特大橋塔樁施工期的位移觀測

1、.特大橋塔樁施工期的位移觀測總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004特大橋塔樁施工期的位移觀測徐立中.劉軍(中港三航局南京分公司,江蘇南京210011)摘要:主要介紹高塔柱在施工過程中位移變形觀測的意義,目的,方法,選取特定施工段進行位移量的測定,并對相應(yīng)的變形量進行分析.找出塔柱在外界因素影響下的一般變化規(guī)律,并在施工放樣時采取措施加以避免和修正.關(guān)鍵詞:塔柱位移;觀測方法;變形規(guī)律;預(yù)防措施中圖分類號:U446.2文獻標(biāo)識碼:B文章編號:1002-4972(2004)08007306Dis

2、placementObservationforTowerColumnofExceptionallyBidBridgeXULi-zhong,LIUJun(NanjingBranchCompany,CHEC-ShanghmPortConstmctiorCorp.,Nanjing210011,China)Abstract:Thispaperintroducesthesignificance,purposeandmethodofdisplacementobservationfortalltowercolumnduringconstruction.Theprocedureisasfollows:choo

3、singspecificconstructionsectiontomeasurethedisplacementandthenanalyzingcorrespondingdeformation,findingoutthegeneralvariationlawoftowercolumnundertheinfluenceofexternalfactors,andtakingpropermeasuresduringconstructionsettingouttocorrectthedisplacement.Keywords:displacementoftowercolumn;observationme

4、thod;deformationlaw;preventivemeasure隨著橋梁工程發(fā)展大橋的塔柱也越建越高.高塔柱的一個顯著特點是基礎(chǔ)底面積較小.重心較高,且自身有一定的傾斜,鋼筋砼結(jié)構(gòu)本身具有一定的柔度,塔柱在施工過程中不可避免地受到日光,自然風(fēng)力的作用以及施工機械的震動和施工荷載的影響,引起塔柱的變形,塔柱的豎向軸線會發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn);有時塔柱還有橫梁結(jié)構(gòu),在施工中還存在受橫梁施工時預(yù)應(yīng)力張拉影響而產(chǎn)生的豎向軸線彎曲.一般在施工放樣中忽略塔柱在建造過程中的位置變化,僅在塔柱竣工后安裝橋面拉索時才進行塔柱的位移觀測,作為橋面精密安裝選定時間段的數(shù)據(jù)資料.而塔柱施工質(zhì)量的重要評價指標(biāo)是,塔柱

5、相鄰施工節(jié)段共軸性和塔柱豎向軸線的平面位置的施工精度.因此必須在施工期也要進行塔柱位移觀測工作.以便了解塔柱在施工期位置的擺動規(guī)律和變化量的大小,同時結(jié)合塔柱施工放樣的精度要求,確定是否采取相應(yīng)措施來加以避免和消除其位移變形.下面以潤揚長江公路大橋懸索橋南塔柱施工期變形觀測的實例,來說明施工過程中存在的位移變形.以及具體的觀測方法和應(yīng)對措施.該橋主跨1490m,成南北走向,南塔柱從塔座頂面至塔冠(頂)相對高度達204.58m,塔柱結(jié)構(gòu)形式為單室矩形柱體(見圖1),它分別由下塔柱,下橫梁,中塔柱,中橫梁,上塔柱,上橫梁,塔冠等幾部分組成的門式框架結(jié)構(gòu).東,西兩塔柱在橫橋向?qū)ΨQ內(nèi)傾,其傾斜度iI=

6、1:59.0863;在順橋向分別向塔柱中線對稱內(nèi)收,其傾斜度is=1:136.387.塔柱截面為中空長方形,外壁四角為半徑收稿日期:20040419作者簡介:徐立中(1958一),男,江蘇揚中人,高級工程師,從事港口及航道工程專業(yè).?73?總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367NO.8Aug.200450em的圓形倒角,內(nèi)壁四角為45.直倒角;在橫橋向的寬度為定值6m,在順橋向的長度隨塔柱的高度按2xi的比例縮小(底面長12.50m,頂面長9.50m),塔柱壁厚除在橫梁處為截面有突變外,其它部位在順,橫橋向壁厚基本

