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1、变截面抛物线形高墩墩身施工测量工法一、前言随着高速铁路、高速公路的快速发展，我国桥梁建造技术的进步极快，桥梁跨径、墩身高度不断提高，结构形式不断创新，高速公路逐渐走入山区峡谷，必然会出现高墩桥梁。由于高墩底面面积较小、墩身较高、柔性大，其施工精度相对要求也较高，同时还要受到自然环境因素的影响，例如日照引起的温差变形、受风力作用偏位、施工机械振动等因素的影响都会引起墩轴线的弯曲和摆动，所以高墩的测量控制就显得十分重要。长江路西巨山大桥，最大墩墩身高达80.2m且截面为抛物线形变截面，在全国同类型桥梁中排名靠前。加上当地天气变化大，雨天、雾天、强光照天气频繁变化，给测量工作带来诸多不便，常规的控制
2、测量方法很难保证测量精度。承建该工程的山东枣建建设集团在施工过程中通过科技攻关，精确计算，采用高墩施工综合法线形控制技术，即布设立体控制网、5800计算器、AUTOCAD软件、竖向激光铅直仪与全站仪配合使用的方案，形成了变截面高墩施工独特的线形控制技术，获得本公司“先进施工工法一等奖”。二、工法特点传统的高墩墩身线形控制网主要采用导线网或者三角网，导线网其结构简单，被破坏后、不易恢复，而且精度偏低，三角网虽可满足精度要求，但是由于现场地形绝对高差有近100米，仰角过大，导致误差加大，而且破坏后不易恢复。本工法采用的双层立体四边形控测网，既可减少仪器因仰角过大造成的误差，也可保证控测网被破坏后可
3、立即恢复，故采用双层立体四边形作为控测网。本工法采用多种先进设备、仪器相结合，系统、全面的进行施工测量线形控制的方法，较好的解决了高墩轴线、线形控制的难题，方法简单、易于操作，有效的加快了施工进度且对质量、安全有更好的保证。三、适用范围该工法技术精度完全满足规范要求，有效的保证了工程质量，且操作简单、快捷，有利于加快施工进度，具有较好的经济、社会效益。可适用于各类复杂地质条件下各种线形的高墩施工线形控制，具有广泛的运用前景。四、工艺原理 本工法首先是根据桥墩位置和高度合理布设双层立体四边形控制网，再用5800编程计算器结合图纸计算出抛物线形墩身每个高度相应的截面尺寸及坐标，最后使用竖向激光铅直
4、仪与全站仪结合放线实现控制线形的目的。五、施工工艺流程及操作要点1、工艺流程2、操作要点2.1 控制测量技术2.1.1西巨山大桥平面及高程控制在高墩施工前，应在其施工范围内进行控制点导线布设，且应从以下几个方面考虑： 控制网布设按照一级导线网进行控制控制网采用双层立体四边形控测网定期对导线控制网进行复核，避免点位破坏、位移，造成测量精度问题。2.1.2桥中线定测墩台定位之前首先确定桥中线精度,其精度按该桥的桥中线长度、桥梁跨数计算后取值，桥中线中误差12.64mm，桥中线相对中误差1/27822。该桥跨过一深沟，两台处到河床底面相对高差达91.25m，其中河床底面至3号墩地面俯仰角达5503，
5、考虑到坡陡俯仰角大，桥中线定位时在中间设置3个临时转点，并把桥中线引向两台置高点，设立方向控制如下图桥中线转点布置图定位时，其距离、方向从西巨山大桥ZD1控制点闭合到西巨山大桥ZD2控制点，闭合差:485-（155.698+132.358+121.647+75.295）=2mm相对误差：0.002/485=1/242500（符合工程测量规范桥中线相对中误差1/75000的要求）。2. 2高墩控测网设计2.2.1选择布置控测网高墩控测网布置中，设置有共同边的双层立体四边形控测网（见下图），设计等级为三级。GB50026-2007工程测量规范规定：交角选在30150之间，基线长为桥中线长度的0.6
