特大型桥梁施工测量技术综述7 7特大型桥梁施工测量技术综述岳建平，高永刚，谢波( 河海大学土木工程学院，江苏南京2 1 0 0 9 8 )接要根据现代特大型桥梁的特点和施工要求，从施工控制网的建立、施工放样以及变形监测等方面详细介绍了其研究现状和发展趋势。 关键词桥梁施工浸4 量施工控刳网施工放样变形监测1 概述目前的许多长江大桥、跨海大桥由于其施工工艺等发生了很大的变化，对施工测量也提出了新的要求。在施工阶段，测量的主要工作是建筑物的放样，为此，首先应建立施工平面和高程控制网点，用以放样桥梁中线、基础桩、墩台、塔柱等。对于深水河道一般采用测角网、测边网、边角网建立平面控制，也可利用G P S 建立平面控制网。高程控制网一般采用水准测量方法建立，在施工区域合宜的地方布设基准点( 还兼作运营阶段沉降观测的高程依据) 与施工水准点。为使河流两岸的高程基准一致，需进行跨河水准测量，跨河水准测量可采用水准仪倾斜螺旋法或经纬仪倾角法和光学测微法等进行对向观测。在运营管理阶段，为了保证行车安全和及时维修加固，应观测墩台的沉陷和水平位移。沉陷观测采用精密水准测量。墩台沿上下游方向的水平位移，可利用视准线法和波带板激光准直法测定，墩台顺桥中线方向的位移观测，应用特制的钢线尺或精密光电测距仪测定。上部结构各节点在坚直方向的变形值用水准测量方法测定。沉陷和位移观测需要定期进行，初始周期应短些，其后可适当增长。2 施工控制网桥梁施工控制网建立的主要目的是进行施工放样和变形监测，由于现代大型桥梁的建设规模大、桥型新、结构新颖、施工工艺复杂、跨度大、桥面高和工期长，为这些桥梁施工控制服务的桥梁施工平面控制网，其建网方法也在不断地更新。施工控制网包括平面控制网和高程控制网。平面控制网一般采用三角网或G P S 网方式建立，其网型和精度根据工程的具体布局和特点制订，对于特大型桥梁，目前平面控制网的最弱点点位精度通常控制在5 r a m 以内。为保证工程的施工精度和放样工作的方便，平面施工控制网需根据桥梁的工程特点投影到特定的高程面上。平面控制网点一般都需建立混凝土标墩，并埋设强制归心底盘。由于大型桥梁的施工期较长，各标点应建立在稳固的基础上，以确保控制点的稳定性，在基础松软地区，控制点基础一般应埋设钢管，以提高控制点的稳定性。高程控制网一般采用精密水准测量方法建立，为使两岸的高程系统严格一致，需进行跨河水准测量。在高程控制网平差时，一般只选用某一岸的一个点作为基准点。当两岸都有高级水准点时，由于通常不清楚它们之间是否存在系统差，因此，首次观测时一般仍用一个点作为已知点，只有当通过联测确认其不存在系统差时，才能将其都作为已知点使用。为使高程控制点能得到有效的检核，在施工区域附近应设置高程工作基点。现代大型桥梁施工控制网一般分两级布设，以首级控制网点控制全桥及与之相关的重要附属工程，以二级网对工程局部位置进行施工放样。在通常情况下，首级施工控制网在工程施工前就应布设完毕，而二级加密网一般在施工过程中，根据施工的进度和工程施工的具体要求布设。由于大型桥梁施工控制网的精度一般较高，为保证测量成果的准确可靠，在控制点埋设后，应有一个点位稳定期，因此，在布设二级网时，应提前作好准备工作。在采用三角网形式建立施工控制网时，应使所选的控制网点有较好的通视条件，能构成较好的图形，避免大于1 2 0 。的钝角和小于3 0 。的锐角，以保证控制网有较好的图形强度。对于利用交会法放样的7 8数字测绘技术与数字交通建设工程，还应考虑到主要工程部位施工放样有较好的交会角度，以保证施工放样的精度。 在采用G P S 方法建立施工控制网时，应保证点位附近天空开阔，且没有电波辐射源和反射源。另外，由于施工测量大都采用全站仪进行，应至少保证两点之间通视，对于放样重要位置的控制点，应保证两个以上的通枧控制点。由于大型悬索桥和斜拉桥的索塔高度均在百米以上，且为桥梁工程中的关键部位，因此，为保证施工放样的顺利进行和施工放样的精度，控制网点的位置应根据塔柱的高度合理选择。