阿蓬江特大桥高墩施工测量控制方案

阿蓬江特大桥施工测量控制方案

一、概述

阿蓬江特大桥是为左右分离式桥，其中主桥采用变截面预应力连续钢构箱梁，两岸引桥采用预应力混凝土T梁，先简支后钢构。本桥主桥墩最高95m。主桥墩墩身形式为双肢变截面矩形空心高墩；墩顶尺寸为350×750cm，壁厚均为70cm。墩身除配备必要的护面钢筋和纵向主筋外，在四角部分另外配有断面劲性钢骨架，骨架为四肢角钢组焊而成的桁架结构，签于墩身重心偏高、柔度较大，底支撑面积相对较小；在施工中，受日照温差、大气对流、机械振动及荷载偏心等影响，容易造成轴线的弯曲和摇摆，直接影响墩身轴心施工精度。因此对超过60米的高墩，有必要在施工过程中采取必要措施，减少上述因素对施工测量的干扰。为此对阿蓬江特大桥高墩施工测量控制作专门的技术报告。

二、影响施工测量精度的主要因素的分析

1、日照温差

日照温差造成墩身整体向背荫面弯曲。同时，有研究表明，对于空心薄壁墩而言，升、降温还会造成内外壁的环向应力差值，直接威胁墩身本身安全。

附：日照温差引起的偏离统计

2、大气对流

由于高墩施工地处跨越阿蓬江河谷，属“V”型狭谷，风力强劲。墩身会在风力作用下发生摆动，这种摆动，不仅有顺风相应，还有横风向相应。假如阵风的频率恰巧与墩身自振频率接近时，会发生共振。威胁到墩身安全。同时，摆动的墩身对于高精度的测量本身就造成一定的干扰。

3、施工偏心荷载

假如墩身断面上某方向的施工荷载长期对墩身保持偏心力矩，则当施工完毕，荷载撤除后，墩身轴线势必会回应这种撤除而发生弯曲偏移。

三、主要采取的对策

1、应对日照温差的对策

对于墩身因日照温差而发生的变形，一方面，我们通过设置墩身通风口，加强内外对流降低温差加以解决，同时，设计上增加环向构造钢筋，布设防裂钢筋网片，以控制温度应力和裂缝发展方向；另一方面，墩身采取养护液养护，墩顶设置喷水系统，使日照时间长的墩身混凝土表面形成水幕，降低日照升温

加以改善。同时，针对施工控制测量，选取早晨光线明亮，同时日照时间不长的特定时刻进行。

2、应对大气对流影响的对策

首先，墩身上的施工设备，主要是模板、爬架、脚手平台。均应按照实际地貌、风压进行抗风验算。其次，必要时，可以通过增加临时抗风装置来抵抗风力。例如模板和平台等都设置抗风柱，与已成墩身刚性联结，将设备上的风载有效传递到已成墩身混凝土上。最后，在整个施工过程中应密切于当地气象水文站进行联络。及时掌握未来天气状况，对于超过4级以上大风天气，采取停工措施。

其次，施工测量，在风速<4m/s情况下进行。

3、选取刚度大、稳定性能良好的作业设备

施工中，对于模板、平台等设备，优先挑选刚度大、稳定性能好的。同时，加强对施工临时荷载的调配，避免长时间、大吨位的堆放在相对固定的位置上。暂时不用的机具、钢筋，应及时撤运下来。

本桥墩身模板采用钢模板（5mm）。结构形式为型钢焊制的正交异性板。在高度上划分为2.25×3m三层组成。每一循环浇注高度不大于6.75m，模板的拆装施工采取对称作业，保持墩身两侧菏载的平衡。

爬架悬臂爬模，重量轻，稳定性能好。

4、应对施工偏心荷载

施工过程中采取荷载对称布置，多余部分移弃，作业过程也采取对称施工，如模板对称拆装、爬架对称提升等。

四、高墩控制测量

采用分层投点测量，控制精度主要包含两方面内容，一是墩身本身轴线精度控制，二是前后浇注的混凝土相互的交接。

对于墩身轴线的控制，除了上述几点对策外，阿蓬江特大桥高墩施工因受施工干扰及场地的限制等不确定因素，测量控制主要从轴线控制、高程控制、墩身倾斜控制及沉降控制进行，在施工中根据实际情况使用其中一种方法或以一种方法为主其它为辅互相结合。