6、0.7倍，仰角在315之间最佳。根据上述要求在远离2#墩滑坡体且不易被破坏的地方选点，埋设混凝土包铁桩(埋深80 cm)。双层立体四边形控制网2.2.2控测网测设测设控制网时，使用瑞士莱卡TC1800全站仪和日本宾得SMT888-3G GPS进行校核控制测量，以提高控测网的精度。2.2.3控测网内业计算及平差控测网内业计算及平差(全站仪测设数据) 见下图控制网内业计算内容包括：进行角度闭合差计算及分配，根据连接角及导线转折角计算导线各边的方位角，根据已知点坐标，已知边长及导线各边的坐标方位角计算未知点的坐标，进行坐标增量闭合差计算及分配，计算导线点最终坐标。控制网的平差原理：观测各个内角，丈量
7、基线的边长和基线的方位角，三角形内角和经过调整后应等于180，中心点水平角之和经过调整后应等于360，由某基线经过推算各边边长后，推回到该基线时应相等。闭合差(以L L 网为例) .已知1、2、LL1、LL2角度观测值，确定允许闭合差，经计算，允许闭合差=0.6790.48，根据菲列罗公式，算得LL网测角中误差为0.1871.8(满足三级网控制要求)。基线评定(以基线L2为例，如下表所示)编号正测WWw反测Www1296.66800296.668002296.667-0.50.25296.667-113296.667-0.50.25296.668004296.66800296.669+11平均
8、296.6675296.668注：w为基线长度改正数，ww为改正数平方L2的改正数的平方ww为2.5，根据白塞尔公式，其中误差为m= ww/(n-1)=0.598mm，相对误差为：m/L=1/496420(符合GB50026-2007工程测量规范基线相对中误差1/20000的要求)。闭合差的分配(以LL网为例)：=3+4+Kc+KB=1+2+3+4+5+6+7+8-360=-0.46。由于各角观测精度相同，将平均分配到各个角度中，具体计算结果，见表1。边长闭合差调整(第二次角度改正) ，计算结果见表1角号角度观测值第一次改正第一次改正后的角值正弦对数正弦对数1 秒之差第二次改正第二次改正后的角
9、值11655235.03+0.22655235.259.9603120.94-0.45655234. 82631425.02+0.27631425.299.9508041.06+0.45631425. 74L L13232850.06+1.15232851.219.6003664.85-0.45232850. 764233129.31+0.69233128.629.6011284.84+0.45233129. 07L L25694514.74+0.14694514.889.9723030.78-0.45694514. 436614057.38-0.48614056.909.9446471.13
10、+0.45614057. 3527250219.23+0.37250219.609.6265784.51-0.45250219. 158272408.77-0.52272408.259.6629804.06+0.45272408. 73595959.620.4636000022.17表1控测网闭合差调整及边长计算绘制控测网根据平差后的控测网和各墩台在控测网中位置，很据坐标法，利用5800编程计算器和AUTOCAD软件，可计算出各墩台的坐标，进行放样控制。2.3 线形控制技术2.3.1激光铅直仪的使用技术使用激光铅直仪前要对其进行检验，最简单的方法是在已立70m高塔吊上搭设平台进行，在平台顶上用
