地錨式懸索橋基準(zhǔn)索股的垂度監(jiān)測與控制分析

黃優(yōu)平

摘要 準(zhǔn)確測量并控制地錨式懸索橋主纜基準(zhǔn)索股絕對垂度是提高懸索橋成橋狀態(tài)的關(guān)鍵，基于此，文章依托某地錨式懸索橋基準(zhǔn)索股的絕對垂度監(jiān)測與控制，論述了基準(zhǔn)索股絕對垂度測量內(nèi)容，總結(jié)了基準(zhǔn)索股絕對垂度測量方法，從提高測量精度和改善索股穩(wěn)定性兩個角度，提出了控制方案。

關(guān)鍵詞 公路橋梁項目；地錨式懸索橋；基準(zhǔn)索股；絕對垂度；相對垂度

中圖分類號 U448.25文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）10-0084-03

0 引言

地錨式懸索橋在大跨徑橋梁建設(shè)項目中應(yīng)用廣泛，其吊索長度、空纜線形、主梁恒載直接影響了懸索橋的成橋線形。主纜架設(shè)是懸索橋項目施工中的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量及架設(shè)精度直接影響成橋狀態(tài)與成橋線形。主纜為懸索橋關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)，線形控制方案包括一般索股線形控制和基準(zhǔn)索股線形控制兩種措施。索股線形的精準(zhǔn)控制離不開索股垂直度的精準(zhǔn)測量，需通過一般索股相對垂直度和基準(zhǔn)索股絕對垂直度的測量獲得精確數(shù)據(jù)，以提高索股線形的控制精度，其中主纜架設(shè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵在于基準(zhǔn)索股的絕對垂直度測量與控制。

1 工程概況

貴州某地錨式懸索橋全長2 000 m，主跨為680 m鋼桁梁懸索橋。該橋梁跨越區(qū)域河流，為高速公路項目關(guān)鍵控制性工程。目標(biāo)橋梁選用雙塔三跨雙索面結(jié)構(gòu)，主纜總長為1 276 m。大橋主纜采用預(yù)制平行鋼絲索股（PPWS）法形成，上下游各1根。每根索股由127根直徑5.2 mm預(yù)制平行鋼絲編織而成，每根主纜由61根索股構(gòu)成。

施工過程中需精確測量和控制主纜線形，確保施工環(huán)節(jié)主纜線形與設(shè)計值相吻合?；鶞?zhǔn)索股為橋梁架設(shè)過程中一般索股調(diào)整的基礎(chǔ)，通過對基準(zhǔn)索股絕對垂度值的精準(zhǔn)控制和精密測量，確保其線形達標(biāo)，為提高主纜架設(shè)精度值奠定了基礎(chǔ)。

2 基準(zhǔn)索股絕對垂度測量內(nèi)容

測量基準(zhǔn)索股絕對垂度值時，需要選擇作為基準(zhǔn)的索股，然后方可進行測量。需要測量的指標(biāo)包括基準(zhǔn)索股的絕對垂度值、上下游基準(zhǔn)索股的相對垂度值，以及基準(zhǔn)索股的穩(wěn)定性等指標(biāo)[1]。

（1）選擇基準(zhǔn)索股。主纜由一般索股和基準(zhǔn)索股構(gòu)成，基準(zhǔn)索股的絕對垂度和一般索股的相對垂度水平?jīng)Q定了主纜架設(shè)的基本線形，因此在基準(zhǔn)索股選擇時應(yīng)當(dāng)充分考慮項目需求、設(shè)計因素、施工影響等?；鶞?zhǔn)索股選定標(biāo)準(zhǔn)包括：①索股處于相對自由狀態(tài)，需先行架設(shè)且受其他索股影響小，并可作為基準(zhǔn)，對其他索股的垂度水平加以控制。②每根基準(zhǔn)索股與相關(guān)數(shù)量的一般索股相對應(yīng)，基于該基準(zhǔn)索股，來完成對其他索股的分組控制[2]。

