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大型桥梁运架设备安装中的直线度测量 精测公司 李学仕 【摘 要】 本文介绍了杭州湾跨海大桥50m预制箱梁运架设备安装过程中，应用导线法测量设备构件直线度的方法。 【关键词】 导线法 直线度 安装测量 杭州湾跨海大桥 杭州湾跨海大桥(全长36km)50m预制箱梁的制、运、架大型设备统称五大设备，其尺寸庞大， 结构复杂，安装精度要求高，均采用工厂制造构件，运输到现场再安装的方式;其中长大构件组装连接后的直线度(保持各点在一条直线上，不产生平面弯曲)是控制设备安装精度的一项重要指标，需要在安装过程中不断监控测量，及时提供实时数据，以指导安装施工。一般情况下，测量直线可在直线的端头置镜，瞄准直线方向，检查直线上的点，即可及时知道直线度情况;如果在直线上因地形条件限制而无法架设测量仪器时，如何快速测量直线度和保证测量精度呢?设备安装应属工业安装测量问题，但桥梁运架设备须在施工现场安装，我们采用工程测量方法解决了这一问题。本文介绍在杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备安装过程中应用导线法测量设备构件直线度的方法。 1 实现原理 图 1 测量直线度就是确定测点到直线的偏移距离。在待测直线外任意P点置镜，选择待测直线上A、B两点(可选择两端点)作为直线控制点(如图1)，建立以A点为原点，AB连线为X轴正向的坐标系(简称A坐标系)，易知在该坐标系下的Y坐标就是距AB直线方向的偏离值。 利用全站仪先测量出直线控制点A、B到置镜点P的距离S1、S2和角度a，即可计算出在上述坐标系下的P点坐标和PB或PA的方位;然后在全站仪中设置测站坐标和方位(定位与定向)，即可直接测量直线上其他点的坐标，以直观分析各测点相对于直线AB的偏离程度(直线度)。 P点坐标计算方法，这里介绍利用导线法计算。首先建立一个临时坐标系(简称P坐标系)，以P为坐标原点，PA连线为X轴的正向，由测量的距离和角度计算出A、B的临时坐标以及AB、PB、PA的方位，然后根据方位差计算PA、PB在A坐标系中的方位以及P点的坐标。 在上述临时坐标系中:P点的坐标(0，0)，PA的方位=0，A点的坐标(S1，0);PB的方位=a，B点的坐标[S2×cosa，S2×sina];AB的方位=w，由AB坐标反算得到。 在A坐标系中，AB的方位=0，则根据P坐标系中的方位关系得到:PA的方位=-w，PB的方位=a-w，从而P点的坐标X=-S1×cosw，Y=S1×sinw。 在作业现场上述计算可以利用程序型计算器计算快速得到，如使用Casio fx4500计算的代码 为:EFA (E=S1，F=S2，A=a) Pol(Fcos(A)-E，Fsin(A))n(AB的距离S) n(PB的方位) X=-Ecos(W)n(P点的坐标) Y=Esin(W)n 2 精度分析 由上述建立的坐标系可知，直线度的误差即测量中主要看观测点Y坐标误差。 根据公式Y=Yp+S×sinα，可知主要误差来源是距离误差、方向误差和定向误差。观测时，采 用配套小棱镜，直接对中观测目标，对中误差极小;观测距离不长，一般在60m以内，同一气象条件下，测距精度较高;同时很容易觇准目标，方向观测精度较高。在仅顾及观测误差影响的情况下，Y的中误差:m2y=sin2αm2s+S2cos2αm2α若设:ms=1mm，mα=4〃，S=60m，上式若取m2y=m2s+S2m2α，可以得出my最大误差也不过1•5mm。 杭州湾跨海大桥50m箱梁运架设备的直线度、铅直度安装精度一般要求达到5mm，此为极限 误差，则安装总中误差为2•5mm，包括安装和测量误差。根据测量误差取安装误差的1/ 2倍的原则，得到测量误差为安装总误差的1/ 3倍，即测量误差为2•5/ 3=1•4mm。