11、仪器自带接收靶作为接收靶，整平仪器，打开开关，水平转动仪器，以90为间隔依次旋转一周，每次将光斑中心标记在接收靶上，如果四个点重合，即表明仪器光束竖直，否则取四个标记点的中央位置再标记一次，作为校正仪器的照准点，桥墩实体段施工完工后，在桥墩两圆心位置设置底端50cm50cm50cm、顶端20cm20cm20cm的砼桩，预埋钢筋头，利用控制网和护桩精确定出两圆心点位，然后用钢板制作一个铁箱，保证圆心点在施工时不被坠物破坏，施工控制时将铅直仪安置在两圆心上，对铅锤仪进行严格的整平和对中激光铅直仪发射出的光束即为桥墩的圆心点。2.3.2收坡技术西巨山大桥2、3号墩，墩身都为80.2m，桥墩变宽段采用
12、Y=X/37.2(m)抛物线，当墩身起到37.2米时，墩身宽度由8m变为6m，其余节段变成直线段等截面矩形空心墩（下图），根据墩身的线形曲线公式计算出各个高度段对应的截面宽度（以墩身高度20m时为例，下图），再加工相对应的液压自爬式翻模，每施工一节抽取或调换相对应的可调模板来控制墩身的线形。2.3.3全站仪和激光铅直仪的配合使用技术墩身施工时，每升高9m，用全站仪对铅直仪进行一次校核，具体步骤为：先由控制网定出墩身的纵横方向点1、2、3、4，桥墩截面测点布置如下图所示。由激光铅直仪定出两圆心，检查圆心到以上4个点的尺寸。比较由两种方法定出的圆心，如误差在3mm之内，以全站仪为准，调整铅直仪后施
13、工，如果误差超过3mm，检查原因，直到误差允许后再进行施工。2.3.4墩柱轴线偏位和墩柱中心水平位移的测量控制墩柱轴线偏位和墩柱中心水平位移的测量在确定墩柱中心后，每日上午7：008：30利用全站仪和导线控制网根据墩柱中心设计的设计坐标进行放样，确定墩柱中心的“理论位置”。对比墩柱中心“实际位置”和“理论位置”可以测量出墩柱轴线偏位和墩柱中心水平位移。同时，全站仪采用棱镜确定点位，在高空施工时由于风力等外界荷载的影响，棱镜随墩柱一起摆动，一台仪器无法准确控制点位。此时，应当采用两台全站仪同时观测，采用交会法确定墩柱中心位置。在每次浇注混凝土前，必须根据所立墩身模板的高度，并利用墩身线形公式计算
14、出墩身纵、横轴线坐标，再统一外放到墩身外模板上。利用钢板尺量出理论距离和实放距离的差值，即可反推出墩身的垂直度的变化，以便及时对墩身偏差进行调整。这样既可较好地控制墩身的垂直度，又可较好地控制墩身的几何尺寸，同时定期采用全站仪在导线控制点上进行墩身位置复核，做到控制无误。3、高墩偏移控制及纠偏措施3.1模板偏移控制（1）加强立模过程控制，严格按照施工工序施工，勤量测，多观察，确保立模各部位净空尺寸、位置准确。因为墩身施工中只有抛物线段发生变化，直线段并不发生变化，所以抛物线段和直线段相交处尤其需要注意。（2）严格控制模板拼装和支撑系统。在对内外模进行支撑时，对于倾斜的支撑杆和拉筋，应立即调正或
15、更换，确保模板接缝严密，保证混凝土浇注时不漏浆。（3）注意混凝土浇注顺序，混凝土浇注时注意混凝土入模的顺序，均匀布料，所以浇注顺序应注意调整，确保混凝土浇注过程中模板不产生过大变形。（4）严格控制拆模时间，高性能混凝土早期强度上升较慢，因此要严格控制拆模时间，加强养护力度。3.2 纠偏措施（1）对于10mm以下的偏移或扭转，可采用变换混凝土浇注方向的方法进行逐步的纠正，即先浇注偏移反向一边的混凝土，后浇注偏移方向一边的混凝土；对于模板的扭转，应采取反方向浇注混凝土的方法予以纠正，即依靠混凝土的自重对模板体系的压力逐渐消除偏差。（2）对于10mm以上的偏移或扭转，可利用倒链、撑杆、借助外力横拉纠
