中铁十七局集团第六工程有限公司 福建省福州市 350000
摘要：本文从测量专业角度出发，对传统的圆柱式墩柱模板垂直度控制方法优缺点进行分析，并以长福高速A3项目龙江特大桥工程为例，提出“三点圆”理论控制圆柱式墩柱模板垂直度的新方法。
关键词：圆柱式墩柱；垂直度控制；三点圆
1.引言
随着现代化经济建设的不断发展，道路桥梁成为一个国家经济发展的大动脉，圆柱式墩柱是现代化桥梁建设普遍采用的形式之一。本文从测量的角度出发，以长福高速A3项目龙江特大桥工程为例，分析传统的圆柱式墩柱模板垂直度精度控制方法的优缺点，在传统方法的基础上提出了“三点圆”理论控制垂直度的新方法，进一步提高了施工效率与工程质量。
本合同段位于福建省东部沿海福州辖区的福清市龙山街道、海口镇境内。起点K74+400与A2合同段相接，位于福清市阳下街道北山隧道中，路线由北向南，穿越北山隧道进入龙山街道，建柏渡大桥，经塘头、先强，于龙山互通接清荣大道（X177），经柏渡，建龙江特大桥跨过福清市东部新区、龙江，经海口镇桐屿，终于东峤村龙江特大桥83#墩（桩号K80+485.5），全线包括柏渡大桥等龙江特大桥共计4.5座。其中龙江特大桥全长2869米，圆柱式墩柱共计336根，墩柱高度最高在15m左右。根据设计要求，桥墩墩身倾斜度必须满足《公路桥涵施技术规范》（JTG／TF50－2011）中相关内容的规定，即墩柱倾斜度应小于3％H（H为墩柱高度），且垂直度最大允许偏差不大于20mm。如果施工过程中测量控制不到位，很容易超出规范要求，留下质量隐患，因此对墩柱模板垂直度的测量控制显得十分重要。
2．传统圆柱体墩柱模板垂直度控制方法
2．1吊垂球法
准确测量放样设计桩位中心坐标，拼装墩柱模板，在墩柱模板上口边缘四周吊垂球，用直钢尺反复丈量垂球垂线距离模板上端和下端距离，再不断调整缆风绳，直至模板各个方向的上下端与垂球垂线距离误差在允许范围内即可。
这种方法操作简单，效率高，但精度较低，只能粗略的判断墩柱的垂直度，在刮风的天气情況下，垂球受风的影响会来回摆动，这种方法就不能使用了。
2．2线路里程方向和偏距方向法
首先在垂直于线路方向，紧贴墩柱上口内側模板，测出两点坐标，计算两点坐标的里程，比较两点坐标是否在同一里程上。如果两点坐标不在同一里程上，就要对墩模板进行相应的调整，直到调整到同一里程上为止。沿着线路方向，用上述同样的方法比较两点坐标里程是否相差墩柱直径晅离。如果相差不为直径距离，就要对墩柱模板进行调整，调整到两点里程相差墩柱直径距离为止。将判断里程的程序编写到 CASIO fx－5800P计算器中，在施工现场使用起来比较方使，但是这种方法只能调整墩柱两个方向的垂直度，存在一定的局限性，且效率不高。
2．3水平角法
将全站仪架设在墩柱大约2倍墩柱高度距离处，整平仪器，望远镜十字丝瞄准墩柱模板底端外边缘，然后水平度盘制动锁定，并将水平度盘置零，垂直向上转动望远镜至墩柱顶端（如果偏离，会发现十字丝不在墩柱模板的外边缘），下一步锁定竖直度盘制动，然后旋转水平微动螺旋使十字丝竖丝跟墩柱边缘重合在一起，查看水平角度变化（比如0度0分50秒，说明墩柱模板沿仪器镜头正对方向右偏50秒，负角度表示左偏）。然后调整模板直到水平角为0度0分0秒，上述工作完成后，以墩柱为中心，将仪器用绕墩柱搬动90度左右的位置，整平，重复上述步骤，调整模板。这种方法能判断析墩柱的垂直度，简单直观，但随着墩柱高度的增加，天气的影响，观测误差会增加。其次这种方法每次只能测出一个方向的倾斜角度，如果受地势影响，另一个方向不方便架设仪器，则该方法也会存在一定的局限性。
3．长福A3项目龙江特大桥工程墩柱模板垂直度控制方法
3．1两点法
