工程測量在預應力混凝土連續(xù)剛構橋掛籃施工中的應用

許貴滿，韓海婭

（黔南民族職業(yè)技術學院建筑工程與設計系，貴州 都勻558000）

0 引言

在橋梁施工中最先介入的工作是工程測量，而且一直貫穿整個橋梁工程施工，對工程質量、安全、施工進度都產生直接影響。 根據施工所處地形環(huán)境的不同，選擇合理的工程測量方法，是確保工程施工質量符合設計要求， 施工順利進行的重要環(huán)節(jié)。 目前，隨著數(shù)字化技術的逐步發(fā)展，GPS 技術開始應用于各類土建工程施工之中[1-4]，并取得了一定成效。 文章探討了昌灣大橋在施工過程中工程測量的應用，為類似橋梁工程施工提供參考。

1 工程概況

昌灣大橋位于貴州省遵義市構皮灘水電站庫區(qū)內， 是一座全長為139 m 的三跨預應力混凝土剛構橋。 橋梁截面采用單向單室的設計，在橋面板及腹板部位采用低松弛鋼絞線作為預應力鋼筋提供預壓力，以增強橋梁的剛度及耐久性。 橋址處于基本對稱的V 型峽谷之中，地形十分陡峭，橋面距離河床100 m，橋墩位于陡峭山壁之上，橋梁的墩身高40 m。根據施工技術方案采用掛籃懸臂施工的工藝，因現(xiàn)場道路、場地等條件無法滿足大型機械設備進場要求，掛籃安裝采用人工搬運及架設方法。

該三跨連續(xù)剛構橋的重點和難點在于線型的控制和預應力的控制，過大的偏差將導致橋梁受力變化，引發(fā)質量安全事故。 橋梁線型控制主要是橋梁平面線型和高程的控制，由于采用懸臂掛籃施工的工藝，掛籃的預埋件安裝及行走方向測量決定了橋梁的平面定位，掛籃的底模板高程測量決定了橋梁的立面線型；預應力控制主要是波紋管預留孔的安裝及定位，準確測量能夠保證預應力施工的質量和安全。

2 工程測量基本原理及方法

橋梁施工中的工程測量工作主要包括水準測量和平面控制測量。

在水準測量工作中，依靠水準儀器提供的水平視線，通過望遠鏡對前、后視的塔尺讀數(shù)來測量兩點高差。 其計算的基本原理為前視標高加前視度數(shù)等于后視標高加后視度數(shù)，即前視視線高等于后視視線高，表達式如式（1）所示。

水準測量：選好儀器架設位置，架設腳架穩(wěn)固，放置水準儀器，固定，調整腳架粗平，調整角螺旋使得氣泡居中，目測粗略對準塔尺，目測塔尺，精平，讀數(shù)。

在平面控制測量工作中，全站儀提供了角度和距離的測量，其中涉及坐標計算和方位角、角度的換算。 其計算表達式如式（2）所示。

由式（2）可知，未知點的坐標可以通過已知坐標、距離、方位角計算得到。 反之，由兩點已知坐標反推兩點距離和方位角，可以利用科學計算器提供的POL 功能，快速計算出兩點的方位角和距離。

全站儀：架設腳架粗略對點，安放穩(wěn)定，放置全站儀，利用紅外線對中，調整腳架，使得圓水準器氣泡居中，再調整紅外線對中，重復調整直至圓水準器氣泡居中、紅外線對中為止，瞄準目標，測距，讀數(shù)。

3 橋梁中線及預埋件平面控制

該橋梁的平面線型較為簡單，即中軸線為直線，按照設計圖紙給出的中軸線任意兩點即可計算出中軸線的方位角，再利用式（2）計算橋梁中軸線上任意點的坐標。

安裝模板前，需要按照設計圖紙要求，放出橋梁中軸線及各個預埋件位置，以方便施工人員安裝模板，為掛籃安裝預埋件。 具體方法如下：

根據業(yè)主提供的兩個以上已知點坐標，經過復核無誤后方可使用。在測量前，架設儀器點的選擇，一定要注意能夠通視后視點及放樣區(qū)域。 架平儀器后，首先讓十字絲對準后視點，固定水平轉動，旋轉豎向制動，對準棱鏡測量距離，復核距離無誤后，按照兩點坐標設置方位角。

橋梁中軸線施工放樣前，應根據施工圖紙計算出所需要放樣點的坐標，再根據該點坐標和測站坐標，使用科學計算器反算出測站與放樣點的方位角及距離，并記錄。 旋轉儀器方位角為計算所得的方位角，固定水平制動，利用前視棱鏡尋找視線中線，測距。 根據計算距離和實測距離比較，不斷調整棱鏡在視線方向前進或后退，使得實測距離等于計算距離，此時，棱鏡所立的點即為測量放樣點。 為避免因立棱鏡不平等原因導致誤差過大，應在做好點之后再復測。