7、一致.塔柱的三道橫粱均為預(yù)應(yīng)力單室空芯箱式結(jié)構(gòu).塔柱施工精度要求為:塔柱軸線偏差10mm,高程偏差|0mm塔柱傾斜度不大于1/30oo.r201.58m旦,53.30m一_14530m曼V5445mV4445m0冒1100m0I)I一-塔一冠上至上塔眭f橫粱辛眭Fl粱下塔柱一,一蠟.I系靶l(wèi)譚臺OOI圖1南索塔立面圖2塔柱施工期位移變形的推測(1)勁性骨架(角鐵焊制的框架)安裝定位后,在其四周放樣塔柱外形輪廓線做為鋼筋綁扎和內(nèi)外模板支立的依據(jù).由于塔柱在橫橋向有一定的內(nèi)傾.加上勁性骨架本身有一定的柔度,在鋼筋的重力作用下會產(chǎn)生一定的位移,最大的變化方向應(yīng)與塔柱的斜度一致.(2)各橫梁施工前后,

8、由于預(yù)應(yīng)力張拉,橫梁自重,支架彈性變形,會對塔柱產(chǎn)生向內(nèi)側(cè)的拉力,塔柱會發(fā)生一定位移,并且方向與拉力方向一致;設(shè)計預(yù)留位移量為50roB.(3)在日光的照射下,塔柱的向陽面和背陰面會有溫差,陰陽兩面存在不均勻膨脹,使塔柱向背陰面彎曲:在?74?風(fēng)力以及施工偏載的作用下,塔柱也會產(chǎn)生彎曲和擺動,且這種擺動是隨機的,無序的.3施工變形觀測的內(nèi)容本次變形觀測內(nèi)容為:施工勁性骨架安裝定位后,勁性骨架位置在鋼筋綁扎前后的變化;橫梁施工預(yù)應(yīng)力張拉前后,塔柱平面位置的變化;塔柱在一定的施工高度時受日照,風(fēng)力影響下,塔柱在水平面的扭轉(zhuǎn)變化.4變形觀測的方法和觀測點的布置目前對高聳構(gòu)造物變形觀測的方法很多,我們

9、采用與施工測量放樣一致方法.全站儀"三維坐標(biāo)法"對塔柱施工期進行塔柱變形觀測,為滿足觀測精度要求,使用具有雙軸自動補償?shù)母呔热緝xleieaTC2003(測角精度0.5",測距精度lmm+lppm?D).使用該儀器施測快捷有效.觀測基點使用大橋控制網(wǎng)的ZYQ55,ZYQO3兩個觀測墩,ZYQ55控制點在南塔的南面,離塔中心162m,與塔中心夾角為33.ZYQ03控制點位于南塔的正西側(cè).離塔中心332.5m,全站儀觀測角度四個測回,測距兩測回,觀測周期視工程的進展情況而定,在施工放樣的間歇期進行,并隨塔柱的爬升在不同的高度時觀測,以找到變形大致規(guī)律,同時指導(dǎo)施工放

10、樣.勁性骨架位移觀測點設(shè)置在頂部對角各兩處,單棱鏡焊接在骨架上,采用坐標(biāo)法監(jiān)測.對下橫梁預(yù)應(yīng)力張拉前后的位移觀測,我們采用了兩種變形觀測方法:(1)坐標(biāo)法,即實測觀測點的橫坐標(biāo)(Y)的變化,觀測點(單棱鏡)布設(shè)在東,西塔柱的外側(cè),下橫梁的上下口處;(2)方向法,即實測觀測點在橫橋向的變化,觀測點布設(shè)在東,西塔柱的江側(cè)塔壁上(塔壁上用油漆做照準(zhǔn)標(biāo)記),位于下橫梁的上下口處.兩種方法使用同種儀器設(shè)備,以比對兩種方法的精度;對中橫粱預(yù)應(yīng)力張拉前后的位移觀測僅采用坐標(biāo)法實施.塔柱變形觀測點布設(shè)在西塔柱的上,下游側(cè)的塔壁上,利用施工預(yù)埋的H型螺母,用螺栓連接單棱鏡,附在塔壁上牢固可靠,為了避免施工干擾,

11、觀測點設(shè)置在施工爬架的修補架處,隨爬架的提升,及時拆除和重新安置.5三維坐標(biāo)法的精度分析三維坐標(biāo)的計算公式為:X=DsinZeoset,Y=-DsinZsinct,H=DcosZ式中D為測站點至觀測點的斜距,z為觀測的天總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004頂距,0【為測站點至觀測點的方位角;本次我們主要是測定塔柱的平面位置變化,因此將高程計算忽略,根據(jù)測量誤差傳播理論,可知三維坐標(biāo)法的精度為:Mi=MinZcos2ot+D2cosZcosotM/p2+DsinZsinotM/pM=MinZ

