东水门长江大桥钢锚箱安装定位方法

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摘 要：文章结合工程实例，主要针对东水门长江大桥钢锚箱安装控制要点及定位方法进行了阐述。经东水门长江大桥实践获得了很好的控制效果。

关键词：东水门大桥；钢锚箱；安装控制；定位方法

1 工程概况

东水门长江大桥主桥桥跨布置为222.5+445+190.5m 双塔单索面部分斜拉双层钢桁梁斜拉桥。索塔外轮廓采用天梭形，内轮廓采用水滴形，空间曲面线形，构造复杂，造型美观。是连接长江两岸的交通要道。设计为公轨两用桥梁，下层为双线轨道交通，上层为双向四车道汽车通道（城市次干道）。主塔由下塔柱中塔柱和上塔柱组成，其中上塔柱斜拉索锚固区采用钢锚箱-混凝土组合结构，主塔共9节钢锚箱，节段断面尺寸为4.576m-5.064（顺桥向）×1.32m（横桥向），首节段高3.60m，其余节段高3.80m，钢锚箱总高度为34.00m。

2 钢锚箱的安装

钢锚箱的结构刚度相对塔柱较小， 而且东水门桥的钢锚箱在防锈处理时采用了热浸锌工艺，导致在制作和安装过程中结构本身会有一定的变形。钢锚箱底座位于+298.610m （黄海高程）的高空，由于施工场地的限制及环境因素的影响，安装精度控制难度非常大。钢锚箱安装精度要求： （1）为了控制斜拉索锚固点位置偏差，锚箱中心线的总体误差容许值为±5mm，高程总体误差容许值为±10mm；（2）首节钢锚箱倾斜度的容许误差为1/ 3000 。钢锚箱截面中心线与混凝土截面中心线的相对位置偏差应不大于±5mm。

现场安装误差主要来源于制造精度、首节段底座安装精度两部分。在不考虑钢锚箱制造误差的情况下，为了使钢锚箱安装精度达到设计要求，首节钢锚箱安装的四角不平整度不能超过0.2mm。钢锚箱制造单位最大称误差为0.5mm。理想状态（不考虑由于外界温度及施工误差） 9 个钢锚箱安装完成时的总体倾斜度最大累计误差已经达到了4.5mm，在超限边缘。加上在实际施工过程中各种外界因素的影响，极其容易超出设计允许的±5mm要求。而根据现场实际测量，钢锚箱的加工精度并未达到0.5mm。为使锚箱安装精度达到规范要求，必须对钢锚箱安装过程进行监控，并在钢锚箱中间设置调整段，根据监控结果做出必要的调整。

2.1 首节钢锚箱安装控制

由于施工中先进行钢锚箱安装、后进行混凝土浇筑。精确安装首节钢锚箱对于控制整个上塔柱钢锚箱的几何线形十分重要。首节钢锚箱位置控制斜拉索锚固点的平面位置和高程。钢锚箱安装并与螺栓相连接后，将与预拼装中已经建立起来的几何线形保持一致。为确保钢锚箱的平面位置及其垂直度，首节钢锚箱安装位置要求很高。

在首节钢锚箱安装前需要做的准备工作有： （1）根据前期索塔基础沉降资料，分析基础沉降与荷载的变化相对关系，预测成桥阶段基础沉降总量；分析混凝土温差伸缩和弹性压缩量，根据这两方面确定首节钢锚箱锚箱高程的补偿值；（2）钢锚箱直接安装在混凝土面既不利于安装也不利于调节。为了使首节钢锚箱安装稳固，在底部混凝土中钢锚箱四角处预埋4 个独立的水平承压钢板，预埋钢板顶面高程比首节钢锚箱底面高程底20cm左右；（3）以二等水准将高程传递到塔柱附近稳定高程点上，再通过全站仪差分法将高程传递到锚箱底座附近建立水准点，用于安装时精准的控制底部高程；（4）通过结构竖向位移监测仪准确测出各钢板距离钢锚箱底部高差值，制作钢垫块，安装在钢锚箱底部；（5）选择夜间温度稳定的时候在底座上放出首节钢锚箱轴线；（6）安装首节钢锚箱。钢锚箱起吊到位以后， 先进行锚箱对线，再利用三向千斤顶精确调整锚箱标高和平面位置，然后将锚箱与承重板之间焊接固定，平面轴线误差不超过1mm，高程调整精度应控制在0.2mm 以内。首节钢锚箱的倾斜度由结构竖向位移监测仪来监测，通过设置在承重板上的薄垫片调整，为满足精度要求，最薄垫片厚度为0.1mm；（7）在夜间温度稳定时，测量塔柱上变形监测棱镜 ，进行钢锚箱上控制点的测量，同时进行环境监测；（8）进行环境修正后，分析钢锚箱安装的高程误差和平面误差，若超出精度控制范围，提出调整措施，在夜间温度稳定时进行调整，经过几次“调整—— 测量——误差分析”循环，确保首节钢锚箱精度满足要求。