該橋梁除了中軸線以外，還需控制預埋件、波紋管的平面位置，以確保懸臂掛籃能夠順利安裝、行走方向準確及預應力鋼筋的位置準確。 利用全站儀放出中軸線后，用勾股定理找出中軸線的垂線，鋼尺量出預埋件位置即可。 同樣，也可以采用全站儀按照放樣方法得到預埋件位置，但相對上述方法較為繁瑣。

梁段澆筑混凝土的工序前，需對所測設的預埋件、波紋管道、預埋孔、模板等平面位置進行復測檢查，準確無誤之后，方可澆筑混凝土。

4 水準測量的應用

水準測量在橋梁施工過程中，不能夠完全按照施工圖紙的設計標高進行水準控制測量。 由于本工程采用懸臂掛籃施工，在混凝土凝固前，澆筑的混凝土和鋼筋作為荷載，使得懸臂掛籃及模板發(fā)生彈性變形，如果按照設計標高控制，將導致實際標高比設計要求的標高要低，造成橋梁縱向線型與設計不符。 為了使最終成橋的線型符合設計線型及規(guī)范要求，施工底模板的控制標高需要考慮掛籃彈性變形和設計預抬量的影響， 即實際控制標高=設計標高+設計預抬量+掛籃彈性變形。 設計預抬量包括恒載、預應力、混凝土收縮徐變引起的撓度值之和，依據設計提供的箱梁節(jié)點設計預拱度參數(shù)表得到；通過ANSYS[5]有限元建立力學模型，模擬澆筑梁段的鋼筋混凝土工況，計算得到掛籃的彈性變形。

為提高測量的精度，選用四等水準測量，控制前后視距差，由已知高程水準點，沿著某一環(huán)形路線進行水準測量，然后回到該已知水準點，形成閉合水準線路。 通過計算、平差，得到未知點高程，利用鋼尺將底模板高度調整至實際控制標高。

在澆筑混凝土過程中，為了保證橋梁施工中懸臂掛籃的安全工作并符合理論計算，利用水準測量對其變形進行監(jiān)控，將掛籃實際變形量與計算變形量相比較，如果差異較大，應暫停施工，及時查找原因，避免出現(xiàn)安全事故。

掛籃的實際變形量， 即為兩個點的相對標高的變化量，選擇一個點為掛籃上相對橋梁不動的點，另一個點為掛籃底模上相對橋梁發(fā)生變形的點。 為提高準確性，每個掛籃監(jiān)測兩組以上數(shù)據，取平均值。橋梁模型平面及標高定位后， 按照上述水準測量方法測得各點的絕對標高，兩點高差即為變形前高差；綁扎鋼筋后澆筑混凝土時， 用同樣方法測得兩點高差。 變形前后兩次測得的高差變化值即為掛籃加載混凝土梁段后的實測變形量。

懸臂掛籃是由模板、鋼梁、精軋螺紋鋼筋、橫梁、主桁架等構件組成，是一個較為復雜的結構體系。 利用大型有限元分析軟件ANSYS 建立了掛籃的力學模型，計算各個梁段的工況，得到其理論變形與實測變形對比，如圖1 所示。由圖1 可以看到，各個梁段的理論變形值和實測變形值非常接近，符合實際情況，說明在整個橋梁施工過程中對掛籃的變形控制較好， 達到了控制橋梁線型及質量的目的。

圖1 掛籃理論變形與實測變形對比

5 測量誤差分析

工程測量中的誤差是普遍存在的， 而且無法消除，只能通過一些技術手段來減小誤差，提高測量精度。誤差主要來源是：①測量人員自身的原因；②測量儀器設備的原因；③外部自然環(huán)境的影響。

為減小誤差，可采用多次換人、提高儀器設備精度、 盡量避免日照強及天氣不好的情況進行測量。 水準測量采用閉合水準線路，從已知點回到該點，即知道真值，可以采用按距離平分閉合差，改正實測值來減小誤差。 而平面控制，無法知道真值，往往采用多次測量取平均值的辦法來控制，以達到提高測量精度的目的。

本工程需要嚴格控制橋梁中軸線及標高，每節(jié)梁段中軸線誤差不大于5 mm，標高誤差不大于10 mm。合攏時各個合攏段兩端相對標高不大于30 mm，軸向中線偏差不大于30 mm。

通過以上工程測量的實際應用，本工程按要求順利完成， 形成的橋梁底曲線符合設計圖紙要求。在本工程中充分利用工程測量中的水準測量和平面控制測量，使工程質量得到較大提高。

6 結語

以三跨連續(xù)混凝土剛構橋的掛籃施工實例，探討了測量技術在橋梁掛籃施工過程中的應用。科學合理地應用測量技術， 不僅可以控制橋梁線型，提高橋梁質量，在掛籃施工變形監(jiān)控方面做出科學理論判斷，還能確保掛籃安全工作，為類似工程提供參考。