斜拉桥斜塔施工放样方法研究
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摘要：结合斜拉桥斜塔施工的特点，提出了斜塔施工放样的一般方法。斜塔按倾斜角度可分为小斜度塔和大斜度塔。大斜度塔的施工相对困难，施工过程存在模板及构件制作、安装误差，需要设置预偏度而不断调整模板等特点。针对斜塔施工的特点，结合测量学中三角高程及平面坐标测量法，本文提出了先定高程，再通过高程反算坐标的一般方法。该方法运用到新疆阿勒泰市红墩路跨河斜拉桥中，有效提高了测量效率与放样定位的准确度。同时还针对该工程实例，编制了一套计算器程序，可供同类工程项目参考。
关键词：斜拉桥 斜塔施工放样 大斜度塔 三角高程测量 反算坐标 计算器程序
中图分类号： U448.27 文献标识码： A 文章编号：
0 前言
随着数学及力学理论的发展，计算手段逐渐多样化，异型结构在工程中运用越来越多。在桥梁结构中出现了很多斜塔类的斜拉桥。斜塔的施工控制对施工放样提出了更高的要求，如何能提高测量放样效率与精度并满足设计及规范要求成为施工企业亟待解决的问题。本文结合斜塔施工的特点，提出斜塔施工放样的方法，并以新疆红墩路跨河斜拉桥为例编制一套斜塔施工放样的程序，以期提供一定的工程实践和指导意义。
1 斜塔施工方法综述
斜拉桥主塔类型按倾斜角度可分为小斜度塔和大斜度塔。
小斜度塔可将浇筑节段划分较细，即每次浇筑段长度控制在较短的范围内，不至使浇筑段重心偏离塔轴线过大。这种混凝土斜塔一般在塔内配备劲性骨架，依次绑扎钢筋，定位安装所需构件后通过爬模或滑模浇筑混凝土。小斜度塔的施工工艺与直塔和常见的高墩施工没有本质区别。比如山西襄汾县人行景观桥，塔柱高64米，塔轴线与水平线夹角为84.2°。塔柱斜度不大，施工时浇筑节段长度控制在4～5米以内，依托劲性骨架定位钢筋。施工过程中没有搭设承重支架，成功完成浇筑。
大斜度塔的施工一般需要通过拉索或承重支架完成节段施工。例如，杭州石湖大桥，湖州的长兜港大桥，长沙市北环线浏阳河洪山大桥等均依靠拉索拉索索力平衡塔身自重来进行悬臂浇筑或节段拼装。对于高度不大的倾斜混凝土主塔，也可通过支架系统承受塔的自重，分节段进行现浇。比如新疆阿勒泰市红墩路跨河斜拉桥就采用这种方法施工。
2 斜塔施工放样方法
2.1 斜塔施工的特点
斜塔的施工受桥位处地形地貌，塔柱几何尺寸及设计理念等诸多因素的影响而具有不同的特点。总体来说，斜塔施工增加了施工放样定位的难度，主要有以下两个方面：
（1）塔柱节段施工过程中会留预偏量，预偏量设置合理，施工完成后塔柱轴线线形才能接近设计线形。预偏度的设置给测量定位带来一定困难。
依靠拉索索力平衡施工节段自重的大斜度塔，在设计阶段做结构分析时会考虑施工挠度。施工阶段则以理论值与实测值对比参考设置预偏度，塔柱预偏量可用如下式子表达：
（1）
上式中：
―某节段总挠度，即需要设置的预偏度；
―已施工的塔柱在该节段自重作用下产生的挠度；
―已施工的塔柱在预应力作用下产生的挠度；
―已施工的塔柱在拉索索力作用下产生的挠度；
―已施工的塔柱由后续施工荷载产生的挠度。
靠支架系统承重的大斜度塔预偏度设置则以测量值作为经验值，支撑系统的刚度一般很难模拟计算准确。
（2）模板及劲性骨架的制作大多能满足精度要求，但施工安装过程中容易出现偏差，出现偏差后即将浇筑（拼装）节段的放样控制点高程难以准确推算。
2.2 斜塔施工放样方法
针对斜塔施工的特点，笔者结合测量学中常用的三角高程法和平面坐标测量法，提出一种适用于斜塔精确定位的实用方法，具体分为六步。
Step1 根据设计图纸给出的桩位坐标及相关几何尺寸确定塔轴线的空间曲线方程，找出平面坐标与高程的关系式，并编制相应的测量程序。程序编制第一步列出相关的数学表达式，第二步将数学表达式编制成常用的计算器程序语言，第三步对程序进行调试。可试探性的输入高程，计算出待放样点的坐标，再与cad模型中的坐标对比，若准确无误则可进行第二步。该工作可在室内完成；
Step2 事先在待放样点位置比如模板口的角点或轴线点位置做上标记，将预拼装的模板与已施工节段的模板对接，初步调整好位置；
Step3在桥位控制网点上架设全站仪，通过三角高程法确定标记点的高程，并记录标记点的坐标。主塔施工一般为高空作业，在模板口立三角架比较困难，手持棱镜杆误差又太大。比较好的方法是采用小棱镜头，方便快捷；
