摘要：波形钢腹板PC（Pre-stressed Concrete，预应力混凝土）箱型组合梁桥是近几十年来兴起的新型钢-混凝土组合桥梁结构形式，其主要特点是用波形钢板取代了普通PC箱梁的混凝土腹板，具有自重轻、抗震性能好、便于装配施工、全寿命期经济效益好等优点［1］。相较于普通混凝土腹板梁桥，波形钢腹板的安装定位既是施工中的不同点，又是施工中的重点和难点，下文将通过工程实例就波形钢腹板施工过程中如何用卡西欧fx-5800p计算器配合高精度免棱镜型全站仪对波形钢腹板的测量定位方法进行探析。
关键词：波形钢腹板PC箱梁桥 测量定位 卡西欧fx-5800p计算器
Abstract：Corrugated web steel girder is a new type of concrete girder developed in the recent years. It outperforms the traditional PC box girder by using the waveform steel web. Its advantages include，but are not limited to，light-weight，better seismic performance，easy to be installed，and better economic benefits. However，compared with the traditional bridge with concrete web，the waveform steel web is difficult to be positioned accurately onsite. This paper presents an effort on utilizing CASIO fx-5800p calculator and prism free total station to precisely position the waveform steel web on a real-world construction site.
Keywords：Corrugated web steel PC box girder，measurement and positioning，CASIO fx-5800p calculator
引言：本文的背景工程BR-06L/R特大桥位于伊朗德黑兰北部高速公路一期工程，跨径布置为83m+153m+83m，该桥上部构造为波形钢腹板PC箱型连续梁。波形钢腹板厚度为10～24mm，波形采用1600型，波板水平段长度430mm、斜长430mm、斜段水平方向长370mm、波高220mm，按悬臂浇注施工，悬浇节段16个［2］。针对全桥施工中的重点难点工序——波形钢腹板的安装定位，本文将从安装定位的计算模型、施工应用、实践成果等3个方面出发，对其安装、测量方法作详细解析。
1、波形钢腹板精确定位基本计算步骤及数学模型的建立
图1
1.1高程计算。设A点为定位测量的基准点，则如图1所示，A点的实际施工高程目标值H（A）=H-（L-L0）×i%-D+E；E为钢腹板的预拱度值（cm），
1.2通过反算A点的实测坐标来确定钢腹板水平位置。反射点A距道路设计中线的法向偏距设计值为L（固定值），假设钢腹板水平位置准确且垂直时（定位完成），则不难推导：此时A点与B点同处于一条铅垂线上，且L=L1=L2，此时钢腹板水平定位完成。故由上述推导可得出结论：钢腹板安装定位的关键是：1、调整A点的标高至施工高程目标值H（A）。2、调整A点及B点距道路设计中线的法向偏距为设计值L，即完成定位。
1.3用卡西欧fx-5800P编程计算器编写以下程序：
坐标正算主程序（命名为ZBZS）
Lbl 0
”KI”?K：”D”?L：90→Q
Prog”CS”：Prog”CAL”：Cls
“X”：Locate 4，1，X：”Y”：Locate 5，2，Y◢
K-0→K
Goto 0
坐标反算主程序（命名为ZBFS）
Lbl 0
”X0”?P：”Y0”?T：0→K
Lbl 1：0→L：0→Q：Prog”CS”：Prog”CAL”I-90→U
（T-Y）cos U-（P-X）sin U→VIf Abs（V）≥0.001 Then K+V
→K：Goto 1［3］：Else K→K：（T-Y）cos（I）-（P-X）sin（I）
→L：Cls
“K”：Locate 4，1，K：”L”：Locate 4，2，L◢：IfEnd
