施權(quán)君 廖敏

（廣西交通投資集團(tuán)南寧高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 南寧 530022）

鋼管混凝土系桿拱橋施工控制

施權(quán)君 廖敏

（廣西交通投資集團(tuán)南寧高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 南寧 530022）

鋼管混凝土系桿拱橋施工，由于主橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，施工難度大，要求在施工過程中對(duì)全過程進(jìn)行施工控制。本文闡述了施工控制的目的、原理和方法及橋梁施工監(jiān)控的要點(diǎn)、方法。

橋梁施工；施工控制

1 施工控制的目的、原理和方法

1.1 施工控制的必要性

橋梁結(jié)構(gòu)理想的幾何線型與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設(shè)計(jì)有關(guān)，而且還依賴于科學(xué)合理的施工方法。如何通過施工時(shí)的澆筑過程的控制以及主梁標(biāo)高調(diào)整來獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的應(yīng)力狀態(tài)和幾何線型，是大跨橋梁施工中非常關(guān)鍵的問題。

盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是由于施工中出現(xiàn)的諸多因素，事先難以精確估計(jì)，而且在實(shí)際施工過程中由于施工誤差，會(huì)使實(shí)際結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)不符。所以在施工中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對(duì)施工過程中的控制參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整是十分重要的。已建成的橋梁中就出現(xiàn)過施工控制不好，造成橋梁內(nèi)力分配不合理、主梁線形不和順的情況，影響了橋梁的使用。

根據(jù)以往橋梁施工及控制經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)該橋的具體情況，在施工過程中影響橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形的因素主要有以下幾方面：

①橋梁施工臨時(shí)荷載；②支架變形、基礎(chǔ)沉降；③日照影響；④混凝土澆筑方量的控制；⑤預(yù)應(yīng)力束張拉及預(yù)應(yīng)力損失；⑥混凝土彈性模量確定；⑦混凝土徐變

當(dāng)上述因素與估計(jì)不符，而又不能及時(shí)識(shí)別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時(shí)，必然導(dǎo)致在以后階段施工中采用錯(cuò)誤的糾偏措施，引起誤差累積。所以施工監(jiān)測和控制是大跨橋梁施工過程中不可缺少的工序。

1.2 施工控制的原理和方法

橋梁施工控制包括主動(dòng)控制和被動(dòng)控制，所謂主動(dòng)控制，是在預(yù)先分析各種風(fēng)險(xiǎn)因素及其導(dǎo)致目標(biāo)偏離的可能性和程度的基礎(chǔ)上，擬定和采取有針對(duì)性地預(yù)防措施；所謂被動(dòng)控制是一種面對(duì)未來的控制，通過對(duì)產(chǎn)生偏差原因的分析，研究制定糾偏措施，以使偏差得以糾正，工程實(shí)施恢復(fù)到原來的計(jì)劃狀態(tài)，或雖然不能恢復(fù)到計(jì)劃狀態(tài)但可以減少偏差的嚴(yán)重程度。

在現(xiàn)實(shí)的橋梁控制中，僅僅采取被動(dòng)控制措施，出現(xiàn)偏差是不可避免的，而且偏差可能有累積效應(yīng)，即雖然采取了糾偏措施，但偏差可能越來越大，從而難以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。另一方面，主動(dòng)控制的效果雖然比被動(dòng)控制好，但僅僅采取主動(dòng)控制措施卻是不現(xiàn)實(shí)的，或者說是不可能的。因?yàn)槭┕み^程中有相當(dāng)多的風(fēng)險(xiǎn)因素是不可預(yù)見的，或者是無法定量和確認(rèn)。因此，對(duì)于橋梁施工控制來說，主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩者缺一不可，必須緊密結(jié)合。

對(duì)于橋梁施工監(jiān)控的具體實(shí)施來說，主動(dòng)控制表現(xiàn)為施工程序的制定，結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定等等。

被動(dòng)控制則表現(xiàn)為一個(gè)施工~量測~判斷~修正~預(yù)告~施工的循環(huán)過程，為了能夠控制橋梁的外型尺寸和內(nèi)力，首先必須安排一些基本的和必要的量測項(xiàng)目，其內(nèi)容包括主梁各施工工況的標(biāo)高、主梁部分控制斷面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度場、氣溫以及對(duì)混凝土材料的一些常規(guī)試驗(yàn)。在每一工況返回結(jié)構(gòu)的量測數(shù)據(jù)之后，要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差，并同時(shí)進(jìn)行誤差原因分析。在這一基礎(chǔ)上，將產(chǎn)生誤差的原因予以盡量消除，給出下一個(gè)工況的施工控制指令，在現(xiàn)場施工形成良性循環(huán)。

