CN102251476B - 钢管格构墩现场安装测量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管格构墩现场安装测量控制方法，钢管格构墩由四根立柱钢管组成，沿墩高设置横联桁架，立柱钢管之间设置连接腹管，钢管格构墩按事先加工好的钢管节段单元及横联桁架运至桥墩位现场进行安装，所述钢管节段单元由两片纵向A型架钢管与横撑连接组成，安装时钢管节段单元定位采用以“三维坐标控制法”为主，“双轴线控制法”为辅的测量控制方法。本发明有效消除了环境因素、人为操作及施工不当引起的墩身轴线偏差，具有高放样精度和作业效率，满足了格构墩柱与横撑安装施工的需要，测量人员和仪器不会受坠物伤害，具有实用性。

Description

钢管格构墩现场安装测量控制方法

技术领域

本发明涉及一种建筑工程的安装测量控制方法，尤其涉及一种钢管格构墩现场安装测量控制方法。

背景技术

国内目前在较高大桥钢管格构墩现场安装时一般采用“天顶法”，在施工底混凝土底板时，精确定出控制点位置，当施工到较高层数时，用垂直经纬仪，将垂直经纬仪设在底层，用光学对中设备将经纬仪的光学中心点对准控制桩的中心，然后，将经纬仪瞄准指向天顶(施工层)在施工层上的预留孔处设有可移动的玻璃十字板，调整玻璃板对准垂直经纬仪的十字中心点，此点即为施工时设定的控制点。当所有控制点投测完毕后，根据控制点定出各位置线。《铁道建筑技术》2010年第9期，“干海子大桥钢管格构墩现场安装技术”一文对干海子大桥为交通部西部山区科技示范项目依托工程，大桥下部结构多为钢管格构墩，对钢管格构墩的现场实际采取的安装技术进行了总结。目前的方法受各种环境因素及人为操作的影响较大，放样精度和作业效率低，并且测量人员和仪器在底层作业易受坠物伤害。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种钢管格构墩现场安装测量控制方法，有效消除了各种环境因素、人为操作及施工不当引起的墩身轴线偏差影响，具有很高的放样精度和明显的作业效率，满足了格构墩柱与横撑安装施工的需要，测量人员和仪器不会受坠物伤害，非常具有实用性。

本发明的技术方案是：一种钢管格构墩现场安装测量控制方法，钢管格构墩由四根立柱钢管组成，沿墩高每7-17m设置一道横联桁架，立柱钢管之间每1-3m设置一道连接腹管，钢管格构墩施工是按照事先在地面加工好的钢管节段单元及横联桁架运至桥墩位现场进行安装，所述钢管节段单元由两片纵向A型架钢管与横撑连接组成，安装时钢管节段单元的定位采用以“三维坐标控制法”为主，“双轴线控制法”为辅的测量控制方法，所述“三维坐标控制法”具体步骤如下：

(1)测量控制时将测量控制指标分解到四根立柱钢管上，首先测定出四根立柱钢管(1)安装节段的桩顶高程，高程位置确定采用几何水准测量法与全站仪三角高程测量法相结合进行双控，计算出各立柱钢管柱顶的实测高程，并与设计的钢管节段单元管顶高程进行对比，最后根据各立柱钢管柱顶的实测平面高程与钢管设计倾斜度分别计算出各待测立柱钢管柱顶的平面中心坐标；

(2)在各钢管节段单元放样前，安装人员提前在立柱钢管柱顶管口平面的轴心区域焊接水平定位板；在现场进行放样控制时，根据已计算好的平面中心坐标通过数据换算按极坐标法进行施工放样，前视扶镜人员在立柱钢管柱顶的水平定位板上立镜，通过测站观测人员的定位指挥，依次在四根立柱钢管上测放出各待测点的准确中心位置；施工放样完成后，仪器观测人员重新返镜观测后视点，复核后视角度是否与放样前配置的角度一致，复核无误后方可提供定位调整数据，指导作业人员进行管口尺寸微量调校；

