一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法

摘要

本发明公开了一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法，包括以下步骤，获取锚栓孔精确位置信息，获取预制梁体外形尺寸数据，选定待架梁体并计算纵向平移量和计算横向平移量，进行锚栓孔的检测。该方法可以在人员不需要登上桥墩顶部进行测量的情况下，利用无人机近景摄影测量获取墩顶单张像片的影像信息，利用地面测量控制点通过全站仪测得墩台角点坐标，进而求出锚栓孔的精确坐标，通过计算预先发现施工阶段可能出现的梁缝不均，落梁困难，锚栓孔位置不准确的问题，从而找出匹配的梁体或提前对锚栓孔进行处理，避免重新架梁而导致的机械、人员和工时的浪费，达到指导实际施工、优化施工组织设计的效果，实现工程项目效益的最大化。

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁架设技术领域，尤其涉及一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法。

背景技术

整孔预制简支箱梁是近年发展起来的一种新的混凝土预应力梁型，其受力大、稳定性好、经济实用，是目前铁路客运专线的主流梁型，但由于其重量和体积过大，在制造、转运和架设中均遇到很大的困难，特别是在铁路桥梁架设过程中因支撑垫石上的锚栓孔与梁体支座上的锚栓对接不上而需重新落梁，导致大量的时间、人力和设备成本的消耗以及工期进度的延误。因此如何提高架梁精准度、提高架梁速度、减少在架梁过程中因锚栓孔与支座上的锚栓对接不上而重新落梁的情况，是目前困扰铁路桥梁架设的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法，包括以下步骤：

S1，通过无人机对桥墩顶部进行航空近景摄影，得到桥墩顶部的清晰照片，利用地面测量控制点通过全站仪测得墩台角点坐标，通过近景摄影测量内业计算方法，获取桥墩顶部锚栓孔的精确位置信息；

S2，通过对整孔预制箱梁体外形尺寸的测量，得到梁长、梁宽、梁高、梁体同一端两支座的距离以及梁体上支座到梁端的距离；

S3，计算当前预制梁体与前一榀已架好的梁之间梁缝的大小，若计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内，则选定该梁体为待架梁体；若计算结果与梁缝设计值的差值不在误差范围内，则逐一计算其他预制梁体与前一榀已架好的梁之间梁缝的大小，若存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则选定该梁体为待架梁体；若不存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则选定计算结果与梁缝设计值的差值的绝对值最小的梁体为待架梁体，并计算纵向平移量；

S4，计算待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值，若计算结果不在误差范围内，则计算横向平移量；

S5，进行锚栓孔的检测，在认定锚栓的直径为规范值时，若锚栓孔中心坐标的实测值与其中心坐标的设计值的距离小于等于设计误差值时，则该锚栓孔符合架梁要求，若此时待架梁体不存在纵向平移量和横向平移量，则进行架梁操作；如果锚栓孔不符合架梁要求或者待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，则对锚栓孔进行人工扩凿，完成人工扩凿后进行架梁操作。

所述步骤S1中无人机为小型多旋翼无人机。

更进一步的技术方案是，所述步骤S1中利用地面测量控制点通过全站仪测得至少三个墩台角点坐标，所述墩台角点坐标作为像片控制点，用于对桥墩顶部照片进行校正得到正射影像图。

更进一步的技术方案是，所述锚栓孔的精确位置信息获取方法为：如图4所示，在经校正得到的正射影像图中，墩台角点坐标a的实测坐标为(x_a，y_a)，经量取可得墩台角点坐标a与锚栓孔d距离为l_ad，线段ad与y轴夹角为∠A，则可得d点坐标(x_d，y_d)为(x_a+l_adcosA，y_a+l_adsinA)。

更进一步的技术方案是，步骤S2中，完成对预制梁体外形尺寸的测量后需要验证测量数值与设计数值的误差是否在允许误差范围内，以确保后续检测计算的准确性。

更进一步的技术方案是，所述步骤S3中梁缝的计算方法为：

F_q＝(L_ij-l_ij)_前+(L_ij-l_ij)_检测

其中，F_q表示两榀梁之间的梁缝，其设计值为10cm，误差范围为±1cm；q＝1、2，表示梁缝两端的距离；

L_ij:表示墩台上垫石中心距墩台横向中心线的距离；i＝1、2，表示垫石号；j＝1、2，表示支座号；

l_ij：表示梁体上支座中心距梁终端的距离，通过测量得到；i＝1、2，表示垫石号；j＝1、2，表示支座号；

(L_ij-l_ij)_前：表示所测跨距的前一跨上所架梁体的梁端到所测墩台横向中心线的距离。

(L_ij-l_ij)_检测：表示所测跨距上所架梁体的梁端到所测墩台横向中心线的距离。

更进一步的技术方案是，步骤S3中所述若不存在计算结果与梁缝的设计值在误差范围内的梁体，则选定与梁缝设计值偏差的绝对值最小的梁体为待架梁体的方法为：设计算结果与梁缝设计值的差值用Δ_q(q＝1、2)表示，Δ₁＝F₁-10，Δ₂＝F₂-10，计算结果与梁缝设计值的差值的绝对值用σ表示，选取σ最小的梁体为待架梁体。