1.3 施工控制的工作內(nèi)容

1.3.1 施工過程中整體結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算；

1.3.2 施工過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的測試；

1.3.3 施工過程中下階段施工預(yù)告；

1.3.4 施工過程中施工誤差分析及成橋內(nèi)力狀態(tài)分析；

1.3.5 參加施工過程中重大技術(shù)會(huì)議；

1.3.6 撰寫施工監(jiān)控報(bào)告

1.4 施工控制計(jì)算

施工控制計(jì)算是施工監(jiān)控的一個(gè)重要部分，是施工監(jiān)控的前提。由于整個(gè)計(jì)算過程工作量較大，所以詳細(xì)計(jì)算結(jié)果及分析將在施工監(jiān)控實(shí)施方案中討論，本大綱僅簡單說明計(jì)算方法。

⑴恒載計(jì)算參數(shù)取值及修正。施工監(jiān)控是個(gè)循環(huán)過程，必須根據(jù)測量、分析結(jié)果反復(fù)計(jì)算，這就牽涉到計(jì)算參數(shù)的不斷修正，使計(jì)算模型更接近實(shí)際結(jié)構(gòu)。在計(jì)算初期，我們一般采用設(shè)計(jì)參數(shù)或經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。

⑵支架變形計(jì)算參數(shù)取值及修正。支架變形主要包括支架的彈性變形和非彈性變形，其中非彈性變形相對(duì)難以控制，主要原因是支架安裝誤差和連接處變形所產(chǎn)生的。從結(jié)構(gòu)安全和施工監(jiān)控的角度考慮，支架使用前必須進(jìn)行加載試驗(yàn)，在支架上作用相當(dāng)于混凝土重量的荷載，以檢驗(yàn)支架的受力性能和變形性能，同時(shí)也消除了一部分的支架非彈性變形。

1.5 施工控制誤差分析

誤差分析是施工監(jiān)控的難點(diǎn)，也是施工監(jiān)控三大系統(tǒng)中相對(duì)最不成熟的部分，主要原因是測試數(shù)據(jù)較少而影響因素較多的矛盾引起的。例如，引起主梁標(biāo)高較低的因素較多，諸如混凝土超方、支架變形較大、預(yù)應(yīng)力張拉力不夠、臨時(shí)荷載引起、日照影響等等，在諸多的因素中，僅僅通過標(biāo)高測量或者應(yīng)變測量是很難判斷出原因的。所以，為了得到更準(zhǔn)確的分析，必須增加測點(diǎn)，增加測試工況，增加測試內(nèi)容，這無形中就增加了監(jiān)控的成本。在目前情況下，如何在保證結(jié)構(gòu)安全、內(nèi)力合理、保證線形和順的前提下節(jié)約成本是我們追求的目標(biāo)。這就要求我們?cè)诒O(jiān)控過程中善于抓主要矛盾，忽略次要矛盾。既要滿足設(shè)計(jì)要求，又要節(jié)約費(fèi)用，我們以往橋梁的監(jiān)控經(jīng)驗(yàn)將是我們進(jìn)行施工監(jiān)控的寶貴財(cái)富。

2 橋梁施工監(jiān)控的要點(diǎn)

橋梁在施工過程中，會(huì)有很多影響因素，這些影響因素對(duì)不同的結(jié)構(gòu)、不同的施工方法，產(chǎn)生的施工誤差也不同。實(shí)際施工中必須抓住主要矛盾，只有解決了主要矛盾，才能做到經(jīng)濟(jì)有效。因此，監(jiān)控計(jì)算與監(jiān)測手段也是要針對(duì)不同情況而分別對(duì)待，將有限的資源投入到對(duì)主要誤差的控制中。

2.1 主拱制作、架設(shè)與澆筑鋼管混凝土監(jiān)控

主拱鋼管在制作時(shí)，需考慮預(yù)拱度。

對(duì)于柔拱剛梁結(jié)構(gòu)，拱肋架設(shè)難度并不大，因?yàn)榱阂呀?jīng)完成，在橋面上搭設(shè)支架即可。這一階段主要控制拱軸線的成形，拱肋坐標(biāo)可以通過千斤頂調(diào)整，全站儀觀測獲得。拱軸線坐標(biāo)獲得后，應(yīng)將數(shù)據(jù)迅速反饋給設(shè)計(jì)單位，判斷是否對(duì)吊桿的長度進(jìn)行調(diào)整。