可见上述测量方法是可以达到测量要求的。 3 操作方法 在待测直线外适当地点(大致在直线中间部位)架设好仪器;全站仪照准A点，方向置零，测量 距离S1;照准B点，测量角度a和距离S2，保持仪器不动;利用计算器计算A坐标系中P点的坐标和PB的方位，输入到全站仪中;开始从B到A测量直线上的点坐标并记录数据。 4 测量应用 (1) LGB1600架桥机 LGB1600架桥机主要结构是其沿桥梁方向左右两大机臂，均为110m长的矩形钢框架梁(截面尺寸为宽2•2m×高3•2m)。两机臂由前后两端钢横梁联系。每条机臂分为10段，长度分别为11•88m×9+4•3m，各段之间用钢板螺栓连接。 拼装时，先拼装为3大段(3节+3节+4节)，再将3大段依次连接起来。构件体形庞大，各大段拼装以及三大段整体拼装时会产生线性扭曲，为使结构按设计精度安装(直线度要求5mm以内)，需要在连接螺栓进行初拧前、终拧前以及终拧后对机臂进行直线度测量，而更多的是在安装调整过程中进行实时测量，要求较快测量出数据。机臂尺寸较大，在大臂外没有位置架设测量仪器，但可架设在机臂顶面，采用导线法建立以大臂纵向为X轴的坐标系，根据测量得出的Y坐标，可方便地看出大臂的弯折情况。终拧后的测量结果数据将作为安装竣工数据进行构件空间结构模拟演算。 在大臂顶面有两股运梁小车走行轨道，中心间距为2m(制造精度较高)。同时测量两股轨道对 应点，由Y坐标差可检验测量精度。从测量结果看，间距最大相差2mm，从而验证了用该方法测量的结果是可靠的。 提梁机台车主梁的上下弦杆直线度测量 ML800提梁机 ML800提梁机(见图3)由主梁、刚性支腿和柔性支腿以及走行小车等组成，主梁为钢桁架，其尺寸为长64m×宽4•7m×高8•5m。上下弦杆均由六段截面为工字型的钢构件螺栓连接组成，安装时，需要对各弦杆各段间的连接点进行直线度测量(直线度要求为5mm)。建立以主梁纵向为X轴的坐标系，用导线法测量各节点的坐标，可以方便的得出各节点连线的直线度情况。 (3)提梁机台车主梁上下弦杆连接立柱垂直度测量 提梁机台车主梁上下弦杆用斜撑和立柱连接，安装时需要对立柱相对于主梁纵横向的倾斜进 行测量(上下对应点在平面上的投影纵横向距离要求5mm内)。使用导线法，同样建立以主梁纵向为X轴的坐标系，分别测量立柱的上、下端对应位置的平面坐标，比较纵横坐标差值，可以迅速得到每根立柱的倾斜状态，以及各立柱之间的相互倾斜状态，及时安装调整到正确位置。 (4)提梁机刚性支腿安装测量 提梁机左侧的刚性支腿(高度27•3m)在安装时平放在地面上如图4所示，C、D、E、F处于同一个平面内(连线尺寸为4m×7•5m)，与主梁安装好以后在同一水平面，均为带螺孔的钢板与主梁对应螺拴钢板对位连接;与地面轨道走行台车连接端的A、B(距离15m)为带销孔的钢板，与走行台车上对应销子相连接，安装后处于水平，与CDEF平行。安装时平放地面，需要控制AB与CD及CDEF平行，且CDEF钢板处于同一平面内(此时为竖直面)。 同样使用导线法测量，建立以A为原点、AB为X轴的坐标系，测量C、D、E、F的坐标，即可知道C、D、E、F是否处于同一竖直面内(据Y坐标)以及是否与AB平行。 5 结语 应用导线法测量大型设备的直线度、铅直度，可以方便、快速的获得准确测量结果，及时为现场安装施工提供可靠数据，为杭州湾跨海大桥50m箱梁五大设备顺利安装投入使用、确保架梁工期赢得了宝贵时间。 参 考 文 献 1 李青岳、陈永奇•工程测量学•测绘出版社;1995•5 