1、轴线的控制

1）方法一：方向交会法

方向交会法是测设桥墩位置的常用方法，如图一（DA、CA为基线）：

计算式为:

αi = arctan[d i·sinθ1 /(D1 -d i·cosθ1 )]

图一

βi = arctan[d i·sinθ2 /(D2 -di·cosθ2 )]

为了检核α

i 、β

i

，参考求算α

i

、β

i

的方法计算ψ

i

、φ

i

：φi= arctan[D1·sinθ 1 /(d i -D1 ·cosθ 1 )]

ψi= arctan[D

2

·sinθ

2

/(di -D

2

·cosθ

2

)]

计算检核式为:

αi＋φi＋θ1= 180°

βi＋ψi＋θ2= 180°

施测过程为：

在A、C、D点分别安置经纬仪（对中、整平），A 点标出桥轴线AB方向，在C、D点分别后视A 点，然后分别测设αi、βi角，此时三条线通常构成一个视误三角形，而不是一点。若视误三角形在桥轴线上的边长不大于规定数值（墩底2.5cm, 墩顶1.5cm），则取C、D点两测设方向交点在桥轴线上的投影点作为放样的墩位中心。

方向交会的精度与交会角（方向线CP与方向线DP之间的夹角）有关，交会角在90°～110°之间，交会精度最高。在选择基线和布网时尽可能使交会角在80°～130°之间，但不能小于30°或大于150°。

在交会出如图二所示的1～4点、1′～4′点后，在这三个控制点中选取观测时竖直角较小的一点架设全站仪，2测回精确测定控制点至放样点的距离。然后运用公式（1-1-1）将距离改正到桥面平均高程面H=660m上，将改化之后的距离与理论值相比较，如果较差小于1cm则认为交会点合格；否则应重测。

D=S[1+（660-Hm）]／637100 （1-1-1）

式中，S——实测距离；

D——经坐改正之后的距离；

Hm——设站点和放样点间的平均高程。

其中：

1、点1、3（点1'、3'）为桥墩中心横轴线的放样点，

2、点2、4（点2'、4'）为桥墩中心纵轴线的放样点，

3、点、（点、）为桥墩中心横轴线的控制点，

4、点、（点、）为桥墩中心纵轴线的控制点，

5、点、、（、、）同时作为主梁沉陷观测的水准基点，

6、点、同时作为向上传递高程的水准基点。

（图二）

2）方法二：铅直法

该法具体操作过程：在桥墩的非收坡面即横桥向的内侧建立如图二、三所示的两个基准点，在横隔梁的相应位置预留两个10～15 cm的预留孔；在无系梁的桥墩则在50m 高度处在桥墩相应位置锚固两个接收装置。在基准点B、D’上同时安置两台铅直仪，将基准点传递至固定在预留孔的接收装置上，然后将铅直仪安置在新投点上，在需要投点的相应高度上锚固接收装置接收投点，通过固定的尺寸关系用先钢尺确定2、4’点，然后这条基准线确定剩下的点。