更进一步的技术方案是，所述计算纵向平移量的方法为：

若F₁≤9cm，9cm≤F₂≤11cm或者F₂≤9cm，9cm≤F₁≤11cm，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ₁|-1或者|Δ₂|-1；

若F₁≥11cm，9cm≤F₂≤11cm或者F₂≥11cm，9cm≤F₁≤11cm，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ₁|-1或者|Δ₂|-1；

若F₁≤9cm，F₂≤9cm，当Δ₁＝Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ_q|-1(q＝1、2)；当Δ₁≠Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ_q|-1(q＝1、2)较大的值；

若F₁≥11cm，F₂≥11cm，当Δ₁＝Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ_q|-1(q＝1、2)；当Δ₁≠Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ_q|-1(q＝1、2)较大的值。

更进一步的技术方案是，所述步骤S4中待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值为ε，其允许误差为3mm，其中D_k：表示墩台上同一端两垫石间的距离；k＝1、2；d_k：表示梁体上同一端两支座间的距离；k＝1、2；若ε大于3mm的误差范围，即则待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值ε不在误差范围内；横向平移量为ξ，若ξ＞0，则沿着墩台的横向中心线向墩台的纵向中心线方向移动ξ。

更进一步的技术方案是，设计误差值为5cm。

更进一步的技术方案是，步骤S5中，人工扩凿的方法为：

若待架梁体不存在纵向平移量和横向平移量，且锚栓孔不符合架梁要求，则根据其超出设计误差值的值对锚栓孔进行人工扩凿；

若待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，且锚栓孔符合架梁要求，则根据纵向平移量和/或横向平移量对锚栓孔进行人工扩凿；

若待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，且锚栓孔不符合架梁要求，则根据纵向平移量和/或横向平移量以及其超出设计误差值的值对锚栓孔进行人工扩凿。

该方法可以在人员不需要登上桥墩顶部进行测量的情况下，利用无人机近景摄影测量获取墩顶单张像片的影像信息，利用地面测量控制点通过全站仪测得墩台角点坐标，进而求出锚栓孔的精确坐标，通过计算预先发现施工阶段可能出现的梁缝不均，落梁困难，锚栓孔位置不准确的问题，从而找出匹配的梁体或提前对锚栓孔进行处理，避免重新架梁而导致的机械、人员和工时的浪费，达到指导实际施工、优化施工组织设计的效果，实现工程项目效益的最大化。

附图说明

图1为桥墩俯视图；

图2为已架好的相邻的两榀梁的结构示意图；

图3为本发明一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法的流程图；

图4为计算锚栓孔坐标的原理图；

图5为梁缝示意图。

1、桥墩；2、墩台角点；3、支座；4、梁体；5、梁缝；6、垫石；7、墩台；8、锚栓孔；9、锚栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实施例中，本发明的一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法中的梁体长度为32m，其梁缝的设计值为10cm。

参照图1，图1为桥墩俯视图，桥墩的顶部为墩台，墩台上有两个垫石，垫石上有锚栓孔，参照图2，图2为已架好的相邻的两榀梁的结构示意图，梁体的两端分别设有两个支座，支座上设有锚栓，在架设过程中，锚栓插入锚栓孔中。

参照图3，图3为本发明一种整孔预制简支箱梁桥精准架设施工方法的流程图，包括以下步骤：

S1，通过小型多旋翼无人机对整孔预制简支箱梁桥的桥墩顶部进行航空近景摄影，得到单张桥墩顶部的清晰照片，利用地面测量控制点通过全站仪测得墩台角点坐标，进而根据墩台角点坐标通过近景摄影测量内业计算方法，获取桥墩顶部锚栓孔的精确位置信息。在利用全站仪测量墩台角点坐标时，至少测得三个不在同一直线上的墩台角点坐标，所述墩台角点坐标作为像片控制点，用于对桥墩顶部照片进行校正得到正射影像。所述通过摄影测量内业计算方法，获取桥墩顶部锚栓孔的精确位置信息的原理如图4所示，在经校正得到的正射影像中，墩台角点坐标a的实测坐标为(x_a，y_a)，经量取可得墩台角点坐标a与锚栓孔d距离为l_ad，线段ad与y轴夹角为∠A，则可得d点坐标(x_d，y_d)为(x_a+l_adcosA，y_a+l_adsinA)，其他锚栓孔的坐标同理可得，在此不再一一赘述。

