薛松

（1.長沙理工大學土木與建筑工程學院，湖南長沙 410004；2.湖南路橋建設(shè)集團有限責任公司，湖南長沙 410004）

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某跨海大橋施工監(jiān)測及成果分析

薛松1，2

（1.長沙理工大學土木與建筑工程學院，湖南長沙 410004；2.湖南路橋建設(shè)集團有限責任公司，湖南長沙 410004）

摘要：施工監(jiān)控是通過對施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析來判定橋梁各部結(jié)構(gòu)是否正常。在某跨海大橋施工中，通過對吊桿張拉過程中進行索力、應力和線形監(jiān)測，并對數(shù)據(jù)進行分析，得到橋梁安全可控的結(jié)論，并為落架吊桿力的計算提供了參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁；實時監(jiān)控；施工控制；監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)體系會隨施工階段的變化而變化，結(jié)構(gòu)的實際參數(shù)與設(shè)計值會有偏差，加上現(xiàn)場施工荷載及環(huán)境變化的不確定性，將使結(jié)構(gòu)的應力狀態(tài)和線形偏離設(shè)計狀態(tài)。這種偏離會對合龍過程造成很大影響，強行合龍對橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況不利，嚴重時還會危及結(jié)構(gòu)安全?，F(xiàn)有建設(shè)工程中，因建成后主梁線形與設(shè)計線形差異而導致的橋梁安全性、美觀性和行車舒適性不足的例子并不鮮見。因此，精確確定拱肋拼裝位置、通過各施工階段吊桿索力的監(jiān)測和調(diào)整獲取預先設(shè)計的主拱肋、主梁應力狀態(tài)和線形，是施工控制中的關(guān)鍵一環(huán)。這就要求對每個施工階段進行詳細的變形計算和受力分析，并對重要結(jié)構(gòu)參數(shù)進行監(jiān)測，獲取反映橋梁實際情況的數(shù)據(jù)和信息，并根據(jù)實際情況適時調(diào)整相應階段的施工狀態(tài)，使施工過程全程受控。

1　工程背景

某跨海大橋跨徑布置為（130+130）m，橋梁總寬17.5 m。主橋采用V形墩+拱索組合結(jié)構(gòu)，其中拱索組合結(jié)構(gòu)段長80 m，吊桿間距10 m，V形墩段長100 m，跨徑組合為（30+40+30）m。主梁采用等截面預應力砼梁，單箱三室斷面，斜腹板設(shè)計，梁高2.0 m。主墩處拱腳截面為3×3 m砼矩形截面，與拱座剛性連接。拱肋為全鋼結(jié)構(gòu)，采用2×2 m矩形鋼結(jié)構(gòu)箱形截面，鋼板壁厚均為30 mm。主拱通過PBL剪力鍵傳力于主墩拱腳砼。

2　施工監(jiān)控方案

通過對施工過程中吊桿索力、應力及位移（線形）進行現(xiàn)場實時跟蹤測量，為施工監(jiān)控提供實測數(shù)據(jù)，保證主梁施工過程結(jié)構(gòu)的安全并為監(jiān)控計算提供實測結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.1索力監(jiān)控

吊桿索力是重要設(shè)計參數(shù)，施工階段吊桿的索力狀況及索力誤差分布是評估、判斷施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀況、安全狀況及施工質(zhì)量的重要依據(jù)。索力大小將直接影響拱肋及主梁的線形、拱肋及主梁的內(nèi)力分布。因此，在施工過程中準確測量索力值并把它調(diào)整到設(shè)計要求的范圍內(nèi)，是保證橋梁安全施工的關(guān)鍵。

選擇16個代表性吊桿，采用穿心式壓力傳感器和弦振式索力儀聯(lián)合測試其索力，并互相校核，其余吊桿拉索采用弦振式索力儀測試。在吊桿索張拉調(diào)整后進行索力測試，測量范圍為已施工的全部結(jié)構(gòu)。

2.2應力監(jiān)控

由于設(shè)計計算時采用的各項物理力學或時間參數(shù)和實際工程中的對應參數(shù)不盡相同，結(jié)構(gòu)的實際應力未必能達到設(shè)計計算預期的結(jié)果。因此，有必要在施工階段對結(jié)構(gòu)控制截面進行施工應力測試，把應力監(jiān)測結(jié)果與施工監(jiān)測中其他項目（索力、線形等）監(jiān)測結(jié)果相結(jié)合，更全面地判斷全橋內(nèi)力狀態(tài)。

拱肋應力測試斷面及測點選擇依據(jù)為能監(jiān)控懸臂施工階段最大計算應力斷面的應力水平，充分反映鋼箱拱中縱向應力的分布規(guī)律，區(qū)分重點控制斷面及普通參考控制斷面，避開鋼箱拱節(jié)段拼裝時焊接收縮影響，兼顧橋梁動、靜載試驗對斷面及測點布置的要求，能充分且必要地形成拱肋應力監(jiān)測預警系統(tǒng)。主梁應力測試斷面及測點選擇主梁最大計算應力斷面或特征斷面。根據(jù)該原則，預計布設(shè)測試斷面為主梁9個、拱肋14個、V形墩2個（如圖1所示），測點布置如圖2、圖3所示。