（2）絕對垂度測量。確定基準(zhǔn)索股并完成架設(shè)后，溫濕度水平相對穩(wěn)定的情況下，選定基準(zhǔn)索股標(biāo)志點、散索鞍中心標(biāo)志點、主索鞍中心標(biāo)志點進行絕對垂度值的測量，并結(jié)合基準(zhǔn)溫度值進行校正。

（3）上下游基準(zhǔn)索股相對垂度值測定。選定基準(zhǔn)索股上下游對稱的基準(zhǔn)索股，進行主纜基準(zhǔn)索股相對垂度值的測量，避免其影響主梁結(jié)構(gòu)合理性及成橋狀態(tài)。

（4）基準(zhǔn)索股穩(wěn)定性評價。風(fēng)力、溫度、濕度等相關(guān)因素變化，均會影響基準(zhǔn)索股絕對垂度水平，故需結(jié)合項目特點和實際施工情況，進行穩(wěn)定性分析[3]。

3 基準(zhǔn)索股絕對垂度測量方法

該項目地錨式懸索橋地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，水準(zhǔn)儀架設(shè)難度高，故該橋梁基準(zhǔn)索股絕對垂度測量選用全站儀三角高程法進行[4]。

3.1 測站設(shè)置

分三個部分進行基準(zhǔn)索股絕對垂度值的測量，即邊跨1、邊跨2和中跨。不同位置設(shè)置兩個測量點，測量站點布設(shè)情況如圖1所示。

小里程側(cè)測站1為邊跨1的基準(zhǔn)測站，屬首級控制網(wǎng)點的強制歸心觀測墩。

中跨跨徑長且對主纜線形要求高，以大里程側(cè)測站2作為中跨測站，用來完成中跨索股絕對垂度值和中跨主纜線形的測量[5]。

3.2 跨中控制點的確定

懸索橋主纜基準(zhǔn)索股測點位于跨中，通過對跨中點的高程值測量，可以明確索股有無線形變化。對索股監(jiān)測的方法包括兩種，需根據(jù)項目特點和實際情況合理選擇最佳方案[6]。第一種監(jiān)測方法將跨中里程位置固定，通過對索股標(biāo)高數(shù)據(jù)的變化反映其線形情況，對目標(biāo)里程標(biāo)高精準(zhǔn)控制，以達到設(shè)計水平，從而滿足項目需求。第二種監(jiān)測方法借助棱鏡置于索股主跨中點位置，對高程與里程值進行計算，從而通過對兩個數(shù)據(jù)的調(diào)整，使其滿足目標(biāo)需求，而達到設(shè)計值[7]。不同監(jiān)測方法的控制點、棱鏡布設(shè)情況如圖2～3所示。

上述兩種監(jiān)測方法均能提高項目施工精度值，其主要特點如下：①第一種監(jiān)測方法操作簡單，直接控制索股標(biāo)高值，但難以為后期鋼桁梁架設(shè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考和基準(zhǔn)點。②第二種方法通過標(biāo)記索股標(biāo)記點位置的方案，有效控制里程與高程值，通過對溫度數(shù)據(jù)的調(diào)整實現(xiàn)精準(zhǔn)放樣，以提高控制精確度。但該方案需要多次標(biāo)記和反復(fù)放樣，基準(zhǔn)索股監(jiān)測中需結(jié)合實際情況選擇監(jiān)測方案，根據(jù)該橋梁特點最終選定第二種方案，進行基準(zhǔn)索股標(biāo)高與里程值的檢測[8]。

4 基準(zhǔn)索股垂度測量結(jié)果分析

測量基準(zhǔn)索股絕對垂度值并完成現(xiàn)場穩(wěn)定性試驗，通過相關(guān)指標(biāo)的變化，來實現(xiàn)對主纜基準(zhǔn)索測量精度的有效控制，為提高主纜線形奠定基礎(chǔ)。