高速公路设计中降低工程造价的探讨摘 要:分析了山西省高速公路工程造价偏高的原因，指出公路勘察设计是公路建设过程中的重要环节，对于公路建设质量和工程投资起控制作用，从设计角度探讨了高速公路降低工程造价的措施，从而解决建设资金不足的问题。关键词:高速公路，设计，工程造价，原因近年来，随着国家高速公路网的全面实施，高速公路已全面向山岭重丘区延伸，高速公路平均每千米造价超过了6 000万元，建设资金不足的问题在山岭重丘区的山西尤为突出。山西省高速公路工程造价偏高既存在客观原因，也有主观原因。客观原因主要有:1)山西省大部分为山岭重丘区，沟壑错综复杂，桥梁、隧道数量多;2)煤矿采空区多，处理费用偏高;3)地方路网完善，互通立交、跨线桥数量多;4)高速公路征用耕地数量多，征地费用偏高;5)地方材料资源缺乏，砂、石材料单价偏高。主观原因主要有:1)为了项目尽早开工，没有给设计部门合理的设计周期，甚至边设计边施工，造成勘测和设计深度不足，变更地方较多;2)地方规划变化较快，设计变更多，使工程量不断增加;3)招标文件不规范，工程量清单内容不全面以及合同条款不严密，管理上出现漏洞;4)设计人员存在保质量轻造价的思想。客观原因是由自然条件所决定的，基本上是不可避免的，而主观原因可以通过人的努力，采取有效的措施加以克服或减少。公路勘察设计是公路建设过程中的重要环节，是工程的灵魂，对于公路建设质量、工程投资起控制作用。如何控制高速公路工程造价，合理利用好每一分钱，就要从设计做起。设计中降低工程造价的主要措施如下:1)路线:改变落后的设计理念，深刻理解规范的内涵，灵活运用技术指标，加深路线方案的比选深度。在满足公路功能，保持既有路网完整，群众出行方便的情况下，合理降低路基填土高度，减少借方和占地。控制好标高，达到路基土石方填挖平衡，总量最少，是山区公路设计的要点，山区公路的设计关键还在于平纵指标取值及均衡性。灵活运用技术指标是设计的出发点，是保护环境、节约投资的基础。在20世纪80年代~90年代中期，高速公路建设主要集中在平原区。这一时期，公路勘察设计指导思想主要以“快速、安全、经济”为原则，强调线形舒展，平纵组合协调合理，行车舒适，视觉效果良好。片面强调采用高标准、高指标，使得建成的高速公路路基普遍偏高，不仅过多占用了宝贵的土地资源，景观效果也不理想。21世纪初，平原区公路建设提出了尽量降低路基高度的低路堤设计原则，同期山区也开始大量修建高速公路，面对山区独特复杂的自然条件，设计人员仍采用了平原区设计思想，强调较高的技术标准，出现了大量的高填深挖路基，不仅破坏了区域的自然环境，影响公路景观，而且诱发了大量地质灾害，直接影响道路的正常运营，同时增加了工程造价。2)路基:路基设计应作为总体设计的主要及重点组成部分，主动参与总体设计，从源头控制影响造价的主要因素。尽可能降低平原微丘区的路堤高度，合理确定山岭重丘区的高填深挖路基;路基断面形式应适应地形特点，整体式路基适应平原区;山岭区的分离式路基可最大利用路线走廊内的空间资源，应提倡在山区路线设计时对每个方向进行单独的线形设计，或分离、错布车道;边坡设计应在边坡自身稳定的原则下进行，并应注重动态设计、信息化施工;边沟等根据排水需要设计尺寸，根据安全冲刷及美观要求设置防护类型;绿化防护是利用植草后的防冲刷功能，追求视觉效果的防护形式，土质边坡应提倡植物防护或不防护，对稳定的岩石边坡可采用自然裸露开挖形式;软土地基处理应从考虑软土地基对公路路基的危害程度出发，在沉降允许范围内，尽量利用时间来达到处理要求，少做或不做地下工程，并应注重沉降、稳定的观察工作，加强软基处理的动态设计、信息化施工;滑坡防治必须明确滑坡的可知性和可治性，为路线避绕或治理滑坡作出决策。3)桥梁:桥梁作为跨越江、河、湖泊、海峡及沟谷的构造物，对保障路网畅通起着不可替代的作用，它是路网建设中的关键节点。桥梁造价远远高于路基工程，特别是高速公路向山区发展后，出现大量的桥涵构造物，有效控制投资规模，显得十分迫切。特大、大桥的桥位是路线布设的重要控制点，桥位布设不宜过分强调“桥位选择应服从于路线”的原则，尽量避免出现大量高墩、大跨及弯坡斜桥，以减小桥梁工程规模及技术难度。桥型方案选择要坚持“安全、适用、经济、美观、便于施工及养护”的设计原则，应进行多方案比选。