控制点太近，则放样时仰角很大，放样工作不方便，且精度也受影响；若控制点太远，虽放样操作方便性提高，但由于距离增大，放样精度会受到明显影响，因此，应根据工程的具体情况，论证放样方法的合理性和方便程度，最主要的是保证塔柱放样能达到要求的精度。 由于大型桥梁的施工期较长，且施工过程中难免对控制点稳定性带来一定的影响，因此，施工控制网应根据实际情况进行全面复测。在施工过程中，对常用的控制点也应进行必要的检测。控制网复测时，一般要求采用相同的网形和观测纲要，并严格要求坐标系统的统一。但由于施工进度的差异和控制点的实际使用情况，网形一般会发生一些变化。由于首级施工控制网点间距大、密度相对较小，一般不能完全满足施工测量的需要，因此，施工单位 应根据实际需要加密控制点。加密控制点的精度应满足工程放样的实际需要，并应有必要的检核。3 施工放样技术桥梁的施工放样常采用前方交会法、距离交会法等方法。目前，由于全站仪的普遍使用，放样工作一般都采用全站仪坐标法进行，利用钢尺直接丈量或间接测距方法检核放样点之间的相对关系。对于基础桩的放样也可利用G P S ( R T K ) 进行。全站仪坐标放样法充分利用了全站仪测角、测距和计算一体化的特点，只需知道待放样点的坐标，不需事先计算放样元素，就可在现场放样，而且操作 十分方便。由于目前全站仪的使用已十分普及，该方法已成为目前施工放样的主要方法。全站仪架设在已知点A 上，只要输人测站点 A 、后视点B 以及待放样点P 的三点坐标，瞄准后视点定向，按下反算方位角键，则仪器自动将测站与后视的方位角设置在该方向上。然后按下放样键，仪器自动在屏幕上用左右箭头提示，应该将仪器往左或右旋转，这样就可使仪器到达设计的方向线上。接着通过测距离，仪器自动提示棱镜前后移动，直到 放样出设计的距离，这样就能方便地完成点位的放样。若需要放样下一个点位，只要重新输入或调用待放样点的坐标即可，按下放样键后，仪器会自动提示旋转的角度和移动的距离。用全站仪放样点位，可事先输入气象元素即现场的温度和气压，仪器会自动进行气象改正。因此用全站仪放样点位既能保证精度，同时操作十分方便，无须做任何手工计算。 近几年来，高精度G P S 实时动态定位技术R T K 得到了快速的发展，它不但能用于控制测量，而且可用于建筑物的细部放样。由于它能够实时地提供在任意坐标系中的三维坐标数据，在桥梁工程 的施工测量中利用G P S ( R T K ) 直接坐标放样已很普遍。 G P S ( R T K ) 是一种全天候、全方位的新型测量系统，是目前实时、准确地确定待测点位置的最佳方式。它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。R T K 定位技术是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时传送给动态用户，动态用户将收到的数据链连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得动态用户的实时三维位置。动态用户再将实时位置与设计值相比较，进而指导放样。 G P S ( R T K ) 定位技术具有与使用其它测量仪器所不同的优点。采用一般仪器，如全站仪测量等，既要求通视，又费工费时，而且精度不均匀。R T K 测量拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不会产生误差累积，应用R T K 直接坐标法能快速、高效率地完成测量放样任务。在桥梁工程施工中，需要放样由设计所指定的高程，如桥梁墩台、桥面等的高程。高程放样和平面放样一样，也是一项经常性的工作，为此，需根据工程的进度，及时将高程基准传递到合宜的位置，以方便放样工作的进行。高程放样的主要方法有：水准仪法放样、三角高程法放样，在某些特殊场合，还可利用钢尺或全站仪进行高程的传递工作。4 变形监测4 1 垂直位移监测垂直位移观测是定期地测量布设在桥墩台上的特大型桥梁施工测量技术综述7 9观测点相对于基准点的高差，求得观测点的高程，利用不同时期观测点的高程求出墩台的垂直位移值。