所述“双轴线控制法”指控制待测点位的垂直度与倾斜度，其通过定向控制待测立柱钢管的纵、横向控制轴线来实现，具体步骤如下：

(1)安装前测量人员根据A型架钢管管径分中的原理提前在每片纵向A型架钢管外壁上准确量测出钢管桩的纵、横向轴线点位置，通过定向弹墨线在钢管外管壁上标定出纵、横向控制轴线；

(2)钢管节段单元在安装过程中，现场安装人员均以三联A型架钢管为一组采用拉轴线的方法对钢管节段单元进行轴心控制与偏差调整；当钢管节段单元管壁上标定的纵、横向控制轴线与纵、横向轴线通线处于完全重合的状态下，格构墩柱钢管安装单元的轴心满足精确就位要求。

作为优选，所述几何水准测量方法是利用桥墩下的支水准点，水准仪和钢尺把标高分段引到施测部位，所述全站仪三角高程测量法为正、倒镜测量。

作为优选，测量时间选择在日照强度弱的时刻，在进行测量控制时及时根据施测时的室外温度和气压值，校正仪器相关参数减弱环境因素引起的误差；对钢管格构墩柱进行轴心偏差调整控制时选择在日照温差较低的无风或微风时刻。

作为优选，对钢管格构墩柱进行轴心放样控制时，导线控制点根据格构墩柱的分布特点定向划分相应的施测范围，检测过程中控制点不跨区交叉使用。

作为优选，在对立柱钢管进行空间定位与调整时，采用拉尺丈量法分别对钢管格构墩柱的小跨与大跨的结构尺寸进行钢尺量距检测与控制。

作为优选，每半年进行一次对施工控制网复测，在对控制网进行复测时，与相邻标段的控制点进行联测。

本发明的有益效果是：通过以“三维坐标控制法”为主，“双轴线控制法”为辅的测量控制方案，通过“三维坐标控制法”与“双轴线控制法”的双控检测对高空定位安装测量控制形成了相互校核和互补的局面，有效消除了各种环境因素、人为操作及施工不当引起的墩身轴线偏差影响。通过对验收合格的钢管格构墩柱进行混凝土浇筑完成前、后的轴心偏差对比检测，其混凝土浇筑前钢管柱的最大纵向偏差为4mm，最大横向偏差为4mm；混凝土浇筑完成后钢管柱的最大纵向偏差为5mm，最大横向偏差为4mm，检测数据均满足钢管格构墩柱安装施工的设计控制要求，具有很高的放样精度和明显的作业效率。另外测量人员和仪器不会受坠物伤害，非常具有实用性。

附图说明

图1是本发明格构墩钢管柱纵、横向控制轴线平面示意图；

图2是本发明格构墩钢管柱纵向控制轴线示意图。

其中：1-立柱钢管，2-腹管，3-立柱钢管的纵向控制轴线，4-立柱钢管的横向控制轴线，5-横联桁架。

具体实施方式

作为本发明的一种实施方式，如图1和图2所示，一种钢管格构墩现场安装测量控制方法，钢管格构墩由四根立柱钢管1组成，沿墩高每12m设置一道横联桁架5，立柱钢管之间每2m设置一道连接腹管2，钢管格构墩施工是按照事先在地面加工好的钢管节段单元及横联桁架5运至桥墩位现场进行安装，所述钢管节段单元由两片纵向A型架钢管与横撑连接组成。

本发明使用的全站仪仪器型号为拓普康全站仪-GTS7501，其测角精度为1秒，测距精度±1mm；水准仪型号为北京博飞DSZ3-1和天津欧波DS32H。在工程开工前，根据施工需要须提前对所投入的测量仪器经过西南交大测量检测中心进行检校和标定。