这种方法其实是一种“以动测动”的方法，在高墩下部施工时应加强观测，及时修正系梁上基准点的位置，应用方法一进行检核，实现分段纠偏，消除累计误差。

2、高程控制

1）方法一：水准传递的方法

高程基准的传递，常采用鉴定过的钢尺传递。传递时须同时设置两台水准仪，两根水准尺，一把钢尺。将钢尺悬挂在固定架上，零点端在下，下挂一与钢尺检定时同垂的重锤。

下水准仪1，在起始水准点上的水准尺3上读数得a，在钢尺上读取r

1

，上

水准仪2同时在钢尺上读取r

2

,在待定水准点上的水准尺4上读取b，并同时测定温度，则待定点的高程可用下式计算：

H B″=H

B

+a+〔﹙r

2

- r

1

〕+⊿l

t

+⊿l〕-b （2-1-1）

式中，⊿l

t

为温度改正；

⊿l为钢尺的检定改正数。

因钢尺一般水平悬空检定，在传递高程时钢尺垂挂，故此时除钢尺长改正⊿

（图二）l′外，还需加入垂曲改正⊿l1和由钢尺的自重而产生的伸长改

正⊿l

2

：

⊿l=⊿l′+⊿l

1+⊿l

2

⊿l

1=Q2L／24P2⊿l

2

=γ／E·l2／2

式中。L为钢尺总长；

Q为检定时的拉力；

γ为钢的比重；

E为钢的弹性模量。

为检核，后视尺3应分别立于上、下、南、北的4个水准点，钢尺应变换三次高度，再取均值作最后结果。

2）方法二：三角高程测量

三角高程主要有两种方法，同时对向观测法及中间法。结合本桥施工测量的实际，要实现对向观测是很困难的，而本桥四周的地形采用中间法是比较适合的，中间法可以有效消弱大气垂直折光对成果的影响，而且不必量取仪器高。当使用铝合金对中杆对中时，也无需要量取棱镜中心点高度，这都有利于提高精度及减少工作量。

中间法又称三角水准测量，它是把仪器置于两测点之间（图三），按下式计算两点间高差：

h AP =（d

2

·sinα

2

-d

1

·sinα

1

）+（1-K）/2R（D

2

2-D

1

2）+（v

1

-v

2

）（2-2-1）

式中：α——观测的竖直角；

v——觇标高；

d——两测点间的斜距；

D——两测点间的水平距离；

R——地球半径；

K——折光系数，采用0.13~0.14。

α1α2

（图三）

具体的做法是，在测点与水准点之间合适的位置（尽量取D1≈D2）设站，用直径10㎜的钢条焊成“丰”字形觇标，三根横条间隔15㎝~20㎝。再把觇标焊在事先选定的墩身钢筋上，作为观测竖角的观测点。觇标间距用钢尺丈量，

精确至毫米。竖直角最小读数为2″以下的经纬仪分别观测前后觇标的竖直角。至少观测6个测回。高差用式（2-2-1）计算。 3、 倾斜观测

测定高墩倾斜的方法中最简单的是悬吊垂线的方法，根据其偏差值可直接确定高墩的倾斜，但是由于在高墩上面无法固定悬吊垂线的钢丝，因此对于高墩，通常采用经纬仪投影、测水平角的方法或用光学垂准、激光铅直的方法来测定它们的倾斜。

（4）（3）（2）（1）

测站1

图（一）

（b ）

（a ）

α

图四

原理如图四，根据建筑物的设计，A 点与B 点位于同一竖直线上，当建筑物

发生倾斜时，则A 点对B 点移动了某一数值a ，则该建筑物的倾斜为

h

a

tg i ==α （3-1-1）

其中h 为建筑物的高度。对于a 值而言， 先在高墩上设置明显标志A ＇，然后用经纬仪将其投影到B 点的水平面上而量得。投影时经纬仪要在固定测站上很

好地对中，并严格整平，用盘左、盘右两个度盘位置往下投影，取其中点，并量取中点与B 点在视线垂直方向的偏离值a 1；再将经纬仪移移动到与原观测方向约90°的方向上，用同样的方法可以求得与视线垂直方向的a 2值。然后用矢量相加的方法，即可求得该高墩的偏歪值a ，如图（四）所示。

亦可用测量水平角的方法来测定倾斜。图五是这种方法测定高墩倾斜的示意图（图示为横桥向示意图）。离高墩150~200m 远，在互相垂直方向很好地标定的两个固定标志作为测站。在高墩上标出观测用的标志点1、2、3和4，同时选择通视良好的远方固定点M 1和M 2。然后从测站1用经纬仪测量水平角（1）、（2）、（3）和（4），知道测站1至高墩中心的距离，根据a 与b 的方向差和高墩本身的尺寸关系，可计算偏歪分量a 1。同样在测站2上观测水平角（5）、（6）、（7）和（8），根据同样的计算原理，得到另一偏歪分量a 2。用矢量相加的方法求得上部相对于底部的偏歪值a （还可以根据相似三角形的原理计算高墩上部相对于基础底座的偏歪值A=a （h 1+h 2）/h 1）。利用公式（ 3-1-1 ）即可计算出双肢墩的倾斜度。