12、sin2ot+D2cosZsin0【Mp+DsinZcosotM/p現(xiàn)知Mz=M則改為:Mx21lvl2I】sinZcos0t+DM/p2(1/2+l/2cos2ot)M;=Msin2Zsinot+DMffp(1/2一l/2cos2ot)按LeicaTC2003的精度,可知Mz=M=0,5,MD=±(1+lppmxD)mm,控制點至觀測點的平距分別為312m,198m,天頂距分別為62.,5l.,方位角分別為269.,143.,可得變形觀測的精度分別為MxD=±0.67mm,MYD=±1.45mm,MxA=±0.8lmm,MA=-.66mm,完全能滿足本

13、次變形觀測的要求.6數(shù)據(jù)采集由于塔柱正在緊張施工.測量任務(wù)繁重.變形觀測點設(shè)置困難,因此數(shù)據(jù)的采集是穿插在施工測量中,采集的數(shù)據(jù)是離散的.系統(tǒng)性不很強.6.1勁性骨架的位移觀測選4次觀測的結(jié)果統(tǒng)計見表1:表l位移觀測結(jié)果次數(shù)觀測J號變形(r值mitin,x變/l值llnY點in程A+2.O一2.O86.1llB1.5一1.886.O8A一3.55.4l22.152B一2.63.8l22.19A+4.26.8149.123B一6.47.6149.15A+4.89.4176.O84B一7.68.6l76.O2由表l口J.以看出,在塔柱施工高度86m時,勁性骨架的位移量較小,隨施工的高度增長而變大.

14、6.2橫梁預(yù)應(yīng)力張拉前后塔柱變形觀測6.2.1下橫梁施工預(yù)應(yīng)力張拉前后.變形觀測采用兩種方法(1)"方向法"變形觀測的結(jié)果見表2.(2)"坐標(biāo)法"變形觀測的結(jié)果見表3.表2變形觀測結(jié)果觀測點號變形值X(into)點位高程(in)由表2,表3可以看出兩種觀測方法精度相當(dāng),觀測的結(jié)果都大于設(shè)計提供的變形值5mm.6.2.2中橫梁預(yù)應(yīng)力張拉前后,變形觀測結(jié)果見表4(坐標(biāo)法)表4變形觀測結(jié)果此次觀測結(jié)果與設(shè)計提供的預(yù)計變形量5mm基本吻合.6.3塔柱的變形觀測分別列舉2002年4月和6月兩次的西塔柱施工變形觀測,以及8月在塔柱封頂后對東塔柱進行變形觀測的觀測結(jié)果

15、.6.3.14月份的塔柱位移坐標(biāo)觀測由2002年4月12日下午一2002年4月13日下午實測西塔柱東西兩側(cè)觀測點的坐標(biāo)及觀測點處的塔體溫度.繪制的塔體溫度變化圖見圖2.觀測點位A(點位高程圖24月西塔柱塔體溫度?75?總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.20048101214161820222424681012141618時問(h)20020112順橋向(X)810121416l824246810121416l8時間(h)20112-O4-12橫橋向(Y)圖3位移觀測A,D點變化圖140.70m)

16、,觀測點位D(點位高程140.80m)的位置變化曲線見圖3.此時塔柱高程為158m處,塔柱的懸臂高度為24.5m.6.3.26月份的塔柱位移坐標(biāo)觀測由2002年6月7日下午至6月8日下午實測西塔柱東西兩側(cè)觀測點的坐標(biāo)及觀測點處的塔體溫度,繪制的塔體溫度變化圖見圖4,觀測點位A(點位高程175.95m),觀測點位D(點位高程176.86m)的位置變化曲線見圖5.此?76?81o121416l82022242468lO121416時間(h)2002o708圖46月西塔柱塔體溫度810l2l416l8222468m12l4l6時間(h)20112-4364Y/-08順橋向(X)/=/一IlIIJII

17、lIIIIIlII8l01214161824246810121416時間(h)201124364Y/-08橫橋向(Y)圖5位移觀測A,D點變化圖時塔柱施工高程至189m處,此時塔柱的懸壁高度為25m.6.3.3塔柱封頂后東塔柱位移觀測為了驗證夏季在上塔柱施工時采取在早5時一7時進行施工放樣及監(jiān)理驗收的可靠性和必要性.我們于塔頂封頂,上橫梁第一次砼澆注后.在東塔柱塔頂四角上分別布置4個位移觀測點(A,B,C,D),在8月4日上午6時一晚上10時分4次實測觀測點三維坐標(biāo),取平面坐標(biāo)作統(tǒng)計分析,了解塔柱在日照及風(fēng)力的影響下的變形狀況,列舉觀測點A實測的數(shù)據(jù)見表5,其它點數(shù)據(jù)略.表中上午6時與晚上1O