16、偏等方法，但对于高桥墩的垂直度要求而言，许多纠偏方法并不实用。纠偏应坚持有偏即纠的原则，杜绝偏差的出现。六、材料和设备序号机械和设备名称型号规格数量产地1竖向激光垂准仪DZJ-300A1台国产2莱卡全站仪TC18001台瑞士3宾得GPSSMT888-3G1台日本4南方全站仪NTS-362R1台国产5卡西欧FX-5800P58001台日本6AUTOCAD07版1套美国7棱镜AY01A12套日本8对中杆NLS152套国产9对中杆支架GSR232套国产10经纬仪DT-02C1台国产11水准仪DS301台国产七、质量控制本工法质量标准必须达到国家现行质量规范要求和竣工验收质量标准，具体执行的规范有：国
17、家三、四等水准测量规范 GB 12898-91精密工程测量规范 GB/T 15314-94工程测量规范 GB 50026-93国家三角测量规范 GB/T 179422000工程测量规范GB50026-2007八、安全措施1、高处作业按级别可分为：一级高处作业（作业高度为2-5米），二级高处作业（作业高度为5-15米），三级高处作业（作业高度为15-30米）和特级高处作业（作业高度在30米以上）。2、所有作业人员正确佩戴安全帽、安全带、防滑鞋等安全防护用品。3、模板安装时起吊设备操作手必须听从指挥人员指令作业，各类模板安装必须严格遵守相关安全操作规程，模板安装完成后必须拉设抗风拉索，避免大风引起
18、倒塌、倾斜事故。4、遇到大风等恶劣天气必须终止一切高墩施工作业，人员撤离至地面安全处避让，待大风解除后先检查各项安全设施，确认无不安全因素存在后方可开始正常作业。5、临边作业时，必须先行焊制加工性能良好、坚固耐用的临边作业防护栏。6、临时作业工作面必须满足所工作条件的要求，并在周边有相应安全防护及其它保障人身安全、设备安全的措施。7、脚手架搭设必须使用标准建材及符合分项工程施工要求应力设计进行搭建，防范违规材料、无搭设设计进行搭建。8、临时通道承载力、临边防护、设备、人机安全等必须通过各项安全要求后方可启用，无法保证施工安全的临时通道坚决不允许投入使用。9、搭设好上下楼梯，设置防护栏，防止操作
19、人员上下踏空。10、挂好安全网，操作人员要戴好安全帽系好保险带方允许作业。11、做好夜晚施工灯光照明和登高作业气候监测，要防止因恶劣天气和夜晚灯光照明不足而发生的事故。夜间施工照明光线不足不得高空作业，6级以上的大风及雷暴雨天气，禁止高空作业。九、环保措施 环境保护主要技术措施及方案1、施工噪音污染的防治大型施工机械尽量布置在远离居民区的地方，采用低噪声设备，并采取消声减振等措施，减小噪音的影响。噪音大的施工机械尽量避免夜间施工，自备发电机作隔音处理。2、控制施工扬尘的措施对施工场地和便道用洒水车定时洒水，达到防尘目的，施工住地采用清洁能源，同时进行绿化。环境保护管理、保证体系环境方针环境监理
20、检查、纠正措施规划目标指标法律要求方 案环境监测记 录违章 纠正预防思想保证组织保证技术保证制度保证党委宣教部门环保委员会专职环保工程师国家法律、法规提高意识水平提高意识水平ISO14000标准施工细则企业规章制度实施与运行信息技术交流应急响应准备文件资料管理施工运行控制持续改进环境保护目标环境保护保证体系图3、施工及生活废水的治理在开工前完成工地排水和废水处理设施的建设，并保证工地排水和废水处理设施在整个施工过程的有效性，做到现场无积水、排水不堵塞、水质达标。4、施工废气的治理在施工过程中采用先进的施工设备，配备大功率且排污量小的进口机械设备，减少大气污染。5、施工及生活固体污染物的治理生产
