A点顺桥向的日摆动的平均值与夜问的平衡位置基本一致;西塔柱D点横桥向的日摆动的平均值比夜间的平衡位置大3mm.D点顺桥向的日摆动的平均值与夜间的平衡位置基本相同.(7)6月份西塔柱A点横桥向的日摆动的平均值比夜问的平衡位置大5mm,A点顺桥向的日摆动的平均值比夜间的平衡位置大5mm;西塔柱D点横桥向的日摆动的平均值比夜间的平衡位置大4mm.D点顺桥向的日摆动的平均值比夜间的平衡位置大5mm(8)由表5可以看出,当天塔柱位置在

21、上午6时左右与晚上10时左右基本相同(9)8月份为夏季,日照强度大,时间长.此时东西两单塔柱已封顶,且东西塔柱由三道横梁连为整体.在温度应力的作用下,塔柱会发生特定方向的弯曲变形.另外除塔柱自身温度变形外.横梁在温度应力的作用下会发生膨胀.对塔柱有水平向的推力,因此塔顶的平面位置变化主要是由塔柱自身向阳面与背阴面的温差产生弯曲变形与横梁的温度升高(降低)产生膨胀(收缩)应力的共同作用;在地理位置上南索塔的横桥向为东西走向.随太阳的有规律的照射.上午东塔柱应向西偏移,又横梁温度升高产生向东的推力,两力相互抵消,同时也发现横梁的温度应力较大,不仅塔柱在横桥向的变化比顺桥向的要小,而且整个白天东塔柱

22、在横桥向基本向东偏移,晚上随温度的降低才向西回移:只有C点(东塔柱西北角)例外,分析的原因是上午西北角太阳照射不到所至;当天塔柱横桥向(Y)的变化值最大为5mm,顺桥向(x)的变化值最大为22mm:白天东塔柱变形规律大致为上午向北侧偏移,向东侧偏移,下午向南侧回移,继续向东侧偏移.晚上开始向西回移,至晚上10时向南回移结束.向西回移结束;另外可以了解到上午温差大.塔柱的变形量也大7.2应对措施(1)劲性骨架安装至120m后,在劲性骨架定位和放样模板支立线时.对放样坐标进行适当调整.放样定位劲性骨架时有意识地向西侧预偏10mm.保证了塔柱位置的正确和钢筋保护层满足规范要求(2)在横梁施工前后采取

23、有效测量手段加强对塔身的位移变形观测,以验证设计的预偏量,及时进行坐标调整.本次下横梁位移观测量与设计的预测量不符.我们及时将观测成果报监理工程师复核,再提交给设计单位审核,为保证塔柱施工竖向各阶段的共轴性,设计单位要求在中塔柱连续施工中采取修正措施,按实际的偏移量分节段修正塔柱的横坐标,每节向塔柱内侧偏移2mm.待修正到与塔柱设计三维坐标吻合后,再每节向塔柱外侧预偏lmm.直至中横梁高度.(3)向施工进度安排人员说明测量时段的要求.合理?77?总367期第8期2004年8月水运工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004安排生产

24、进度计划,施工放样和监理验收工作.尽量安排在晚上10时一上午10时的时间段内实施.(4)施工放样不能避开上述时段时,尤其在夏季施工.测量人员提前观测了解塔柱位移的规律和位移量.对放样坐标进行相应调整.本次西塔柱施工放样恰好处于该时段时,将横坐标Y增大5mm进行实际操作实践证明修正后效果很好,满足了施工进度.避免了返工.(5)本次高塔柱竣lT验收测量安排在晚上12时进行.成果比较准确可靠.8结语8.1塔柱位移大致规律(1)在温度应力的作用下,塔柱会发生弯曲变形,另外除塔柱自身温度变形外,横梁在温度应力的作用下会发生膨胀,对塔柱有水平向的推力.因此塔顶的平面位置变化主要是由塔柱自身在Et照的影响下

25、,向阳面与背阴面的温差产生弯曲变形与横梁的温度升高(降低)产生膨胀(收缩)应力的共同作用,另外,温差大,塔柱的变形量也大;(2)塔柱的平衡位置基本在晚上10时一次El早5时左右,在此时间段塔柱位置变化很小,为施工放样和验收的最佳时段.其它时段,则应根据塔柱变形值予以修正;(3)通过实地量测风力和风向,发现风力的大小和风向对塔柱的影响相对较小:(4)通过多次的施工放样的精度统计和现场施工荷载的情况记录对应发现,施工偏载的影响不明显.与塔柱悬臂的大小有关.悬臂大时变形量大:8.2塔柱施工测量技术特点(1)采用高精度的仪器,运用"三维坐标法"是高塔测量工程的发展趋势:.;lL.;lL.;lL.址.;.址.址.址.址.址j.L.址.址.址(上接第72页)高淤泥质酸性土的水泥土强度.进而提高复合地基承载力.相比增加水泥掺量效果更为经济有效.(3)深层搅拌桩施工应严格按照相关规范进行操作,同时要根据搅拌桩的承载力特性适当增加上半部分的搅拌时间和水泥掺量.(4)深层搅拌法加固富含有机质淤泥土具有许多不确定性,影响因素较多,我国规范未作详细