（8）

（7）

（6）

（5）

（b）

测站2

（4）

（3）

（2）

1）

测站1

图五

4、沉陷观测

根据实际地形本桥主墩沉陷观测主要采用陆地精密几何水准测量。精度采用三等水准测量、使用N3水准仪、精度采用三等水准测量。

具体的做法是通过定期观测点图二所示的A，A’、B’、C’、C、D，求得这些点的绝对（或相对）高程的沉降量。

墩身模板的定位衔接是控制前后浇注混凝土共轴性的主要手段，同时，也是墩身平面几何尺寸控制的主要措施。施工中，利用最接近作业面的测量平台

向作业面设置铅垂线，指导模板的安装和定位。立摸标高的传递依靠经检定的

钢尺，配合经纬仪进行。

具体到本工程的实施，其测量工艺如下：

1、首先放出墩位十字线，做好劲性骨架，将墩身预埋钢筋准确定位并确保

施工过程中墩身钢筋不位移。

2、第一次立模时，采用平面坐标法（与控制点联测）准确放出模板四个控

制点的平面位置，采用三角高程法测放出模板顶面标高，然后在已安装好的模

板上口精确测定各角点的坐标，根据实测值与计算值的差值对模板进行调整直

到满足要求为止。

3、其后每次立模均与第一次一样测量放样

4、平面位置控制：采用全站仪，利用控制点和极坐标法来控制模板位置，

从而控制墩身平面位置。测量时线观测大气压表、温度计读数，输入全站仪进

行自动改正。

5、高程控制：运用三角高程法，精确测定模板上口各角点的高程，使之在一个水平面上，在运用三角高程法测量时，要尽量运用对向观测，在无法使用对向观测时则要使用中间法进行观测以消除大气折光和地球曲率的影响；在墩顶施工完毕之后则需要在墩顶设置水准点，运用对向观测法精确测定该点高程以控制下一阶段施工。

6、测量时间固定，挑选温度、风速小的时段进行。

晚上墩周围温度相对稳定，温差造成墩身整体向背荫面弯曲很小，故选择每天早上日出前后无风的天气进行测量。

五、主梁线性控制

1、施工控制的原理和方法

我们在控制中采用主动控制理论的方法，所谓主动控制理论就是在准确的结构分析和充分的实验基础之上，同时采用先进的测试方法，事先确定施工控制参数并加强施工管理来达到施工控制的目的。

由于悬臂施工是一个动态系统，这就决定了施工控制是一个不断测量、分析对比、识别修正的循环过程。在连续刚构桥梁的施工中，下一梁段混凝土是通过预应力筋与前面的梁段来连接的，使已浇筑梁段混凝土浇筑完后几乎不能调整，所以在控制中必须确定好下段混凝土的立模标高，因此控制的具体措施是以标高控制为主，应力、温度测试为辅，以确保成桥线形和受力与设计相吻合。

2、主梁的线形控制

在预应力混凝土连续刚构桥主梁悬臂施工中，通过在每一个现浇梁段前端设置标高观测点，测试各施工阶段主梁的标高变化，同时检测桥墩的沉降。根据施工阶段检测数据及施工控制分析结果，适时调整主梁立模标高，使得桥梁建成后线形满足设计要求。

阿蓬江特大桥整个施工过程分为墩柱浇筑、主梁悬臂浇筑、梁体合拢（先边跨，后中跨）3个阶段。其中，主梁各节段悬臂施工又细分为挂篮移动、混凝土浇筑、预应力张拉等工序，初步的计算分析主要根据设计图纸对结构整体应力验算和主梁线形理想状态分析。

（1）立模预拱度

正确的设置立模预拱度对于主梁线形控制十分重要。立模预拱度主要包括以下内容：①成桥后期挠度；

②二期恒载挠度；

③l/2活载挠度；

④自重及预应力产生的挠度；

⑤挂篮等施工机具及其他施工临时荷载等产生的挠度；

⑥挂篮弹性变形产生的挠度；

在阿蓬江特大桥主梁的线形控制中，①项主要以经验值考虑，其余各项则根据实际施工状态参数进行分析计算。在各节段施工中，时实考虑②、④、

⑤、⑥项实际施工与理论的偏差，并在立模预拱度中加以修正。立模预拱度按下式计算：

立模预拱度=①+②+③+④+⑤+⑥ (2) 几何测量 主梁标高观测

主梁标高观测是为了反映各节段施工完成前后或某一特定时段内主梁的实际线形情况，为了大桥主梁线形控制的需要。须在主梁各悬臂节段设置固定的标高控制观测点。

① 水准点布设

标高观测的固定水准点设置在两岸公路边上永久不动的位置，整个施工过程中的所有标高测量的基准均由此引出。

② 测量基点布设

测量基点应用钢筋设置在各主梁0#块上的中心位置，并做出明显标记，后续各节段的标高测量均由此引出，对该测量基点每悬臂浇筑1个节段应当校验一次，特别是主梁的边、中跨合拢段施工前，必须对其进行校验。 ③ 测量点布设