结构设计采用的计算方法要可靠，尺寸选择要合理，钢筋直径的选择及间距布置要充分满足结构受力的要求。重视施工方案的设计及桥梁方案与施工方案的结合，避免因施工方案选择不合理造成施工费用增加。4)隧道:公路隧道有别于地面工程，受地形地质条件影响大，隧道设计应把握好各阶段地质勘察重点与工作深度，趋利避害，准确划分围岩类别，并把地质超前预报与围岩监控量测作为一道工序纳入设计文件中。结合地形、地质条件、洞外接线及构造物布置情况，遵循“早进晚出”的原则，合理选择洞口位置，洞门设计应安全、简洁、实用、少刷坡、少破坏洞口自然环境。隧道衬砌横断面与结构形式应合理、有效适应建设条件，满足耐久性要求，一般采用复合式衬砌结构，并采取必要的辅助施工措施，尽可能采用标准化预设计。隧道内排水设计应从方案设计、材料选择、施工与维修等方面统筹考虑、因地制宜、综合治理，注重可维护性，当可能造成水土资源流失，或造成地面结构损坏时，应采取“以堵为主，限量排放”的措施。隧道内机电设计应结合实际交通情况进行分析，机电设施应规模适中，注意安全与节能，一次规划，分期实施，逐步完善。5)互通式立交:互通式立交属大型构造物，建设费用在总造价中占相当的比例，特别是枢纽互通所占的比重更大，设计中节省投资的意义很大。互通设计中应重视路网调查，掌握路网规划，避免由于路网规划发生变化，导致互通立交方案不合理。设计中应重视路线方案与互通方案的综合比选，处理好主线、匝道、被交路相互间的交叉关系。尽可能采用规模小、造价低的“瘦身”互通立交方案，尤其是在山区，地质条件复杂，不同位置设置造价相差很大，因此应加强互通方案比选。在满足通行能力的情况下，匝道设计速度应根据交通量确定，不宜太高，以减小匝道规模。参考文献:[1] 交通部公路司降低造价公路设计指南[M]北京:人民交通出版社，[2] 交通部公路司新理念公路设计指南[M]北京:人民交通出版社，[3] 陈根生工程项目设计的投资控制[J]山西建筑，2007，33(10):277-
关于对高等级公路中小跨径桥梁设计分析论文关键词:墩台；设计；耐久性；结构； 斜交桥 论文摘要: 一般公路中的桥梁常以正交布设为主，但为了满足公路技术标准，应使路线线形流畅、连续，部分桥梁须服从路线走向，不可避免会出现一些斜交桥梁，因此在公路桥梁设计中，斜交桥梁的桥型布置、结构形式的选择是否合理将对桥梁施工难度、结构耐久性及工程造价有较大影响。本文根据多年从事公路桥梁设计工作的经验，总结了中小跨径斜交桥的布设方法，并且指出应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况等因素，通过方案比较，选择合适的桥型布置，从而使斜交桥设计合理、施工方便、经济美观。 一、斜弯桥梁的一般布设 处于弯道中的斜交桥梁设计，一方面，应使桥梁结构简单，构件类型少，尺寸统一，便于机械化生产装配，便于施工，桥型布置应与路线线形协调一致，偏差小。另一方面，应达到经济、适用、美观，与周围环境相协调。桥梁布置孔数为1 孔～2 孔时，墩台一般采用平行布置，上部预制构件采用平行布置，主要优点是同一孔上部预制构件尺寸统一，可减少模板型号，施工方便。当桥梁处于曲线半径较小的弯道上时，采用平行布置会出现少许偏差，对2 孔桥梁墩台宜按折线形平行布置。但前后桥台的轴线与路线的斜交角不同，构造尺寸及斜角也不一致，前后孔墩台尺寸、支座位置、柱距均有差别，设计上相对繁琐，施工也不方便。桥梁布置孔数多于3 孔时，墩台一般采用法向布置，上部预制构件采用径向布置，即各片梁板轴线的端部分别位于同一半径上，此时，同一孔的各片梁板布置不平行，须由铰缝宽度进行调整;主要优点是下部构造尺寸统一，即桥墩帽梁尺寸、支座位置、柱距均相同，上部预制构件尺寸型号一般为单孔桥面布置梁板的片数，因此，桥梁布置孔数较多时，墩台宜采用法向布置，既方便设计，又便于施工。