4.1 測量精度分析

該項目基準(zhǔn)索股絕對垂直度測量選用單向三角高程測量法，對測站1和測站2之間的高程差進行測量，詳情如下：

式中，Sab——取值為600 m，表示左岸側(cè)點與索股跨中位置的距離；α取值為2.5°，即豎直角角度；ia、υb——測站1和測站2的高程值。

對上述表達式進行全微分轉(zhuǎn)化，獲得誤差關(guān)系式如下所示：

式中，ms——測量精度；ma——測角精度；mvb——覘標(biāo)高精度；mia——儀器高程值精度；mf——水準(zhǔn)高程與三角高程差。

采用萊卡全站儀TM60完成基準(zhǔn)索股絕對垂度值的測量，并利用精密水準(zhǔn)尺完成小角度測量，可知ma=±0.5″，mia=±0.2 m。采用固定棱鏡桿進行目標(biāo)高程測定，mvb=±0.5 m。

基準(zhǔn)索股絕對垂度值測量過程中，由于大氣折光系數(shù)的影響，需將設(shè)備架設(shè)于大小里程觀測點后，并對大氣折光系數(shù)進行修正，以獲得相對準(zhǔn)確的高程值，并將水準(zhǔn)點高程差與三角高程差控制在5 mm以內(nèi)，將極限誤差控制在2倍中誤差范圍內(nèi)[9]。為滿足索股架設(shè)的基本設(shè)計要求，確定主跨垂度測量誤差范圍為?10.48～+10.48 mm。

4.2 基準(zhǔn)索股的穩(wěn)定性觀測結(jié)果

光照不均勻、風(fēng)速變化均會對基準(zhǔn)索股動態(tài)平衡產(chǎn)生影響，測量過程中為提高基準(zhǔn)索股架設(shè)穩(wěn)定性，應(yīng)排除環(huán)境因素的影響，對多重測量結(jié)果進行綜合修正，用以提高基準(zhǔn)索股絕對垂度測量的穩(wěn)定性，以便更好地反映基準(zhǔn)索股架設(shè)精度水平。

完成基準(zhǔn)索股架設(shè)后，需對懸索橋主纜基準(zhǔn)索股穩(wěn)定性進行連續(xù)3 d的監(jiān)測，充分考慮溫度、風(fēng)速、塔高等因素的影響，并校正基準(zhǔn)索股絕對垂度值，而獲得理想測量狀態(tài)下的絕對垂度值，并將其與實際測量值進行比對，獲得基準(zhǔn)索股相對垂度值與中跨索股絕對垂度數(shù)據(jù)，詳見表1和圖4。

對表1分析可知，邊跨1和邊跨2的絕對垂度最大值分別為18.9 mm和11.3 mm，中跨絕對垂度最大值為19.4 mm，監(jiān)測指標(biāo)均符合設(shè)計要求，精度達標(biāo)。對圖4分析可知，上下游懸索橋主纜絕對垂度變化規(guī)律一致，且其水平高低與溫度值關(guān)系密切，即主纜線形合理，受力均勻，該研究所采取的基準(zhǔn)索股監(jiān)測與控制方案可行[10]。

5 結(jié)論

綜上所述，基于對某地錨式懸索橋基準(zhǔn)索股絕對垂度測量，結(jié)論如下：

（1）該橋梁選定l#索股為基準(zhǔn)索股，滿足了項目施工、測量和質(zhì)量控制的基本要求。

（2）固定跨中里程位置，作為懸索橋基準(zhǔn)索股絕對垂度控制點的測量方案，更符合主纜控制要求。

（3）精度分析結(jié)果顯示該橋梁測點、測站選擇合理，穩(wěn)定性監(jiān)測結(jié)果顯示基準(zhǔn)索股絕對垂度值在可控范圍內(nèi)。

（4）該項目施工中未將風(fēng)力變化、溫度不均勻變化等因素考慮在內(nèi)，為進一步提升懸索橋基準(zhǔn)索股監(jiān)測與控制精度值，需將相關(guān)因素影響考慮在內(nèi)進一步探究。

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