Step4 将标记点高程输入计算器内，调用预先编制好的程序计算出标记点的理论坐标。已经记录的实测坐标与计算出的理论坐标对比，确定模板需要微调的方向；
Step5 若测量坐标与计算坐标相差超出允许范围，重复第3、4步，直到差值在允许范围以内，则模板调整完毕；
Step6 加固模板后复测，确保定位准确。
拼装模板过程中需要不断调整预偏度，临时对模板进行加工，施工到某一节段时模板总长度与出厂时制作长度可能会存在偏差。标记点的位置也就不在预先设定的位置，通过上述方法可以有效解决该问题，不关心模板长度是否变动。
3 工程实例
3.1 工程概况
红墩路斜拉桥工程位于新疆阿勒泰市红墩路跨越克兰河处，是城市建设工程的重要构筑物。桥梁与河道斜交70度，桥的两端与河堤平交，桥梁为2跨预应力钢筋混凝土箱梁构成。桥梁全长83米，主桥跨度为50.75米+32.25米，桥塔高27.45米，塔轴线与水平线夹角60°。结构类型为有背索双索面独塔斜拉桥结构；桥梁宽度24米，桥面横断面设置为2×7.5米的双向四车道+3米中央隔离带+两侧各3米人行道。
相关技术指标：桥梁所在地区标准冻结深度为1.8米。防洪标准：设计洪水频率为100年一遇。桥梁设计基准期为100年。
设计荷载：桥梁机动车道荷载标准为公路I级；人行道及非机动车道：4.0kN/m2。抗震设计：设计地震动峰值加速度0.05g，对应地震设防烈度7度，桥梁抗震设防类别为C类。横坡：车行道双向1.5%，人行道单向1％。纵坡：0.32%。
图1 红墩路跨河桥总体立面图
表1 坐标推算参数列表
3.2 塔柱施工放样方法运用
这里结合红墩路跨河桥的特点阐述上述方法的具体运用。
红墩路跨河桥塔柱施工采用定型钢模板，如图2所示。测量放样时通过定位各节段模板上口四个角点坐标来对模板进行调整。为调整预偏度，每节段模板都进行了临时加工，不能预先准确计算各节段模板口坐标位置，只能先通过三角高程法测量出四角点高程，再通过高程反推坐标。
各节段模板上口坐标推算参数如表1、图3所示。
坐标推算公式如下：
上面这些式子中：
―梁轴线水平投影直线斜率；
（）―塔柱大（小）跨侧待放样点的桩号；
图2 定型钢模施工
―待放样点高程，未知量，需测量得到；
―大跨右侧（按路线前进方向）模板口角点坐标，待求量，脚标‘D’表示大跨，‘Y’表示右侧，同类参数类推；
―表1中B点y坐标值，已知量，同类参数类推。
将上述计算式编制成计算器程序语言如下：
“JUE DUI GAO CHENG：H”？H
3136.279+(H-831.544)/tan(58.50194) A
3140.321+(H-831.544)/tan(61.60944) B
5299120.934C
584406.032D
5299202.556E
584390.969F
tan-1((F-D)/(E-C)) G
8DimZ
C+(A-3086.8)×cos(G)+Abs(sin(G))Z[1]
D+(A-3086.8)×sin(G)+cos(G)Z[2]
C+(A-3086.8)×cos(G)-Abs(sin(G))Z[3]
D+(A-3086.8)×sin(G)-cos(G)Z[4]
图3 索塔立面图
C+(B-3086.8)×cos(G)+Abs(sin(G))Z[5]
D+(B-3086.8)×sin(G)+cos(G)Z[6]
C+(B-3086.8)×cos(G)-Abs(sin(G))Z[7]
D+(B-3086.8)×sin(G)-cos(G)Z[8]
“SHU XUE ZUO BIAO:”
“DY――X,Y”:Z[1] Z[2]
“DZ――X,Y”:Z[3] Z[4]
“XY――X,Y”:Z[5] Z[6]
“XZ――X,Y”:Z[7] Z[8]
程序调试后按2.3节中的2～6步成功的完成了红墩路跨河斜拉桥的模板定位工作。
4 结论
1 针对斜拉桥斜塔施工的特点，采用全站仪三角高程测量及平面坐标测量法，提出了斜塔施工放样先定高程，再通过高程反推坐标的实用方法。
2 结合工程实例，编写了一套计算器程序，该程序在施工放样中有效的提高了工作效率，并能保证放样准确度。
3 实际工程运用表明，本文提出的先测标高，再通过标高反算坐标的方法既适用于事先难以精确计算模板高程的斜塔，同时也适用于已知施工节段模板顶标高的斜塔。
5 参考文献
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