施工前先进行施工控制网加密布设，施工控制网是施工放样和测量控制的基础，施工控制网数据的精确性直接决定放样数据的真实性和准确性。在施工前，测量班根据现场地形条件和工程放样的规模，对施工控制网方案进行了规划和布设，其中平面控制网主要是对高度在90m以上的钢管格构墩柱区域重新进行了控制导线点布设，即根据设计方提供的控制点在施工区域根据不同施工放样要求在不同高程地面位置布设了加密闭合、附和导线控制网。

对于水准测量控制网的布设，以四等水准测量网为基准，从大桥一端的永久水准点开始，按附合水准路线要求进行高程传递，并逐墩分区进行支水准点布设，最后附合在另一端的永久水准点上，其高差闭合差限差为fh限≤±6√nmm(n为测站点数)。

安装时钢管节段单元的定位采用以“三维坐标控制法”为主，“双轴线控制法”为辅的测量控制方法，所述“三维坐标控制法”具体步骤如下：

(1)测量控制时将测量控制指标分解到四根立柱钢管1上，首先测定出四根立柱钢管1安装节段的桩顶高程，高程位置确定采用几何水准测量法与全站仪三角高程测量法相结合进行双控，计算出各立柱钢管1柱顶的实测高程，并与设计的钢管节段单元管顶高程进行对比，最后根据各立柱钢管1柱顶的实测平面高程与钢管设计倾斜度分别计算出各待测立柱钢管1柱顶的平面中心坐标；在本实施例中，作为优选，所述几何水准测量方法是利用桥墩下的支水准点，水准仪和钢尺把标高分段引到施测部位，所述全站仪三角高程测量法为正、倒镜测量。

(2)在各钢管节段单元放样前，安装人员提前在立柱钢管1柱顶管口平面的轴心区域焊接水平定位板；在现场进行放样控制时，根据已计算好的平面中心坐标通过数据换算按极坐标法进行施工放样，前视扶镜人员在立柱钢管1柱顶的水平定位板上立镜，通过测站观测人员的定位指挥，依次在四根立柱钢管1上测放出各待测点的准确中心位置；施工放样完成后，仪器观测人员重新返镜观测后视点，复核后视角度是否与放样前配置的角度一致，复核无误后方可提供定位调整数据，指导作业人员进行管口尺寸微量调校。

一般情况下，各待测点能直接进行极坐标放样，个别情况下因上下行走转梯、操作平台及施工设备等影响视线通视时，可通过调整棱镜杆长度，或在局部范围内采用偏距测量等辅助方法解决待测点的放样问题。

所述“双轴线控制法”指控制待测点位的垂直度与倾斜度，其通过定向控制待测立柱钢管的纵、横向控制轴线3、4来实现，具体步骤如下：

(1)安装前测量人员根据A型架钢管管径分中的原理提前在每片纵向A型架钢管外壁上准确量测出钢管桩的纵、横向轴线点位置，通过定向弹墨线在钢管外管壁上标定出纵、横向控制轴线3、4。

(2)钢管节段单元在安装过程中，现场安装人员均以三联A型架钢管为一组采用拉轴线的方法对钢管节段单元进行轴心控制与偏差调整；当钢管节段单元管壁上标定的纵、横向控制轴线3、4与纵、横向轴线通线处于完全重合的状态下，格构墩柱钢管安装单元的轴心满足精确就位要求，同时也表明钢管格构墩柱的垂直度与倾斜度满足设计要求。

各钢管节段单元在高空定位安装的实施阶段，采用以上测量控制方法能满足钢管格构墩柱的安装精度和施工需要，但实施过程中也发现了一些影响钢管桩柱安装精度的不利因素，主要有以下两种：

1.环境因素影响

环境因素的影响主要是指风载、太阳辐射位差造成结构不对称变形。由于缺少日照温差对钢管格构墩安装精度方面的具体影响参数，分别选择在不同时段，不同日照温差的条件下对已检测合格的20#墩第五节段钢管柱(墩高约60米)进行对比检测：检测结果显示，偏差值的大小与结构物的柔度系数和温差成正比，在上午10点钟以前日照强度相对较弱时对钢管进行检测其轴心偏差值等控制要素相对稳定，变化较小。而在上午10点钟至下午16点钟这期间的日照强度较强时进行检测，受温差的影响，其钢管柱的轴心偏差值比较明显。检测数据见表一：《钢管格构墩柱在不同日照温度条件下的轴心偏差值对比检测表》。