标高控制点布置截面距离每一悬浇段前端一般为20cm 。每一控制断面共设置7个测点，顶板为5个，以控制桥面横坡。底板2个，以控制底板曲线。在各测点设置固定的钢筋头，并在施工过程中注意对其保护。

典型截面标高控制点布置如图1所示。

布点钢筋

布点钢筋

布点钢筋

布点钢筋

2020

20

20

280375

3752801

2

3

4

5图1 典型截面标高控制点布置图

A

B

20

20

20

10

98（单位：厘米）

布点钢筋

测量时间

高程观测原则上应安排在早上太阳升起半小时之前完成，使结构经过一昼夜的热交换后，大致处于均匀温度场的状态下进行高程观测。以消除温度对主梁挠度的大部分影响。

④ 观测频率

主梁混凝土浇筑前后，预应力张拉前后，每节段4次。 3、应力控制

桥梁在施工过程中，由于边界条件和结构荷载的变化使得内力时刻都在变化。应力观测就是为了监测施工中主梁控制截面的应力状态，以及施工荷载的

对称性，使其控制在规范允许的范围内。

对于目前国内外的应力测试仪器，在长期的应力监测中发现，由于混凝土收缩、徐变、环境等各种因素的影响，往往观测时的实测读数值远大于结构的真实应力值或计算值。因此，必须对直接的应力测试结果进行修正，才能使得测试值与结构的真实应力值相接近。 （1）测试元件的应用

主要采用相对较为稳定的压磁应力计和钢弦式应力计来测量控制截面应力，对于可能的短期应力测量，则采用应变片来进行测量。 （2）测点的布置

经过对施工过程的模拟计算分析，主梁应力观测的截面应选择在0#块悬臂前端、6#中部以及跨中合拢段中部。

0#块悬臂前端应力测试元件布设如图2所示

1350/2

图2 0#块悬臂前端应力测试元件布设

190

190

50

50

钢弦式应变计钢筋式应变计绝对压磁应力计（单位：厘米）

15

15

15

36

36

悬臂第6#

块应力测试元件布设如图3所示

（单位：厘米）

钢筋式应变计

钢弦式应变计50

50图3 6#块悬臂前端应力测试元件布设

1350

202020

2015

15

15

15

跨中合拢段应力测试元件布设如图4所示

1350图3 跨中合拢段中部应力测试元件布设

50

50

钢弦式应变计

（单位：厘米）

15

15

由于预应力混凝土连续刚构桥混凝土抗压强度高，而抗拉强度低。因此在施工中应以不出现拉应力为基本控制条件，其次看实测应力和理论计算值的偏差程度。若偏差小于允许范围，则继续施工。否则需找出造成重大偏差的原因，重新调整有关参数后进行施工控制。 4、施工控制的误差调整

通过结构计算分析可以确定桥梁结构各施工阶段中间理想状态，这种理想状态是我们期望在施工中实现的目标。但是在实际施工中，桥梁结构的实际状态与理想状态总存在着一定的误差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围极其广泛，包括设计参数误差(如材料特性、截面特性、容量等)、施工误差(如制作误差、架设误差、预应力索的张拉误差等)、测量误差、结构分析模型误差等，在桥梁施工控制中，我们可以利用误差分析理论，达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差，使结构的成桥状态与设计相一致的目的。

阿蓬江特大桥的误差调整采用传统经典的最小二乘法，通过它对设计参数的识别与修正，可以使提前预测值不断向真实值逼近，随着数据量的增多，它的准确性也慢慢提高。而本次对阿蓬江特大桥的标高将采用H 实际挠度＝A×H 理论计算＋B×TIME 实测＋C 的线性回归模式进行控制。在具体运用中，无需专门编写程序，只需运用Excel2000（比如LINEST ）实施最小二乘法参数估计，通过对已知量的线性回归，在解出回归系数后即可按照多元线性回归模型对未知量进行预测。