Goto 0
计算坐标子程序（命名为CAL）
（E-D）÷Abs（G-F）→U：Abs（K-F）→V：UV→W
C+90V（W+2D）÷π→J：If J<0 Then J+360→J Else If J≥360 Then J-360→J：IfEnd：IfEnd
C+45V（W÷4+2D）÷（2π）→M：C+135V（3W÷4+2D）÷（2π）→N：C+45V（W÷2+2D）÷π→O［4］［5］
J+Q→I
A+V÷12*（cos（C）+4（cos（M）+cos（N））+2cos（O）+cos（J））+Lcos（I）→X
B+V÷12*（sin（C）+4（sin（M）+sin（N））+2sin（O）+sin（J））+Lsin（I）→Y
Return
参数子程序（命名为CS）
If K<9729.41（线元起点里程）Or K≥10678.3（线元终点里程）Then “Error”：Stop：IfEnd
If K<10178.45（起点里程）Then 5841.616（起点X坐标）→A：3862.612（起点Y坐标）→B：21°9′22.5″（曲线起点的坐标方位角）→C：0（曲线段起点的曲率[左负右正]）→D：0（曲线段终点的曲率[左负右正]）→E：9729.41（起点桩号）→F：10178.45（终点桩号）→G：Goto 3：IfEnd
……………………………（每段线元依此格式填充）………………………
Lbl 3；Rerurn
1.3.1程序说明：1、参数子程序内，直线段起终点曲率为无穷大，考虑到程序需要，设置为0即可，若是缓和曲线或圆曲线段，则设置为相应的曲率即可。2、运行ZBFS程序，根据提示输入X，Y值，约3～5秒后即可求得该点距道路中线法向偏距值及对应里程桩号（可作为校验）。
1.4莱卡TS06全站仪自带道路坐标计算软件，可以直接进行正算坐标；反算偏距，在实际施工中相当方便，可以省去以上的编程操作，无需使用计算器即可完成所有定位计算，但是该软件需要付费购买才能解锁使用，且价格相当昂贵，所以从经济实用的角度考虑，用卡西欧fx-5800P计算器配合全站仪实为低成本又行之有效的解决方案。
2、本方法在工程中的应用
2.1波形钢腹板的初始定位及前期工作
2.1.1钢腹板的吊装。钢腹板宜在挂篮已前移到位并锚固且内顶模未移出时安装，吊装时，若在塔吊的操作范围之内，可用塔吊直接吊运至预定位置；若在塔吊操作范围之外，可用塔吊将钢腹板吊运至箱梁顶面运输小车上，由小平车进行水平运输至已浇节段砼边缘，由挂篮电动起重设备吊运至预定位置，起吊时应注意以下几点：①起吊时应利用贯穿钢筋孔或通气孔；②水平起吊时应在4角设4个对称吊点，避免出现斜拉、拖拽，特别是薄板起吊，防止产生不可恢复的变形；③起吊应有专人指挥，避免碰撞挂篮、模板等［6］。
2.1.2钢腹板的临时固定。在吊运至预定位置后，与上一节段钢腹板采用螺栓进行临时固定；竖直方向上，将钢腹板重量通过手拉葫芦及钢丝绳转移至挂篮前上横梁或挂篮菱形桁架上，并撤除电动葫芦，以便利用手拉葫芦进行标高调整；水平方向上拉设左右两道手拉葫芦，用以水平位置的调整。必要时还需在斜向加焊支撑钢筋，确保安全稳定后，才可进入下一工序。
2.1.3测量仪器应选用高精度免棱镜型全站仪，在BR-06特大桥实际施工中以莱卡TS06全站仪为例介绍，该仪器在测距方式上采用反射片测量的情况下，测距精度为1.5mm+2ppm，测量Hz及V的标准偏差为2”，完全能够满足高程及坐标计算的需要。
2.1.4通过丈量确定钢腹板悬挑端的上下中心点A和B。如图2、图3所示A点为钢腹板悬挑端上沿中心点，B点为钢腹板悬挑端下沿中心点，分别在A、B点处贴上反射片，为确保操作人员安全，此步骤在地面未吊装之前完成。
2.2波形钢腹板安装定位的详细测设方法
2.2.1仪器架设位置的选择。在保证人员、仪器安全的情况下尽量靠近已浇筑梁段边缘架设仪器，因悬臂端砼浇筑前后高程变化较大，且施工活载对悬臂端高程点的精度有着不可预见的影响，故推荐采用后方交会法建站，并通过远程高精度水准点校核已建成测站的X、Y、Z的三向精度，根据波形钢腹板的定位标准，三向精度均应达到+5mm以内方可开始测量作业。
2.2.2当临时固定完成，仪器架设完毕并符合精度要求后，即可开始钢腹板的精确定位测量，以下将以BR-06特大桥右幅1#墩边跨5#节段钢腹板安装定位数据举例说明。
