短線匹配法箱梁節(jié)段預(yù)制測(cè)量方法研究

陳 昊，夏 輝

(1.河海大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

0 引 言

隨著我國(guó)交通事業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程需要，橋梁建設(shè)進(jìn)入高峰期，橋梁分段施工方法和技術(shù)愈發(fā)重要[1]。其中，靈活便捷的短線匹配法應(yīng)用地越來(lái)越廣泛[2]。

短線法預(yù)制節(jié)段箱梁是預(yù)先將幾十米長(zhǎng)的箱梁分割成2～3 m的若干小箱梁分別(節(jié)段)預(yù)制，再現(xiàn)場(chǎng)拼裝的橋梁預(yù)制技術(shù)[3-4]，與整體一次預(yù)制方法——長(zhǎng)線法相對(duì)應(yīng)[5]。短線法臺(tái)座中，作為下一梁段澆筑基準(zhǔn)，本次澆筑梁段移動(dòng)至匹配梁段位置后調(diào)整匹配梁段位置、姿態(tài)的測(cè)量過(guò)程就是匹配測(cè)量[6]。節(jié)段梁匹配過(guò)程中，傳統(tǒng)方法使用多個(gè)測(cè)量塔共同完成定向，且使用幾何水準(zhǔn)法控制匹配梁段高程[7]，過(guò)程繁瑣、效率較低。本文采用固定端模中心定向法同時(shí)使用全站儀三角高程法進(jìn)行高程控制，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

1 基礎(chǔ)設(shè)施

箱梁節(jié)段預(yù)制過(guò)程中基礎(chǔ)設(shè)施一般分為預(yù)制臺(tái)座和測(cè)量塔2個(gè)部分，預(yù)制臺(tái)座是操作平臺(tái)，也是短線匹配法預(yù)制箱梁工藝中的關(guān)鍵設(shè)施。預(yù)制廠一般設(shè)計(jì)多個(gè)臺(tái)座(圖1)流水作業(yè)生產(chǎn)，每個(gè)臺(tái)座對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)量控制點(diǎn)(觀測(cè)墩測(cè)量塔)。

圖1 臺(tái)座及測(cè)量塔示意圖

測(cè)量塔是短線匹配法預(yù)制梁段控制測(cè)量精度的主要設(shè)施，需滿足“精度高、變形小、高穩(wěn)定性”要求。測(cè)量塔上采用定制的可左右微調(diào)移動(dòng)的強(qiáng)制對(duì)中底盤，以減小儀器對(duì)中誤差。匹配測(cè)量要求測(cè)量塔必須設(shè)置在臺(tái)座軸線上。在長(zhǎng)期施工中，當(dāng)臺(tái)座、測(cè)量塔由于沉降等原因產(chǎn)生變形時(shí)，可左右調(diào)整強(qiáng)制對(duì)中底盤以保持臺(tái)座、測(cè)量塔和模板軸線的共線性。

2 匹配測(cè)量流程

短線法箱梁節(jié)段預(yù)制中，匹配測(cè)量的主要工作是將澆筑完成的節(jié)段通過(guò)放樣測(cè)量方法調(diào)整至計(jì)算得出的相應(yīng)位置，為后一榀梁的澆筑提供基準(zhǔn)(圖2)，主要測(cè)量工作包括：① 整個(gè)預(yù)制階段中臺(tái)座、測(cè)量塔變形監(jiān)測(cè)及出現(xiàn)變形后的分析、調(diào)整；② 模板安裝測(cè)量，建立預(yù)制坐標(biāo)系，包括臺(tái)座軸線放樣、固定端模與軸線垂直性測(cè)量、固定端模水平測(cè)量；③ 澆注完成后、拆模前的控制點(diǎn)測(cè)量；④ 匹配梁段的匹配測(cè)量(包括固定端模檢測(cè))；⑤ 澆注完成后、拆模前重復(fù)③中的控制點(diǎn)測(cè)量(包括匹配梁段的控制點(diǎn))。