21、和生活垃圾分类集中堆放、收集，送往就近的城市垃圾卫生填埋场或指定地点处理。施工现场内无废弃砂浆和混凝土，运输道路和操作面落地料及时清用，砂浆、混凝土倒运时应采取防撒落措施。对可再利用的废弃物尽量回收利用，各类垃圾要及时清扫、清运，不得随意倾倒，每班清扫、每日清运。教育施工人员养成良好的卫生习惯，不随地丢垃圾、杂物，保持工作和生活环境的整洁。6、施工现场环境的恢复在施工中取土、排污等按设计文件和甲方要求执行，并与当地环保部门签订有关协议，施工中按协议执行。施工场地、住地周围环境在工程竣工后，拆除所有构筑物，清除垃圾和杂物，将表面摊平，原来是耕地的则在表面覆盖熟土，恢复为耕地。十、效益分析通过工程
22、实践证明，大大节省了工作周期，产生了良好的经济效益和社会效益，具有一定推广、应用价值。1、经济效益1.1节约成本由于每块模板都是根据墩身相应高度精准计算变截面尺寸定制得到，通过优化模板设计、支架设计和施工组织，很大程度上节省了模板的投入数量，做到了支架和模板用量少，施工速度快。1.2 加快进度常规方法放样一次一个墩身相应高度的截面尺寸需要至少3个小时，且精确度难以保证，采用本工法，正常情况半个小时就可以完成，根据本工程应用情况统计，以施工100米高墩为例，一般工期要6.5个月，采用本工法则工期至少可以缩短1个月。2、环保节能本工法与常规方法相比，不会产生额外的废弃物，所以对环保没有增加不利影响
23、。由于本工法可以减少钢材消耗，节约钢材，所以做到了节能降耗。3、社会效益高墩一般为控制工期的部位，所以墩身工期的缩短直接带来总工期的缩短，本工法方法简单，便于操作，安全性高，有利于减少对施工人员的伤害，节约管理费用，质量可控，安全可靠，对于山区高墩施工，此工法更有其优越性。本工法在长江路合同段施工中取得了良好的效果，社会经济效益非常明显。十一、应用实例1、工程概况西巨山大桥位于长江路K0+800处，座落在山东省枣庄市薛城区西巨山村。起点桩号为K0+554，终点桩号为K1+046，桥梁全长485m。桥梁孔径布置为55+3*95+55米刚构-连续+3*30米装配式预应力混凝土连续箱梁。1、4号桥墩
24、墩身为等截面矩形空心薄壁截面，2、3号墩墩身顺桥向墩宽6.08.0米，2、3号墩墩身顺桥向从墩顶往下43米处为6.0米等截面，43米以下墩身按二次抛物线从6.0m渐变到8.0m。5号连接墩为等截面矩形实心墩。该桥主桥集深基、群桩、高墩、大跨、长联为一体。桥址处有急陡坡，地质条件复杂，地形险峻陡峭，地形表体不稳定，气候恶劣，多雨多雾。工程于2012年5月份开工，2013年7月份交工。2、主要施工情况采用本工法，布置立体双层四边形控制网，根据墩身抛物线公式，使用5800编成计算器与AUTOCAD软件结合计算、复核坐标，激光垂准仪控制、校核墩身中心坐标，全站仪、GPS现场放样、复核坐标、轴线，严格控
25、制模板尺寸、位置，及时、准确、系统、全面控制线形，确保大桥墩身线形的准确无误、优美可观。3、应用效果西巨山大桥墩身线形控制效果良好，墩身线形优美，墩顶各项误差均小于规范允许值（见下表）。西巨山大桥3#墩封顶误差表检测项目规定值实测值检查方法和频率权值竖直度或斜度（mm）0. 3%H且不大于2010经纬仪：测量2点2顶面高程（mm）105水准仪：测量3处2轴线偏位（mm）106全站仪或经纬仪：纵、横各测量2点2西巨山大桥主墩墩身施工安全、稳定，快速完成。平均速度达到1.2米/天，该工程墩身施工比业主要求提前1个多月完成。混凝土和结构尺寸质量优良，墩身垂直度符合施工规范要求。未出现安全事故。模板设计加工上节约钢材消耗计22万元。节约工10天，总工期节约30天，节约管理费20万元。该工程受到建设单位和监理单位的好评。应用证明，本施工工法安全可靠，施工质量优良，易于推广，有广阔的应用前景，社会、经济效益突出。