垂直位移监测方法主要有以下几种：精密水准测量。这是传统的测量垂直位移 的方法，这种方法测量精度高，数据可靠性好，能监测建筑物的绝对沉降量。另外，该法所需仪器设备价格较低，能有效降低测量成本。该方法的最大缺陷是劳动强度高，测量速度慢，难以实现观测的自动化，对需要高速同步观测的场合不太适合。三角高程测量。这也是一种传统的大地测 量方法，该法在距离较短的情况下能达到较高的精度，但在距离超过4 0 0 m 时，由于受大气垂直折光的影响，其精度会迅速降低。该法在高塔柱、水中墩台的垂直位移监测中有一定的优势。液体静力水准测量( 又称连通管测量) 。该 法采用连通管原理，测量两点之间的相对沉降量。该法的优点是测量精度高，速度快，且可实现自动化连续观测。该法的主要缺点是测点之间的高差不能太大，且一般只能测量相对位移，另外，这种设备的总体价格较高，对中、小型工程不太适用。压力测量法。该法利用连成一体的压力系统，测量各点的压力值，当产生垂直位移时，系统内的压力将产生变化，利用压力的变化量，可转换为高程的变化量，从而测出各点的垂直位移。该法一般只能测量两点之间的相对位移且设备价格较高。 G P S 测量。G P S 除了可以进行平面位置测 量外，还能进行高程测量，但高程测量的精度要比平面测量的精度低一倍左右。若采用静态测量模式，1 小时以上的观测结果一般能达到5 m m 以上的测量精度，若采用动态测量模式，一般只能达到4 0 m m 左右的精度，经特殊处理过的数据，有时能达 到2 0 m m 左右的精度。利用该法测量可以实现监测的自动化，但测量设备的价格较高，另外，动态测量的精度也不很高。4 2 水平位移监测测定水平位移的方法与桥梁的形状有关，对于直线形桥梁，一般采用基准线法、测小角法等；对于曲线桥梁，一般采用三角测量法、交会法、导线测量法等。三角测量法。在桥址附近，建立一三角网，将起算点和变形监测点都包含在此网内，定期对该网进行观测，求出各监测点的坐标值，根据首期观测和以后各期的坐标值，可求出各监测点的位移值。三角网的观测可采用测角网、边角网、测边网等形式。交会法。利用前方交会、后方交会、边长交 会等方法可测定位移标点的水平位移，该方法适用于对桥梁墩台的水平位移观测，也可用于塔柱顶部的水平位移观测。该法能求得纵、横向位移值的总量，投影到纵、横方向线上，即可获得纵、横向位移量。导线测量法。对桥梁水平位移监测还可采 用导线测量法，这种导线两端连接于桥台工作基点上，每一个墩上设置一导线点，它们也是观测点。这是一种两端不测连接角的无定向导线。通过重复观测。由两期观测成果比较可得观测点的位移。基准线法。对直线形的桥梁测定桥墩台的横向位移以基准线法最为有利，而纵向位移可用高精度测距仪直接测定。大型桥梁包括主桥和引桥两部分，可分别布设三条基准线，主桥一条，两端引桥各一条。测小角法。测小角法是精密测定基准线方 向( 或分段基准线方向) 与测站到观测点之间的小角。由于小角观测中仪器和觇牌一般置于钢筋混凝上结构的观测墩上，观测墩底座部分要求宜接浇筑在基岩上，以确保其稳定性。G P S 观测。利用G P S 自动化、全天候观测的特点，在工程的外部布设监测点，可实现高精度、全自动的水平位移监测，该技术已经在我国的部分 桥梁工程中得到应用。由于G P S 观测不需要测点之间相互通视，所以，有更大的范围选择和建立稳定的基准点。专用方法。在某些特殊场合，还可采用多点位移计等专用设备对工程局部进行水平位移监测。4 3挠度观测桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分，桥梁建成后，桥梁承受静荷载和动荷载，必然会产生挠曲变形，因此，在交付使用之前或交付使用后应对梁的挠度变形进行观测。桥梁绕度观测分为桥梁的静荷载挠度观测和动荷载挠度观测。静荷载挠度观测时测定桥梁自重和构件安装误差引起的桥梁的下垂量；动荷载挠度观测时测定车辆通过时在其重量和冲量作用下桥梁产生的挠曲变形。目前常用的桥梁挠度测量方法主要有悬锤法、水准仪( 经纬仪