圖2 短線匹配法測(cè)量流程

3 短線匹配法測(cè)量

工程中短線匹配法測(cè)量主要分為固定端模精確定位、本梁段澆筑前匹配梁段位置放樣和本梁段澆筑后控制點(diǎn)布測(cè)3個(gè)部分。

3.1 固定端模精確定位

匹配測(cè)量過(guò)程中需建立平面坐標(biāo)系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)，其合理性及控制精度將直接影響箱梁節(jié)段預(yù)制的線形控制精度[8]。短線匹配法測(cè)量平面控制基準(zhǔn)的直角坐標(biāo)形式為：以臺(tái)座軸線為X軸，Y軸垂直于X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，Z軸垂直于XY平面方向向上。匹配測(cè)量時(shí)，儀器架設(shè)于測(cè)量塔，照準(zhǔn)固定端模中點(diǎn)I1定向，建立平面坐標(biāo)系(圖3)，以固定端模左右側(cè)的LI1與RI1兩點(diǎn)進(jìn)行檢核。高程基準(zhǔn)定義為：模板安裝驗(yàn)收合格后，以固定端模頂面高程為0，換算測(cè)量塔高程并互為檢核。

圖3 臺(tái)座坐標(biāo)基準(zhǔn)示意圖

固定端模安裝時(shí)需控制其在水平和豎直方向的轉(zhuǎn)角，即需控制其模面與現(xiàn)澆梁段中軸線(測(cè)量視準(zhǔn)線)垂直，在豎向上保持鉛直且其上翼緣需水平。平面控制基準(zhǔn)與高程基準(zhǔn)都以固定端模為核心，固定端模的安裝精度將直接影響匹配測(cè)量結(jié)果。為此，固定端模安裝時(shí)需采用高精度全站儀和精密水準(zhǔn)儀反復(fù)趨近調(diào)整，直至中線、垂直度和水平度誤差在±2 mm之內(nèi)。

3.2 匹配梁段測(cè)量

梁段澆筑完成后，作為匹配梁縱向移動(dòng)，使其與固定端模間的距離大致等于下一梁段寬度，實(shí)現(xiàn)匹配梁段初步定位。

儀器照準(zhǔn)固定端模中心點(diǎn)I1進(jìn)行定向，檢核LI1、RI1坐標(biāo)。采用全站儀三角高程法分別測(cè)量匹配梁段上點(diǎn)FR1、BR1、FL1、BL1的相對(duì)高程(圖4)，多次調(diào)整使其與設(shè)計(jì)值的差異在±2 mm以內(nèi)。匹配梁高程調(diào)整完成后，進(jìn)行軸線調(diào)整：測(cè)量調(diào)整匹配梁軸線點(diǎn)FH1、BH1、Y坐標(biāo)值直至匹配梁處于理論位置為止。

圖4 梁段控制點(diǎn)

完成匹配梁的高程和平面軸線定位后，需調(diào)整澆筑梁段梁長(zhǎng)：測(cè)點(diǎn)FH1和BH1的X軸坐標(biāo)值整體平移匹配梁，調(diào)整梁長(zhǎng)時(shí)軸線會(huì)產(chǎn)生微小變化，此時(shí)需反復(fù)調(diào)整軸線控制點(diǎn)FH1、BH1的X、Y坐標(biāo)，使其符合要求。最后測(cè)量每個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)確保與匹配理論數(shù)據(jù)的差值在±2 mm以內(nèi)。

3.3 澆筑梁段控制點(diǎn)布設(shè)測(cè)量

在節(jié)段梁澆筑完成和混凝土未凝固前需安裝如圖4所示的6個(gè)控制點(diǎn)[9]，用于本次澆筑梁段移動(dòng)到下一澆筑梁段匹配位置時(shí)的匹配測(cè)量。6個(gè)控制點(diǎn)分為4個(gè)高程控制點(diǎn)FR、BR、FL、BL和2個(gè)平面控制點(diǎn)FH、BH，梁段移動(dòng)至匹配位置時(shí)可通過(guò)調(diào)整控制點(diǎn)坐標(biāo)把控整個(gè)梁段位置。

待現(xiàn)澆梁段混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，測(cè)量采集6個(gè)控制點(diǎn)在預(yù)制坐標(biāo)系下的坐標(biāo)用于計(jì)算匹配坐標(biāo)。采集控制點(diǎn)坐標(biāo)后，分析匹配梁段頂面6個(gè)控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)匹配坐標(biāo)值與理論匹配坐標(biāo)值差異及匹配位置偏離情況，計(jì)算現(xiàn)澆梁段的預(yù)制誤差，并計(jì)算下一梁段線形調(diào)整值和匹配坐標(biāo)。