S2，通过对预制梁体外形尺寸的测量，得到梁长、梁宽、梁高、梁体同一端两支座的距离以及梁体上支座到梁端的距离。完成对整孔预制箱梁体外形尺寸的测量后需要验证测量数值与设计数值的误差是否在允许误差范围内，以确保后续检测计算的准确性。所述梁体外形尺寸的检测要求如下表所示：

表1整孔预制简支箱梁外形尺寸检测要求

S3，计算当前整孔预制箱梁体与前一榀已架好的梁之间梁缝的大小，若计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内，则选定该梁体为待架梁体；若计算结果与梁缝设计值的差值不在误差范围内，则逐一计算其他整孔预制箱梁体与前一榀已架好的梁之间梁缝的大小，若存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则选定该梁体为待架梁体；若不存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则选定计算结果与梁缝设计值的差值的绝对值最小的梁体为待架梁体，并计算纵向平移量。所述梁缝的计算方法为：

F_q＝(L_ij-l_ij)_前+(L_ij-l_ij)_检测

其中，F_q表示两榀梁之间的梁缝，其设计值为10cm，误差范围为±1cm；q＝1、2，表示梁缝两端的距离，如图5所示；

L_ij:表示墩台上垫石中心距墩台横向中心线的距离；i＝1、2，表示垫石号；j＝1、2，表示支座号；

l_ij：表示梁体上支座中心距梁终端的距离，通过测量得到；i＝1、2，表示垫石号；j＝1、2，表示支座号；

(L_ij-l_ij)_前：表示所测跨距的前一跨上所架梁体的梁端到所测墩台横向中心线的距离。

(L_ij-l_ij)_检测：表示所测跨距上所架梁体的梁端到所测墩台横向中心线的距离。

通过计算，若存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则选定该梁体为待架梁体；若不存在计算结果与梁缝设计值的差值在误差范围内的梁体，则设计算结果与梁缝设计值的差值用Δ_q(q＝1、2)表示，Δ₁＝F₁-10，Δ₂＝F₂-10，计算结果与梁缝设计值的差值的绝对值用σ表示，选取σ最小的梁体为待架梁体，并计算纵向平移量：

若F₁≤9cm，9cm≤F₂≤11cm或者F₂≤9cm，9cm≤F₁≤11cm，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ₁|-1或者|Δ₂|-1；

若F₁≥11cm，9cm≤F₂≤11cm或者F₂≥11cm，9cm≤F₁≤11cm，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ₁|-1或者|Δ₂|-1；

若F₁≤9cm，F₂≤9cm，当Δ₁＝Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ_q|-1(q＝1、2)；当Δ₁≠Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向外平移|Δ_q|-1(q＝1、2)较大的值；

若F₁≥11cm，F₂≥11cm，当Δ₁＝Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ_q|-1(q＝1、2)；当Δ₁≠Δ₂时，则纵向平移量为沿着墩台的纵向中心线方向向内平移|Δ_q|-1(q＝1、2)较大的值。

S4，计算待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值，若计算结果不在误差范围内，则计算横向平移量。所述待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值为ε，其允许误差范围为3mm，其中D_k：表示墩台上同一端两垫石间的距离；k＝1、2；d_k：表示梁体上同一端两支座间的距离；k＝1、2；若ε大于3mm的误差范围，即则待架梁体的纵向中心线与墩台的纵向中心线的偏差值ε不在误差范围内；横向平移量为ξ，若ξ＞0，则沿着墩台的横向中心线向墩台的纵向中心线方向移动ξ。

S5，进行锚栓孔的检测，在认定锚栓的直径为规范值时，若锚栓孔中心坐标的实测值与其中心坐标的设计值的距离小于等于设计误差值时，则该锚栓孔符合架梁要求，若此时待架梁体不存在纵向平移量和横向平移量，则进行架梁操作；如果锚栓孔不符合架梁要求或者待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，则对锚栓孔进行人工扩凿，完成人工扩凿后进行架梁操作。在实际施工过程中，按设计要求，锚栓孔的直径比锚栓的直径大10cm，而如果锚栓孔中心坐标的实测值满足在以其中心坐标的设计值为圆心、半径为5cm的圆内运动时锚栓都能插入锚栓孔内，因此在本发明中，设计误差值为5cm。

人工扩凿的方法为：

若待架梁体不存在纵向平移量和横向平移量，且锚栓孔不符合架梁要求，则根据其超出设计误差值的值对锚栓孔进行人工扩凿；

若待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，且锚栓孔符合架梁要求，则根据纵向平移量和/或横向平移量对锚栓孔进行人工扩凿；

若待架梁体存在纵向平移量和/或横向平移量，且锚栓孔不符合架梁要求，则根据纵向平移量和/或横向平移量以及其超出设计误差值的值对锚栓孔进行人工扩凿。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。