圖1　主梁應力測試斷面（單位：水位為m；其他為mm）

圖2　拱肋、V形墩應力測點布置示意圖

圖3　主梁應力測點布置示意圖

應力測試為每個拱肋節(jié)段進行2次，在拱肋節(jié)段拼裝、索力調(diào)整階段進行；測量范圍均為已施工的全部結(jié)構(gòu)。

2.3線形監(jiān)控

橋梁的現(xiàn)場幾何測量包括拱肋空間坐標、主梁高程、線形及基礎(chǔ)沉降監(jiān)測等。其中幾何測量在鋼箱拱拼裝階段主要包括鋼箱拱節(jié)段位置、節(jié)段軸線等，在張拉主梁預應力、張拉吊桿索力階段主要包含對主梁高程的監(jiān)測。

拱肋若偏離設(shè)計值會引起內(nèi)力變化，也會造成施工隱患，后期處理難度及造價也較高。因此，在鋼管拼裝、澆注砼、脫架等重要工程節(jié)點階段需對拱軸線偏移量進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對橋梁的施工狀態(tài)作出評價。主要監(jiān)控拱肋的橫向位移及拱肋在L/8、L/4、L/2、L 3/4等特征點的標高。

拱肋共分為1#～16#節(jié)段，在節(jié)段前端各設(shè)置2個測量標志，采用全站儀測量，共32個測點（坐標測點布置如4所示）。

圖4　拱肋坐標測點布置示意圖

2.4監(jiān)控時機及頻率

幾何測量采用全橋通測，鋼拱肋節(jié)段的幾何測量在拱肋拼裝、索力調(diào)整階段進行；主梁的高程測量在預應力張拉階段、索力調(diào)整階段進行。此外，每月進行一次高程和水準點閉合測量。在節(jié)段安裝匹配階段（特別是鋼箱拱合龍前），進行多次密集測量以確保數(shù)據(jù)準確。拱肋合龍前進行48 h合龍口高程、軸線的連續(xù)測量，并在夜間安排2次幾何線形通測。連續(xù)觀測間隔，夜間為0.5～1 h，白天為1～2 h?？刂剖┕るA段的線形測量安排在相應施工階段結(jié)束且在日落3～4 h（夏季、秋季為日落后4～5 h）后至次日清晨日出前進行。

3　監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

3.1索力監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

根據(jù)施工工序和該橋特點，索力監(jiān)測步驟為5#吊桿索力張拉→4#吊桿索力張拉→6#吊桿索力張拉→3#吊桿索力張拉→已張拉吊桿索力調(diào)整→7#吊桿索力張拉→2#吊桿索力張拉→8#吊桿索力張拉→1#吊桿索力張拉。完成1#吊桿索力張拉后對數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如表1所示。

表1　1#吊桿張拉后索力測試結(jié)果

落架前吊桿索力調(diào)整值以設(shè)計圖紙中要求達到的落架吊桿力和成橋吊桿力作為目標值進行控制，落架后吊桿力目標值如表2所示。結(jié)合設(shè)計參數(shù)誤差、施工誤差、施工現(xiàn)場實際施工條件及梁底支架脫空現(xiàn)狀等情況，通過MIDAS2011計算分析，索力調(diào)整達到表3所示控制值后落架。

由表1～3可看出：全橋吊桿初張拉完成后，除小里程4#吊桿（差值-14%）、小里程7#吊桿（差值-15%）、大里程7#吊桿（差值-15%）偏差較大外，其他吊桿實測索力與理論計算值基本吻合；全橋在落架前處于安全可控狀態(tài)。

3.2應力監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

吊桿索力張拉監(jiān)測過程中，以吊桿力監(jiān)測為主、應力監(jiān)測為輔。由于拱肋拼裝完成后鋼箱拱檢修孔封閉、鋼箱拱表面涂裝等原因，原布設(shè)完成的部分應力監(jiān)測點無法采集數(shù)據(jù)，僅選取1#吊桿張拉完成后的應力數(shù)據(jù)（如表4所示）進行分析。

由表4可知：除11#斷面（大里程側(cè)梁上拱座位置，鋼混結(jié)合處）4個測點計算值與實測值有一定偏差外，其余各測點數(shù)值偏差均較小，各關(guān)鍵截面應力測試結(jié)果顯示應力儲備足夠。

表2　落架吊桿力目標值　k N

表3　落架前吊桿力控制值　k N

表4　1#吊桿張拉后應力測試結(jié)果

3.3線形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在吊桿張拉完成后，對拱肋軸線及拱肋高程進行測量，結(jié)果如表5～6所示。

從表6可知：全橋吊桿初張拉完成后，6#～8#吊桿累計豎向位移大于其他吊桿，最大拱肋豎向位移累計值為67 mm（8#吊桿），其他各吊桿位移變化值與計算值基本吻合，橋梁狀況良好。

4　結(jié)語

為保證橋梁的施工安全，開展施工監(jiān)測，在穩(wěn)定性條件滿足要求的情況下進行吊桿索力、應力及線形監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果顯示，除少數(shù)位置現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與監(jiān)測前計算數(shù)據(jù)有一定偏差（15%左右）外，其余位置所測數(shù)據(jù)偏差均較小，說明施工監(jiān)測方案科學可行、橋梁在施工過程中安全可控。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工方案，可為后期順利合龍?zhí)峁┍Ｕ稀?/p>

表5　拱肋軸線測量結(jié)果

表6　拱肋高程測量結(jié)果

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中圖分類號：U448.21

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0176-05

收稿日期：2015-10-20