表一钢管格构墩柱在不同日照温度条件下的轴心偏差值对比检测表

2.人为因素影响

人为因素主要指在施工过程中由于施工人员的操作不当等，以及材料、施工设备的不对称放置、塔机抱箍附着等对钢管格构墩柱产生不对称荷载，致使钢管格构墩柱产生挠曲变形，从而导致钢管柱轴线产生偏移，影响钢管格构墩柱的施工质量。

不利因素确认后，在施工测量时可以通过对应的措施以消除。

(1)环境因素引起的墩身轴心偏差控制措施

为了避免日照温差引起的钢管格构墩柱弯曲变形造成测量数据出现误差，测量时间应选择在日照强度弱的时刻，如在早晨太阳升起之前，或傍晚日落后墩身温差比较小的时刻进行。同时，在进行测量控制时应及时根据施测时的室外温度和气压值，校正仪器相关参数来减弱此项误差。为确保整个钢管格构墩柱安装精度，建议在对钢管格构墩柱进行轴心偏差调整控制时应尽量选择在日照温差较低的无风或微风时刻，以减小因温度荷载、风荷载等引起的轴线偏差。

(2)人为因素引起的墩身轴心偏差控制措施

①定向布设施测墩位控制点

在对钢管格构墩柱进行轴心放样控制时，导线控制点应根据格构墩柱的分布特点定向划分相应的施测范围，检测过程中控制点不跨区交叉使用，避免了格构墩柱在安装过程中出现误差积累。

②节段单元预拼装检测控制

节段地面预拼装精度控制是现场安装精度控制的前提，各钢管节段单元在制作过程中严格按照设计图中的几何尺寸进行大样放样控制与制作。钢管节段单元长度均按设计要求的10～12m进行下料与加工制作，分批次制作完成后及时在预拼装场对已加工好的相邻钢管单元节段安装“2+1”模式行三联钢管单元预拼装检测，在各项指标均检测合格后方可进行下一步的防腐处理与安装施工。

③高空安装施工设备进行合理布设

钢管柱进行高空安装时，要求对放置在钢管格构墩柱上的机具设备如临时操作平台、电焊机等的放置进行合理规划与布设，要尽量考虑到对称放置，避免不对称荷载造成的不均衡变形，影响施测安装精度。对于高空起吊设备如塔机的使用则需考虑塔机抱箍附着在钢管格构墩柱上对其产生不对称荷载的影响因素。

对于大桥的高墩施工在塔机抱箍附着在高墩的状态下(塔机高度约为60米，塔机抱箍附着高度约为48米，格构墩柱高为49.5米)，分别对塔机长臂处于不同方位时其钢管柱产生的轴心偏差值进行了对比检测。检测数据显示：当塔机长臂处在格构墩柱前后左右的四个不同方位时，其轴心的偏差值均发生不同程度的变化，当塔机长臂处于背向墩柱的线路方位时，其抱箍附着对格构墩柱纵、横向变形影响相对最大，纵向最大偏差值为18mm，横向最大偏差值为6mm。50米以上的高墩施工因塔机抱箍附着对钢管格构墩柱产生的挠曲变形无法满足钢管格构墩柱的设计安装精度，从而放弃使用塔机设备改用大型履带吊设备进行高空吊装施工。

④安装单元空间几何尺寸控制

为确保各钢管节段单元在高空定位安装中的精度，在对立柱钢管1进行空间定位与调整时，现场安装人员均采用拉尺丈量法分别对钢管格构墩柱的小跨与大跨的结构尺寸进行钢尺量距检测与控制，以确保结构的整体尺寸满足设计要求。