2.2 其他钢锚箱安装控制

钢锚箱现场安装时，根据预拼装测量数据将钢锚箱尽量恢复至制造线形。在安装上层钢锚箱前，首先对已安装好的下层钢锚箱进行精确竣工测量，以确保轴线和高程满足要求。若误差较大则在后续安装的钢锚箱上进行微调。高程微调采用在两节钢锚箱之间加入楔形钢垫的方法进行，平面位置的微调可在拼接板间添加垫块。为保证测量数据准确可靠，尽量选在夜间温度稳定期间测量，测量次数不少于两次，同时进行环境监测。每次钢锚箱现场安装完成后，将现场实测数据传回加工厂，指导后续锚箱加工。

3 钢锚箱安装过程中误差分析与控制

3.1 平面位置

在实际施工过程中，因工程进度需要，有时会在白天进行钢锚箱的安装。受温度和风等因素影响，塔柱平面和高程始终处于变化状态，塔柱偏离“中性位置”（理论设计位置）。通过模拟计算这种偏移摆动在1cm左右。为了消除这种因素的影响，施工过程中可以采用 “监测棱镜”法，对此予以修正。关键过程分为以下两步。

3.1.1 塔柱变形的监测：在已竣工的下部塔柱上每隔25m高度断面，安装2个监测棱镜，安装在塔身上的固定位置，用于全站仪监测塔柱的位置偏移情况，计算寻找塔柱的中性位置。每次安装钢锚箱时，可在已安装的钢锚箱顶部安装两个临时追踪棱镜，用以在放样过程中与塔柱的中性位置进行比较，从而得到塔柱实时位置与中性位置的差值，并对放样位置预以修整。通过对塔身上的监测棱镜及追踪棱镜进行一段时间24h全天候持续观测，并详细记录观测时周围环境信息，仔细分析监测数据，计算求得塔柱中性位置，给出中性位置下追踪棱镜的坐标。

3.1.2 对实时测量结果的修正：钢锚箱实际安装定位时，首先测量追踪棱镜的实时坐标，经与中性位置下的追踪棱镜坐标比较，得出坐标修正值X与Y。然后对钢锚箱轴线进行观测，对其坐标测量结果加以X与Y修正，提高钢锚箱的平面位置精度。用此方法可以使钢锚箱安装测量工作随时进行，而去除了只能在夜间进行安装的弊端。

3.2 高程

钢锚箱平整度主要由加工制作来决定，在安装过程中发现若超过误差允许范围，可通过薄垫片进行微调。每节段安装过程中都使用结构竖向位移监测仪来监测，确保已安装好的钢锚箱节段不会影响下一节钢锚箱的安装。结构竖向位移监测仪注意在大气压稳定的时候使用，避开强光和升温时刻。

4 结论

钢锚箱安装完成后，最顶端轴线偏差为4mm，高于设计要求的5mm，最大倾斜度为1/3600，高于设计要求的1/3000，顶部绝对高程与设计高程差值为3.5mm，高于设计要求的9mm，很好的达到了设计要求。

参考文献

[1] 潘正凤.数字测图原理与方法（第1版）[M].武汉：武汉大学出版社， 2004.

[2] 张正禄.工程测量学（第1版）[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[3] 戴永宁.南京长江第三大桥钢索塔技术[M].北京：人民交通出版社， 2005.