2.2.3计算标高并确定法向偏距的设计值。查阅图纸不难计算出1#墩边跨5#节段钢腹板悬挑端的设计里程桩号为K9+932.9；设计标高H=1762.149m；设计标高点法向偏距L0=1.75m；横坡i%=2%；钢腹板上顶板砼厚度D=0.7m；钢腹板上沿中点（A点）的法向偏距设计值L=4.625m；预拱度值E=3.9cm。所以由图1所示，反射点A的实际施工标高目标值为H（A）=H-（L-L0）×i%-D+E=1762.149-（4.625-1.75）*2%-0.7+0.039=1761.431m
2.2.4如图2、图3所示，用全站仪照准A点反射片的十字丝中心，以精确测量模式（测量3次取平均值）测取X、Y、Z数据。
2.2.5直接对比实测Z值与1761.431m的差值，若Z值大于1761.431m，则通过手拉葫芦下调钢腹板相应的差值（Z-1761.431），反之则上调钢腹板相应的差值；当完成高程定位之后，安装此块钢腹板与上一节段钢腹板之间的连接定位螺栓，以防止在卸除竖向手拉葫芦之后，产生下沉。
2.2.6运行CASIO fx-5800计算器计算程序“ZBFS”，将实测X、Y值输入程序当中，计算得到L1’，若L1’>L，则表示钢腹板距设计中线的法向偏距过大，应向中线方向移动相应的差值；反之，若L1’<L，则应将钢腹板向远离中线的方向移动相应的差值。实践当中，往往不可能一次就调整到位，需要反复移动并校核，移动过程中还需注意是否产生竖向位移从而影响标高，直至实测L1’=L且Z=H（A），此时，钢腹板的整体精确定位已经基本完成。但由于施工误差及钢腹板轻微变形等原因，还需测取钢腹板下端B点的X、Y值，代入程序验算L2’是否等于或近似等于L，根据实际施工经验，往往实测L2’与L会存在0～3cm的少许偏差，此时应在钢腹板的上端焊接内外支撑，保证上端不变形不移动，然后用手拉葫芦横向调整钢腹板下端水平位置，直至L2’=L。至此，L1’=L2’=L=4.625m；Z=1761.431m。平面位置及高程均测设完毕。
2.3波形钢腹板的固定支撑
2.3.1完成上述定位步骤后，加焊水平内外支撑杆件，内支撑采用水平支撑桁架（如图4所示），外支撑采用φ25螺纹钢与底板及顶板预埋钢筋焊接固定，上下各1道.至此，路线内侧的钢腹板的精确安装定位及固定全部完成，外侧钢腹板安装定位的操作方法及流程均与内侧完全相同，根据计算模型改变相应参数即可，在此不再赘述。
图4
3、成果及总结
根据传统的施工放样方法，在钢腹板的定位过程当中，无论使用何种仪器，都必须要有测量人员，在钢腹板尚未定位完成的情况下，沿着钢腹板的上沿，走到前悬端，手扶棱镜、塔尺或是手持GPS流动站来测取数据。此时钢腹板尚未稳固，仅仅依靠手拉葫芦、钢丝绳等悬吊装置不足以保证钢腹板的稳定性，测量人员在测设过程中存在较大的安全风险，且每次调整都需要反复操作，费时费力，往往事倍功半。
而通过CASIO fx-5800计算器配合高精度免棱镜型全站仪，计算反射点与道路设计中线法向偏距，从而精确确定钢腹板的平面及高程位置，不仅很好的解决了这一安全问题，且在水平、竖向位置调整过程当中不需要测量人员反复上前，进而较传统方法更加高效。
此方法在伊朗德黑兰北部高速公路BR-06特大桥施工中得到了成功实践，全桥波形钢腹板轴线偏位小于10mm；内外板间距偏差小于5mm；内外板高差小于10mm；板身垂直度、坡度偏差均小于1/500；各个指标都符合要求，全桥线型美观、接缝平顺，取得了较好的实践效果。
参考文献：
［1］重庆交通大学硕士论文 石锦光-《波形钢腹板PC组合箱梁的动力特性分析》[D]-2013
［2］华南理工大学硕士论文 程浩-《波形钢腹板PC组合箱梁桥抗风性能的研究分析》[D]-2012
［3］山西建筑[J] 何昭平；韩宝柱；刘亚东-《CASIO系列可编程计算器在公路测量中的应用》-2008
［4］科技创新与应用[J] 梁雪飞-《CASIO fx-5800P编程计算器公路与铁路线路测量坐标正反算程序》-2012
［5］企业技术开发[J] 刘启瑞-《一种道路放样的通用计算程序》-2012
［6］施工技术[J] 杨丙文；万水；张建东；李明鸿-《波形钢腹板PC箱梁桥悬臂施工中腹板的定位与安装技术》-2013
作者简介：汤云龙（1988～），男，本科，助理工程师，主要从事计量、测量、现场施工等工作，浙江杭州，310000
论文作者:汤云龙
论文发表刊物:《基层建设》2016年27期
论文发表时间:2017/1/9
标签：腹板论文; 波形论文; 测量论文; 高程论文; 坐标论文; 标高论文; 计算器论文; 《基层建设》2016年27期论文;