4 精度分析

4.1 平面控制精度

匹配測(cè)量的基礎(chǔ)為固定端模和測(cè)量塔，其相對(duì)關(guān)系已在安裝時(shí)精確測(cè)定，滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)匹配方法，平面控制由匹配梁的軸線左右偏差(Y坐標(biāo)方向)和前后軸長(zhǎng)(X坐標(biāo)方向)控制，分步進(jìn)行。

軸長(zhǎng)控制在FH1—BH1軸線上相對(duì)于固定端模進(jìn)行，測(cè)量塔高度與匹配梁高度相近，因此，軸長(zhǎng)精度相當(dāng)于全站儀測(cè)距精度±1 mm左右。

由匹配測(cè)量方法，軸線左右偏差為測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定端模中心的距離：

Y=Y0+Dcos (a)

(1)

式(1)中，Y0為測(cè)量塔相對(duì)于固定端模中心的坐標(biāo)，由于兩者位于軸線上，所以坐標(biāo)值一般為0，安裝時(shí)已精確測(cè)定(忽略誤差)；D為測(cè)量塔至目標(biāo)水平距離；a為方位角，其方差形式為：

(2)

式(2)中，水平距離D約20 m，精度σD為±1 mm，本文工程實(shí)例中方位角約30°，測(cè)角精度σa為±0.5″，ρ=206 265，估算軸線控制精度為±0.9 mm。

4.2 高程控制精度

匹配測(cè)量中，通過(guò)4個(gè)高程控制點(diǎn)調(diào)整匹配梁段高程。以固定端模中心點(diǎn)I1為基準(zhǔn)，采用全站儀三角高程法精確測(cè)得控制點(diǎn)高程。高程誤差為控制點(diǎn)與固定端模中心點(diǎn)高程差和設(shè)計(jì)高程間的差值：

h=D·sin (β)-H0

(3)

式(3)中，H0為固定端模中心點(diǎn)相對(duì)于測(cè)量塔的高程差，由于測(cè)量塔及固定端模都經(jīng)過(guò)精確定位安裝，所以此高程差值固定(忽略誤差)；D為測(cè)量塔至目標(biāo)水平距離；β為豎直角，其方差形式為：

(4)

式(4)中，距離D約為20 m，測(cè)距精度σD為±1 mm，本工程實(shí)例中豎直角約20°，測(cè)角精度σβ為±0.5″，ρ=206 265，估算高程精度為±0.3 mm。

5 工程實(shí)例

本工程所在預(yù)制場(chǎng)具有日均生產(chǎn)十余榀節(jié)段梁的能力，每榀梁都要經(jīng)過(guò)移梁后匹配、澆筑前檢核和移梁前控制點(diǎn)數(shù)據(jù)采集測(cè)量3道測(cè)量工序，測(cè)量數(shù)據(jù)精度、可靠性和匹配測(cè)量速度將直接影響生產(chǎn)能力。運(yùn)用本文所提方法，采用TCA2003配合徠卡小棱鏡觀測(cè)某一榀梁的匹配測(cè)量成果(表1)。

表1 短線法匹配測(cè)量成果表

表1中，設(shè)計(jì)值是監(jiān)控單位根據(jù)箱梁線型和匹配梁段數(shù)據(jù)計(jì)算的匹配位置；實(shí)測(cè)值是匹配后的匹配梁位置；復(fù)核較差為兩者差異，表示匹配梁的匹配位置與設(shè)計(jì)位置的趨近程度，要求低于±2 mm。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)短線匹配法梁段匹配生產(chǎn)在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)較為明顯，該方法占地面積較小，能流水線作業(yè)，可有效提高施工效率。且該方法模板和澆筑設(shè)備均已固定，能獲得平曲線、豎曲線和不同的超高，適用于節(jié)段類型變化較多，模板倒用較頻繁的工程需求。

(2)匹配測(cè)量的效率直接影響施工速度，本文在此基礎(chǔ)上使用固定端模中心定向方法取代傳統(tǒng)多個(gè)測(cè)量塔共同定向法，使用全站儀三角高程法取代幾何水準(zhǔn)法進(jìn)行高程控制，極大提高了生產(chǎn)效率，優(yōu)化了測(cè)量過(guò)程，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，匹配精度完全滿足需求。

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