鋼管混凝土澆筑須兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，須進(jìn)行密實(shí)度測量。

主要控制：設(shè)置主拱預(yù)拱度、主拱合龍定位觀測、主拱應(yīng)力。

2.2 吊桿張拉

對(duì)于柔拱剛梁結(jié)構(gòu)，吊桿張拉非常關(guān)鍵。因?yàn)槿峁皠偭杭拥鯒U形成的內(nèi)部多次超靜定結(jié)構(gòu)，主梁的受力是否合理將很大程度上取決于吊桿力的大小。但是，與柔梁結(jié)構(gòu)相比，剛梁結(jié)構(gòu)的吊桿力往往不容易控制。這是因?yàn)榈鯒U在張拉過程中，會(huì)產(chǎn)生吊桿力的耦合，即張拉某根吊桿，其余吊桿力會(huì)迅速降低，并且其降低程度是計(jì)算所很難把握的。因此，對(duì)吊桿力的監(jiān)測將是關(guān)鍵。

一般設(shè)計(jì)文件要求吊桿張拉分5次進(jìn)行，不過最終應(yīng)由監(jiān)控單位根據(jù)測試結(jié)果確定張拉次數(shù)，這其中既取決于張拉千斤頂?shù)臄?shù)量，也取決于每次張拉吊桿力的數(shù)值。監(jiān)控單位建議，為了更好地保證吊桿力的準(zhǔn)確性，最終一次吊桿力調(diào)整須放在橋面鋪裝后進(jìn)行。

主要控制：吊桿張拉監(jiān)測、主拱應(yīng)力、主梁標(biāo)高變化。

次要控制：主梁應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力張拉。

3 施工監(jiān)測的方法

施工監(jiān)測是施工監(jiān)控中一部分，，所進(jìn)行的測試內(nèi)容也是圍繞施工控制進(jìn)行的。為了保證整個(gè)施工控制的順利進(jìn)行，需要進(jìn)行如下測試內(nèi)容：

3.1 主拱軸線測試

3.1.1測 點(diǎn)布置：主拱在四分點(diǎn)、跨中、四分之三斷面上布置6個(gè)測點(diǎn)。

3.1.2 測試方法：采用全站儀，測量精度5″/2+3ppm。

3.1.3 測試周期：測試工況為全橋合龍時(shí)、張拉吊桿過程及鋪裝完成后。

3.2 主拱斷面應(yīng)變測試

3.2.1 測點(diǎn)布置：主拱在拱腳、四分點(diǎn)、跨中等五個(gè)斷面布置測點(diǎn)，每個(gè)斷面布置4個(gè)測點(diǎn)，共20個(gè)測點(diǎn)。

3.2.2 測試方法：考慮到數(shù)據(jù)的長期穩(wěn)定性，采用弦式應(yīng)變計(jì)及其讀數(shù)儀。數(shù)據(jù)采集可考慮人工讀數(shù)，也可考慮自動(dòng)讀數(shù)，視現(xiàn)場具體情況而定。讀數(shù)精度0.1MPa。

3.2.3 測試周期：如果是自動(dòng)讀數(shù)，可以達(dá)到每分鐘一次，人工讀數(shù)只能每工況讀一次。

3.3 吊桿力測試

3.3.1 測點(diǎn)布置：每個(gè)吊桿均為一個(gè)測點(diǎn)，共24個(gè)測點(diǎn)。

3.3.2 測試方法：吊桿力測試采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法，即將加速度傳感器綁軋?jiān)诘鯒U上，通過振動(dòng)頻率判斷吊桿力。

由于振動(dòng)法對(duì)于拱橋吊桿這種長度較短的索結(jié)構(gòu)，誤差相對(duì)較大，本單位一方面采用有限元?jiǎng)偠刃拚?，另一方面采用現(xiàn)場與千斤頂共同標(biāo)定法可以解決測試誤差，在其他橋梁測試證實(shí)，測試精度可達(dá)95%以上。

3.4 溫度測試

溫度測試采用兩種方法，其一是測試主梁結(jié)構(gòu)溫度，在混凝土內(nèi)埋設(shè)溫度測點(diǎn)，位置同應(yīng)變計(jì)測點(diǎn)；其二測試氣溫，在橋面和箱拱內(nèi)放置溫度計(jì)。測量精度控制在0.5℃以內(nèi)。