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摘要：大跨度钢箱梁斜拉桥钢主梁节段及斜拉索制造是实现全桥施工控制的重要环节。参照类似工程的成功经验，为了能够实现大桥施工现场高精度的施工控制，将“控制”的概念引入到构件加工制造阶段。除了现场的几何监测外还需要对工厂加工精度进行监测，并且利用这些监测信息建立数字化模型以供现场控制时使用。为了保证在容许范围内实现设计目标线形，控制主梁每个钢梁节段按确定的无应力尺寸非常重要。在容许误差范围内实现无应力尺寸，精确地制造和拼装梁段及安装斜拉索是实现最终线形的重要保证。
关键词：大跨度斜拉桥；钢箱梁；施工监测；钢结构加工；精度
1 制造过程中的控制
制造过程的控制主要是针对中跨钢主梁、塔柱钢锚梁和拉索等钢结构而言，混凝土主梁由于其制造与安装同时进行，因此其控制工作主要放到安装过程中。钢结构制造过程中的控制要针对制造商确定采用、并已获批准的施工工艺进行，如钢主梁采用多节段连续匹配组装、预拼装同时完成的施工工艺等。由于存在不确定因素，无应力尺寸的制作可能会出现误差。制造过程的施工控制将会监测出误差并及时做出调整，根据对已造桥梁构件的误差分析，可在后续批次的钢主梁制造中采取进一步的改进措施减少这些误差。
制造过程的施工控制重点是：
组装、焊接及预拼装胎架刚度及线形的控制；
整体式横隔板制造精度及安装的控制；
钢锚梁制造精度和安装的控制；
检查制造几何线形和监测误差；
斜拉索无应力长度的控制；
分析误差情况并提供修正措施。
制造施工控制的主要参数包括：
锚固组件的位置和方位；
锚固点位置；
已拼装梁段间的夹角；
已拼装梁段（塔段）的纵向累加无应力尺寸；
已成梁段（塔段）横截面无应力尺寸；
已成梁段重量和弹模；
斜拉索实际制造长度（进行精确的标记位置刻画）；
斜拉索重量和弹性模量。
2 主梁制造与拼装控制要点和流程
主梁制造与拼装是实现大桥施工控制的重要环节，其精度控制是关键所在。制造商在其制造方案中一般均会对提出制作工艺和保证措施，在实际制造中不仅要严格按制造方案中的操作流程进行制造，而且在各个制造环节中还应进行严格地检查，对梁端切角、锚点位置等关键几何参数还应进行重点控制。
从制造环境上划分，此制造工艺主要有两个阶段，第一阶段在工厂内进行板件制作，第二阶段在拼装胎架上多节段连续匹配组装、焊接和预拼装一次完成。对于第一阶段的工作，制造环境、设备条件均较好，对保证制作精度比较有有利，重点应该是钢锚梁的定位和焊接变形的控制，以及整体式横隔板的制造控制；还要注意的是，无应力尺寸是指在基准温度15°C的值，在不同温度下制作必须考虑温度补偿。对于第二阶段，制造环境相对第一阶段要差，不确定因素增多，特别是多节段制造接近完成及完成以后，有许多隐蔽或半隐蔽的部位存在，给测试、验收带来一定的难度，为了保证钢主梁制造尺寸及线形满足施工控制的要求，应该对重点过程进行控制，参见图1钢主梁制造过程重点控制流程。
4 斜拉索制造控制要点
斜拉索重量及弹模对结构线形控制非常重要。因此斜拉索的制作必须严格按照确定的制作方案和在规定的误差范围内进行。
在规定张力条件下对每根标准丝进行标定测量，并进行温度修正；
对每根编制成的斜拉索进行弹性模量测定，其中测力必须由测试精度高于1%级的锚索计进行测量；
按规定程序进行斜拉索长度测量，根据测定的斜拉索弹性模量和温度修正确定斜拉索的实际长度，并进行标记；
对每根成品索进行称重，此外在斜拉索锚杯安装前需测量锚杯的重量；
将所有测试数据填入专门设计的表格，经监理签字后提交给指挥部、施工单位、监控单位。
5 现场监测系统的设计
5.1主梁线形监测
（1）设备选型
主梁线形测量分为放样测量与事后测量，放样测量对测量时间及精度均有较高的要求。放样测量因为存在反复调整的问题，而且新梁段的放样位置受其相邻梁段的位置及转角的影响，因此，放样测量的关键在于确保相对精度和测量速度。事后测量的结果主要用于误差分析和参数识别，因此，事后测量的关键在于确保可靠的测量精度。
针对九江长江大桥的特点，主梁线形的测量拟采用精密数字水准仪，该水准仪采用3m长的条码尺，测量速度较常规的水准仪提高很多。
（2）放样测量
（A）待安装箱梁的中轴线控制
事先在每一块箱梁的顶面刻划好其中轴线的标志线（示意图见图3）。
在大桥的两边跨和中跨的0＃块顶面建立高精度的轴线（桥轴线）控制网，作为悬臂箱梁悬拼安装时中轴线控制的基准控制网。轴线控制网由大桥的首级平面控制网加密获得，平差后各轴线控制点的点位中误差不大于±3mm。
待安装箱梁的中轴线，用中线法控制其安装的平面位置，即在轴线控制点上安置TCA2003全站仪，后视另一轴线控制点后，指向待安装的箱梁。安装定位时，先使待安装箱梁的后端中线与悬臂上已安装好的箱梁（上一节段箱梁）中线重合；之后调整箱梁的位置，使其前端中线恰好位于全站仪已打到梁面的激光点上，这样此块待安装箱梁的平面位置就调整到位了（原理见下图6-8）。