利用桥梁附近已知控制点，将全站仪架设在适当位置，整平设站定向后，在墩柱上口模板内边缘上任意测量一点（该点最好与缆风绳在一个方向），计算这一点与设计墩柱中心之间的距离，再在垂直于圆柱中心与这一点连线的模板内边缘上再测量一点，以同样的方法计算这一点与设计墩柱中心之间的距离，将这两点距离与墩柱设计半径进行比较，从而判断墩柱整体的偏离方向及偏移距离并进行调整，直到这两个点距离设计墩柱中心的距离与设计半径基本相等，满足设计误差要求即可。将计算距离的程序编写到CASIO fx－5800P计算器中，在施工现场使用起来是十分方便的。
3．2三点圆法
利用桥梁附近已知控制点，将全站仪架设在适当位置，整平设站定向后，在墩柱上口模板内边缘任意选取三个点（三点之间位置如图1所示），测出三点坐标，根据这三点坐标计算圆心坐标，与设计柱中心坐标进行比较，从而判断墩柱模板偏离的方向和偏移距离。
原理：根据数学知识，不在一条直线上的三个点可以构成唯一一个圆。圆上任意选取三点，连接任意两点，形成了两条弦，分别过两条弦的中点做垂线，相交于一点，此时的交点即为圆心，由圆心到圆上三点中任意一点的距离都是半径长（如下图1所示），A、B、C为圆上任意三个点，O为圆心。
图1 三点确定一个圆
将“三点圆”理论计算圆心的程序编写CASIO fx－5800P计算器中，在施工现场使用起来是十分方便的。CASIO fx－5800P计算器程序如下：
Lbl 1
?A：?B：?C：?D
Pol（C－A，D－B）：J＜0＝＞J+360→J
cos（J）*（I/2）+A→N：sin（J）*（I/2）＋B→S：J+90→M
?K：?L
Pol（K-C，L-D）：J＜0→J+360→J
cos（J）*（I/2）＋C→E：sin（J）*（I/2）＋D→F：J＋90→Q
“X＝”：（Ntan（M）+F-S-E tan（Q））÷（tan（M）-tan（Q））→X◢
“Y＝”：tan（Q）*（X－E）＋F→Y◢
?O：?P
Pol（X－O，Y－P）：J＜0＝＞J＋360→J：“T＝＂：J→T：T►DMS◢
“I＝”：I◢
Pol（X－A，Y－B）：“R＝”：l→R◢
Gotol
反复测量计算调整，直到实际墩柱中心与设计墩柱中心坐标误差满足设计规范要求即可。
4．三点圆垂直度控制方法与传统方法比较
4．1．三点圆垂直度控制方法程序编到CASIO fx－5800P计算器中带到现场使用，操作简单，方便快捷。
4．2．三点圆法相对于两点法，精度更高，可以从三个方向控制墩柱
的垂直度，建议在施工过程中可以互相结合使用，相互校验，提高作业效率。
4．3．三点圆法还可以通过计算半径检测圆柱墩上口模板是査发生形变，例如实测三点数据经计算R＝0.91m，而设计墩柱模板半径为R＝0.90m，说明上口模板相对变形量为lcm，可以用这种方法判断模板的变形量，指导施工，这是其他方法无法做到的。
4．4．三点圆法可以一次性快速准确判断墩柱模板的偏离量和偏移方向，在保证高精度控制的同时，加快了校模的速度，提高了现场的作业效率。
5．结语
以上几种垂直度控制方法都是以墩柱模板底部定位准确为前提条件，在实际施工过程中，可根据天气，现场环境，施工要求等合理选择，也可以结合使用，确保墩柱垂直度满足设计规范要求。
参考文献：
[1]覃辉．CASlOfx－5800P编程计算器公路与铁路施工测量程序M」．上海：同济大学出版社，2009
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[4]朱海涛，桥梁工程实用测量［M．北京：中国铁道出版社，2000
[5]张廷楷，张金水．道路勘测设计［M］．上海：同济大学出版社，1998
论文作者:李洪彬
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第19期
论文发表时间:2019/4/16
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