18、時的坐標(biāo)平均值假定為塔柱平衡位置.明顯看出觀測點A點的坐標(biāo)值在不同時刻均有變化,其他觀測點B,C,D的坐標(biāo)值也有類似的變化.7數(shù)據(jù)分析及應(yīng)對措施7.1數(shù)據(jù)分析通過以上圖表大致分析可以看出塔柱施工期位移有以下特點:(1)勁性骨架安裝到120m高度后,鋼筋綁扎后會產(chǎn)總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004注:A點平衡位置坐標(biāo)取上午6時與晚上lO時的平均值,分別為X=93.818,Y=85.834.生10mm的位移量,方向與塔身傾斜方向一致.(2)橫粱施工預(yù)應(yīng)力張拉后,塔柱位置明顯發(fā)生變化,下橫梁張

19、拉后塔柱的位移變化量與設(shè)計計算量不一致.(3)塔柱的平衡位置基本在晚上10時一上午5時左右,在此時間段塔柱位置變化很小(4)塔柱在El照的作用下,向陽面和背陰面有2.一3.的溫差,確實造成了塔柱位置的擺動.西塔柱擺動的大致規(guī)律為:上午向西側(cè)移動(橫橋向),向北移動(順橋向);橫橋向的變化量要大于順橋向的變化量,我們分析的原因是由于單塔柱(西塔柱)的橫向截面小于順橋向截面,橫向的傾斜為單斜,而順向的為對稱內(nèi)傾;西塔柱基本向西側(cè)偏轉(zhuǎn).A點與D點位置不同(A點在東南角,D點在西北角).順橋向的位移變化方向相反,因此造成塔柱的扭轉(zhuǎn).(5)由圖3可以看出4月份天氣較涼爽.1天內(nèi)塔柱橫橋向的位移最大值在中

20、午12點左右,由圖5可以看出6月份天氣溫度較高,日照時間長,1天內(nèi)塔柱橫橋向的位移最大值在14時左右.(6)4月份西塔柱A點橫橋向的日擺動的平均值比夜間的平衡位置大5mm,A點順橋向的日擺動的平均值與夜問的平衡位置基本一致;西塔柱D點橫橋向的日擺動的平均值比夜間的平衡位置大3mm.D點順橋向的日擺動的平均值與夜間的平衡位置基本相同.(7)6月份西塔柱A點橫橋向的日擺動的平均值比夜問的平衡位置大5mm,A點順橋向的日擺動的平均值比夜間的平衡位置大5mm;西塔柱D點橫橋向的日擺動的平均值比夜間的平衡位置大4mm.D點順橋向的日擺動的平均值比夜間的平衡位置大5mm(8)由表5可以看出,當(dāng)天塔柱位置在

21、上午6時左右與晚上10時左右基本相同(9)8月份為夏季,日照強度大,時間長.此時東西兩單塔柱已封頂,且東西塔柱由三道橫梁連為整體.在溫度應(yīng)力的作用下,塔柱會發(fā)生特定方向的彎曲變形.另外除塔柱自身溫度變形外.橫梁在溫度應(yīng)力的作用下會發(fā)生膨脹.對塔柱有水平向的推力,因此塔頂?shù)钠矫嫖恢米兓饕怯伤陨硐蜿柮媾c背陰面的溫差產(chǎn)生彎曲變形與橫梁的溫度升高(降低)產(chǎn)生膨脹(收縮)應(yīng)力的共同作用;在地理位置上南索塔的橫橋向為東西走向.隨太陽的有規(guī)律的照射.上午東塔柱應(yīng)向西偏移,又橫梁溫度升高產(chǎn)生向東的推力,兩力相互抵消,同時也發(fā)現(xiàn)橫梁的溫度應(yīng)力較大,不僅塔柱在橫橋向的變化比順橋向的要小,而且整個白天東塔柱