⑤施工控制网定期复测

对于施工周期长，控制点多布设在山坡上的钢管格构墩安装，加之受雨雪天气等因素影响，控制点可能出现移位，为确保施工测量的精度，必须加强对施工控制网定期复测，例如每半年进行一次。在对控制网进行复测时，亦要与相邻标段的控制点进行联测，以确保数据真实有效。

Claims (5)

1.一种钢管格构墩现场安装测量控制方法，其特征在于：钢管格构墩由四根立柱钢管组成，沿墩高每7-17m设置一道横联桁架，立柱钢管之间每1-3m设置一道连接腹管，钢管格构墩施工是按已加工好的钢管节段单元及横联桁架运至桥墩位现场进行安装，所述钢管节段单元由两片纵向A型架钢管与横撑连接组成，安装时钢管节段单元的定位采用以“三维坐标控制法”为主，“双轴线控制法”为辅的测量控制方法，所述“三维坐标控制法”步骤包括：

（1）测量控制时将测量控制指标分解到四根立柱钢管上，首先测定出四根立柱钢管安装节段的桩顶高程，高程位置确定采用几何水准测量法与全站仪三角高程测量法相结合进行双控，计算出各立柱钢管柱顶的实测高程，并与设计的钢管节段单元管顶高程进行对比，最后根据各立柱钢管柱顶的实测平面高程与钢管设计倾斜度分别计算出各待测立柱钢管柱顶的平面中心坐标；

（2）在各钢管节段单元放样前，安装人员提前在立柱钢管柱顶管口平面的轴心区域焊接水平定位板；在现场进行放样控制时，根据已计算好的平面中心坐标通过数据换算按极坐标法进行施工放样，前视扶镜人员在立柱钢管柱顶的水平定位板上立镜，通过测站观测人员的定位指挥，依次在四根立柱钢管上测放出各待测点的准确中心位置；施工放样完成后，仪器观测人员重新返镜观测后视点，复核后视角度是否与放样前配置的角度一致，复核无误后方可提供定位调整数据，指导作业人员进行管口尺寸微量调校；

所述“双轴线控制法”指控制待测点位的垂直度与倾斜度，其通过定向控制待测立柱钢管的纵、横向控制轴线来实现，其步骤包括：

（1）安装前测量人员根据A型架钢管管径分中的原理提前在每片纵向A型架钢管外壁上准确量测出钢管桩的纵、横向轴线点位置，通过定向弹墨线在钢管外管壁上标定出纵、横向控制轴线；

（2）钢管节段单元在安装过程中，现场安装人员均以三联A型架钢管为一组采用拉轴线的方法对钢管节段单元进行轴心控制与偏差调整；当钢管节段单元管壁上标定的纵、横向控制轴线与纵、横向轴线通线处于完全重合的状态下，格构墩柱钢管安装单元的轴心满足精确就位要求。

2.根据权利要求1所述的钢管格构墩现场安装测量控制方法，其特征在于：所述几何水准测量方法是利用桥墩下的支水准点、水准仪和钢尺把标高分段引到施测部位，所述全站仪三角高程测量法为正、倒镜测量。

3.根据权利要求1或2所述的钢管格构墩现场安装测量控制方法，其特征在于：测量时间选择在日照强度弱的时刻，在进行测量控制时及时根据施测时的室外温度和气压值，校正仪器相关参数减弱环境因素引起的误差；对钢管格构墩柱进行轴心偏差调整控制时选择在日照温差较低的无风或微风时刻。

4.根据权利要求3所述的钢管格构墩现场安装测量控制方法，其特征在于：对钢管格构墩柱进行轴心放样控制时，导线控制点根据格构墩柱的分布特点定向划分相应的施测范围,检测过程中控制点防止跨区交叉使用。

5.根据权利要求4所述的钢管格构墩现场安装测量控制方法，其特征在于：在对立柱钢管进行空间定位与调整时，采用拉尺丈量法分别对钢管格构墩柱的小跨与大跨的结构尺寸进行钢尺量距检测与控制。

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