对左右幅分离式斜弯桥的设计，左右幅桥墩台一般应分别进行设计，特别是斜交角度大、曲线半径相对较小时，左右幅桥墩台的尺寸将相差较大，只能以不同的参数控制进行尺寸计算，可推算左右幅桥各自的斜交角后，进行简化设计，才能使左右幅桥墩台布设的误差相应减小，更接近路线线形。 二、斜交桥梁的特殊布设 错台布置：适用于左右幅为分离式斜交桥梁，跨越河道有通航要求。如珠邵高速公路第八合同段中K32 + 5大桥，横断面布置为分离式左右幅桥，位于弯道半径R = 1600 m 的曲线上，本桥跨越河流宽度约20 m ，路线与河流的斜交角为150°。本桥设计:限于本工程大、中桥梁采用统一跨径，上部预制构件尽量要求统一，本桥上部构造采用7 孔20 m 预制空心板，下部构造采用钻孔灌注桩基础，如果按河流方向布置桥墩、桥台，可满足河道通航要求，但桥梁构件出现30°锐角构造，其受力极不利，质量难以保证，也不符合规范要求，经多方案比较，最后墩台以斜交角度135°布置，而左右幅桥须采用错台7 m 布设，这样可改善构件的受力条件，也能满足河道通航及河岸上设置机耕路的要求。 设置异形梁板过渡孔：适用于斜跨河流及跨过正交通道的桥梁。如珠邵高速公路第六合同段中K23 + 25 大桥，位于弯道半径R = 1 600 m 的曲线上，本桥跨越河流宽度约72 m ，机耕路、通道多处，路线与河流的斜交角为120°。该桥设计:上部构造采用20 m预制空心板，1 号～7 号孔为斜交110°布置，9 号～38 号孔为正交布置，8 号孔为过渡孔，采用异形板过渡，下部构造采用钻孔灌注桩基础，采用这种方法布设，主要考虑旱桥相对较长，仅在跨越河流部分采用斜交布置，达到降低工程造价的目的。可满足河道通航及河岸上设置机耕路、通道的要求。路线与河流的斜交角较大时采用正交布置：适用于路线与河流的斜交角大于150°且河流不通航的桥梁。如汕遮公路改建工程(左幅为已建成公路，在右侧拓宽，形成上下行公路) 中K15 + 15 中桥，本桥跨越河流宽度约25 m ，路线与河流的斜交角为150°，原左幅桥上部构造为4 孔13 m 空心板斜交150°布置，下部构造为四柱式墩台;右幅加宽，如果参照左幅桥布置设计，斜交角度太大，不够合理，因此，设计时做深入、细致的研究，基于本桥跨越河道不通航，上部构造采用5 孔13 m 空心板正交布置，下部构造采用二柱式墩台，钻孔灌注桩基础，设计控制右幅桥墩柱位与左幅桥墩沿水流方向一致，避免上部构造空心板、下部构造帽梁出现30°锐角构造，提高结构的性能，施工方便，保证工程质量，且可减少桥梁下部构造工程数量，降低工程造价。 结语 中小跨径斜交桥梁的设计，应根据桥梁所处位置的路线线形、斜交角度、河流情况及工程总体设计要求等诸方面综合考虑，做深入、细致的研究，通过方案比较，选择合适的桥型布置，使斜交桥设计合理，符合规范要求，施工方便，耐久适用，经济美观。 参考文献: 吴香国; 不完整结构屈曲及其可靠性评定方法研究 [D];哈尔滨工程大学; 2006年 张小庆; 结构体系可靠度分析方法研究 [D];大连理工大学; 2003年 沈照伟; 基于可靠度的海洋工程随机荷载组合及设计方法研究 [D];浙江大学; 2004年 孙晓燕; 服役期及加固后的钢筋混凝土桥梁可靠性研究 [D];大连理工大学; 2004年 仲伟秋; 既有钢筋混凝土结构的耐久性评估方法研究 [D];大连理工大学; 2003年 杨则英; 既有钢筋混凝土桥梁安全性耐久性综合评估法研究 [D];大连理工大学; 2004年 禹智涛; 既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究 [D];华南理工大学; 2003年 孙晓燕，黄承逵，孙保沭; 既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析[J]; 东南大学学报(自然科学版); 2005年03期; 109-114