22、在橫橋向基本向東偏移,晚上隨溫度的降低才向西回移:只有C點(東塔柱西北角)例外,分析的原因是上午西北角太陽照射不到所至;當(dāng)天塔柱橫橋向(Y)的變化值最大為5mm,順橋向(x)的變化值最大為22mm:白天東塔柱變形規(guī)律大致為上午向北側(cè)偏移,向東側(cè)偏移,下午向南側(cè)回移,繼續(xù)向東側(cè)偏移.晚上開始向西回移,至晚上10時向南回移結(jié)束.向西回移結(jié)束;另外可以了解到上午溫差大.塔柱的變形量也大7.2應(yīng)對措施(1)勁性骨架安裝至120m后,在勁性骨架定位和放樣模板支立線時.對放樣坐標(biāo)進行適當(dāng)調(diào)整.放樣定位勁性骨架時有意識地向西側(cè)預(yù)偏10mm.保證了塔柱位置的正確和鋼筋保護層滿足規(guī)范要求(2)在橫梁施工前后采取

23、有效測量手段加強對塔身的位移變形觀測,以驗證設(shè)計的預(yù)偏量,及時進行坐標(biāo)調(diào)整.本次下橫梁位移觀測量與設(shè)計的預(yù)測量不符.我們及時將觀測成果報監(jiān)理工程師復(fù)核,再提交給設(shè)計單位審核,為保證塔柱施工豎向各階段的共軸性,設(shè)計單位要求在中塔柱連續(xù)施工中采取修正措施,按實際的偏移量分節(jié)段修正塔柱的橫坐標(biāo),每節(jié)向塔柱內(nèi)側(cè)偏移2mm.待修正到與塔柱設(shè)計三維坐標(biāo)吻合后,再每節(jié)向塔柱外側(cè)預(yù)偏lmm.直至中橫梁高度.(3)向施工進度安排人員說明測量時段的要求.合理?77?總367期第8期2004年8月水運工程Port&WaterwayEngineeringTotal367No.8Aug.2004安排生產(chǎn)

24、進度計劃,施工放樣和監(jiān)理驗收工作.盡量安排在晚上10時一上午10時的時間段內(nèi)實施.(4)施工放樣不能避開上述時段時,尤其在夏季施工.測量人員提前觀測了解塔柱位移的規(guī)律和位移量.對放樣坐標(biāo)進行相應(yīng)調(diào)整.本次西塔柱施工放樣恰好處于該時段時,將橫坐標(biāo)Y增大5mm進行實際操作實踐證明修正后效果很好,滿足了施工進度.避免了返工.(5)本次高塔柱竣lT驗收測量安排在晚上12時進行.成果比較準(zhǔn)確可靠.8結(jié)語8.1塔柱位移大致規(guī)律(1)在溫度應(yīng)力的作用下,塔柱會發(fā)生彎曲變形,另外除塔柱自身溫度變形外,橫梁在溫度應(yīng)力的作用下會發(fā)生膨脹,對塔柱有水平向的推力.因此塔頂?shù)钠矫嫖恢米兓饕怯伤陨碓贓t照的影響下

25、,向陽面與背陰面的溫差產(chǎn)生彎曲變形與橫梁的溫度升高(降低)產(chǎn)生膨脹(收縮)應(yīng)力的共同作用,另外,溫差大,塔柱的變形量也大;(2)塔柱的平衡位置基本在晚上10時一次El早5時左右,在此時間段塔柱位置變化很小,為施工放樣和驗收的最佳時段.其它時段,則應(yīng)根據(jù)塔柱變形值予以修正;(3)通過實地量測風(fēng)力和風(fēng)向,發(fā)現(xiàn)風(fēng)力的大小和風(fēng)向?qū)λ挠绊懴鄬^小:(4)通過多次的施工放樣的精度統(tǒng)計和現(xiàn)場施工荷載的情況記錄對應(yīng)發(fā)現(xiàn),施工偏載的影響不明顯.與塔柱懸臂的大小有關(guān).懸臂大時變形量大:8.2塔柱施工測量技術(shù)特點(1)采用高精度的儀器,運用"三維坐標(biāo)法"是高塔測量工程的發(fā)展趨勢:.;lL.;lL.;lL.址.;.址.址.址.址.址j.L.址.址.址(上接第72頁)高淤泥質(zhì)酸性土的水泥土強度.進而提高復(fù)合地基承載力.相比增加水泥摻量效果更為經(jīng)濟有效.(3)深層攪拌樁施工應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進行操作,同時要根據(jù)攪拌樁的承載力特性適當(dāng)增加上半部分的攪拌時間和水泥摻量.(4)深層攪拌法加固富含有機質(zhì)淤泥土具有許多不確定性,影響因素較多,我國規(guī)范未作詳細(xì)