事实上这种平面测量控制的方式在整个悬臂拼装的过程中较少采用，由于U肋的拼接板在钢箱梁工厂预拼阶段就进行了号孔制造，因此，在悬臂拼装阶段钢箱梁平面位置基本上已经由工厂预拼的情况确定下来了。这种调整仅使用与我们认为钢箱梁轴线位置已经发生较大偏移且存在逐渐放大的可能时，当然，发生这种调整的时候我们必须现场号孔重新制作高强螺栓的拼接板了。
（B）待安装箱梁的标高控制
事先在每一块箱梁顶面的四角位置布设四个标高控制点（见图3），其中远塔向的两个为主控测点，近塔向的两个为辅助测点（备用测点）。
首先将岸上首级高程控制点的高程传递到大桥两主塔塔柱的人洞口，待0＃块施工完毕后，再将高程控制点引到两0＃块顶面，即在0＃块顶面建立高精度的高程控制点，作为悬臂箱梁拼装时标高控制的高程基准控制点。
对于待安装的钢箱梁，由于其顶面上的标高控制点，相对于其前一节段已拼装好的钢箱梁上的标高控制点的高差，是已计算好且固定不变的，故采用控制相对高差的方法，对待安装钢箱梁的标高进行控制。即在待安装钢箱梁拼装时，测量其顶面四个标高控制点中悬臂端的两个（近塔端两个作为辅助测点，一般不进行测量）相对于其前一块已拼装好的钢箱梁之标高控制点的高差，待这两个点的相对高差均符合监控计算的高差要求时，此块钢箱梁的标高就调整到位了。
上述的相对高差控制法可用精密水准仪测量高差，在低幅度晃动的情况下可人工精确正平，这时可做到快速而准确地控制待安装钢箱梁的标高。
（3）事后测量
（A）挠度变形观测点的布设
主梁挠度变形观测点布设在每块钢箱梁上、下游两个边腹板对应的钢箱梁悬臂端横隔板的顶板上。
（B）测试方案
事后测量可可采用传统的光学精密水准仪+因瓦水准尺的精密水准测量方法，进行上述各种工况下的挠度变形监测。在风力较大和长悬臂晃动显著的情况下，可采用现代的电子全站仪自动照准三角高程测量的方法，进行上述各种工况下的挠度变形监测。此时全站仪安置在靠近0#块的稳定的位置，棱镜直接安装在钢箱梁顶面的棱镜杆上，由于此时采用的是单向三角高程测量的原理，因此必须在高差计算时进行地球曲率和大气折光改正，这样可在风力较大和长悬臂晃动显著的情况下快速地完成挠度变形监测（但此时测量精度只能保证在1～2cm的水平），因此，对于事后测量，监控组可能会根据环境情况对预订测量时机进行调整。
5.2索塔偏位及沉降的监测
（1）设备选型
索塔偏位的监测采用0.5″级的TCA2003全站仪进行。索塔的沉降采用在承台处布置沉降观测标志。
（2）测点布置
索塔模板安装的监测一般由施工单位自行完成。并可以在适当的时候组织对索塔偏位的连续观测（包括温度测量），以提供索塔偏位的温度修正量。悬臂拼装阶段索塔变形监测点布设在两个主塔的顶部，监测点采用Leica 360°棱镜直接固定在预埋的强制对中装置上。
主梁施工期间，索塔水平位移变形，按极坐标测量的方法进行监测。作为此项变形监测的基准点，应该是桥轴线附近的建有观测墩和强制对中器的平面控制网点，控制点与控制点之间的相对精度应在1/20万以上，应该具有足够的精度作为索塔变形监测的基准点。
5.3几何监测测量误差技术要求
对于悬臂施工部分（悬臂长度为L）要求高程测量误差小于±（2 mm＋15ppmL）。实际实施时两组测量结果偏差小于2 mm＋15ppmL时采用结果平均值，超过此偏差应进行复测。支架段高程测量误差应小于2mm，两组测量结果偏差小于2 mm时采用结果平均值，超过此偏差应进行复测。
对于悬臂施工部分（悬臂长度为L）主梁轴线测量误差不得大于±（2mm＋15ppmL）。实际实施时施工单位及测量中心测量结果偏差小于2 mm＋15ppmL时采用测量中心结果，超过此偏差应进行复测。支架段轴线测量误差应小于2mm，施工单位及测量中心测量结果偏差小于2 mm时采用测量中心结果，超过此偏差应进行复测。
索塔偏位测量误差不得大于±5mm，误差判定及取值方式同上。
基础沉降测量误差不得大于±2mm，误差判定及取值方式同上。
6 结语
本文论述了大跨度钢箱梁斜拉桥施工控制过程中的监测 内容及监测方法，采用论文论述的方案在实际施工中取得了良好的监测效果，对类似工程具有较高的借鉴意义。
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论文作者:张思亮
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/29
标签：测量论文; 误差论文; 悬臂论文; 标高论文; 斜拉桥论文; 轴线论文; 高程论文; 《基层建设》2016年10期论文;