蘇濤

(天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

上承式空間曲面連拱橋施工監(jiān)控方法

蘇濤

(天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

拱橋具有特殊的線條美感，拱橋在城市橋梁中占有很大的比重，跨域能力及外觀效果均能滿足城市景觀的需要。上承式拱橋的特點(diǎn)是拱肋決定拱上建筑，從結(jié)構(gòu)受力安全和結(jié)構(gòu)線形兩方面均需要過程控制，施工監(jiān)控是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容，通過施工前模擬，將橋梁施工過程中的各種荷載、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、后期橫載充分考慮進(jìn)行分析計(jì)算，提供相應(yīng)的施工數(shù)據(jù)，施工過程中通過對坐標(biāo)、高程、應(yīng)力、應(yīng)變的測量進(jìn)行監(jiān)控，保證施工過程安全并最終滿足設(shè)計(jì)要求。

拱橋；空間曲面；結(jié)構(gòu)定位；施工監(jiān)控

1　概述

1.1上承式拱橋簡介

上承式拱橋具有悠久的歷史，隨著人們越來越重視橋梁的建筑美學(xué),構(gòu)件截面復(fù)雜性的增大與拱肋的形式多樣,使上承式拱橋的施工監(jiān)控在保證橋梁施工的安全順利建成中起著重要的作用。上承式拱橋施工控制的目的就是確保橋梁施工中的快捷、安全并盡量使成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形與設(shè)計(jì)預(yù)期相符合。因此上承式拱橋的施工監(jiān)控是確保施工安全與成橋質(zhì)量至關(guān)重要的一環(huán)。本文以北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁工程為背景,研究該橋施工控制內(nèi)容與方法，由于該橋結(jié)構(gòu)新穎，雙曲面拱肋，多根拱肋結(jié)合橫向聯(lián)系，拱上建筑線形多變，使整個橋梁對于監(jiān)控的研究有著特殊的意義。

1.2北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁工程簡介

北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁位于通州運(yùn)河核心區(qū)規(guī)劃北關(guān)大道跨北運(yùn)河處，橋梁方案為“千荷瀉露”的梁拱組合橋；橋梁全長360m，橋梁總面積17266m2。其中跨越主河槽的主橋橋長約210m，為30m+40m+70m+40m+30m的上承式鋼結(jié)構(gòu)連拱橋；引橋橋長約150m，為兩聯(lián)3×25m預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。橋梁橫斷面形式復(fù)雜，主橋橋梁寬42.6～68m。人行道寬度及流水平臺沿著橋梁縱向不斷變化，1#和4#墩處橋梁全寬為53.4m，2#和 3#墩處橋梁寬度達(dá)全橋最寬，為68m。在步道及流水平臺變寬的過程中，各層步道高程逐漸分開，形成三層不同高度的步道，橋梁結(jié)構(gòu)三維圖如圖1所示。

2　施工監(jiān)控的目標(biāo)

對該橋施工期間的線形、拱肋高程及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有效的控制和調(diào)整，保證實(shí)際結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形始終處于可控、安全及合理的范圍內(nèi)，并且由這些施工狀態(tài)逐步演化到成橋后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形均符合設(shè)計(jì)要求并且與理論期望值的誤差最小。根據(jù)該橋的具體情況，本橋施工監(jiān)控的目標(biāo)有如下三個方面：

2.1標(biāo)高控制

通過理論計(jì)算確定拱肋安裝標(biāo)高，根據(jù)溫度及拱肋安裝順序給出施工標(biāo)高，同時現(xiàn)場安裝過程中控制各部位安裝標(biāo)高誤差在允許范圍內(nèi)。

2.2空間坐標(biāo)控制

在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，考慮綜合工況下的橋梁各部位的安裝位置及幾何形狀，提供預(yù)偏值作為施工控制坐標(biāo)校核，通過現(xiàn)場安裝反饋數(shù)據(jù)，對比理論計(jì)算再進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)。

2.3結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

在施工過程中，隨時監(jiān)測結(jié)構(gòu)各主要受力部位的應(yīng)力，確保應(yīng)力在容許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)在施工期間的安全性。實(shí)測應(yīng)力同時可以修正施工監(jiān)控理論計(jì)算的參數(shù)取值，校核理論分析的準(zhǔn)確性。

3　施工監(jiān)控程序

采用MIDASCIVIL計(jì)算程序，按各項(xiàng)參數(shù)的理論值或?qū)崪y值計(jì)算下一階段的施工監(jiān)控參數(shù)，如立模標(biāo)高、各步驟的索力張拉值、各步驟的索塔標(biāo)高等。

按規(guī)定程序檢測各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)變形、主梁應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度、施工荷載等。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并輸入計(jì)算程序做跟蹤分析。

比較理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的差別，分析出現(xiàn)偏差的原因，調(diào)整參數(shù)取值重新計(jì)算，縮小兩者的差別。按調(diào)整后的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算下一步驟的施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

4　監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測對象

4.1施工環(huán)境監(jiān)測

溫度是橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的重要荷載源。根據(jù)橋型、橋位和施工特點(diǎn)，溫度是必須監(jiān)測的內(nèi)容，對其進(jìn)行監(jiān)測有利于施工控制參數(shù)分析及誤差分析，大氣溫度采用溫度計(jì)測量。

4.1.1監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測橋址處環(huán)境溫度。

4.1.2監(jiān)測目的

（1）分析并預(yù)測環(huán)境溫度對變形(如拱肋及主梁位移等)的影響。

（2）預(yù)測在橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的極限環(huán)境溫度荷載。

4.1.3監(jiān)測方法

根據(jù)施工控制的需要，利用溫度計(jì)與紅外線測溫槍非連續(xù)地監(jiān)測大氣溫度（用人工非連續(xù)采集數(shù)據(jù)）。

4.2主梁標(biāo)高及變形監(jiān)測

4.2.1監(jiān)測內(nèi)容

主梁標(biāo)高及變形監(jiān)測是施工監(jiān)控中最重要的反饋指標(biāo)之一。主梁監(jiān)測包括制造過程與安裝施工過程的監(jiān)測，主梁監(jiān)測的主要內(nèi)容包括主梁安裝完成后高程、附屬及橋面系施工完成后的高程、成橋標(biāo)高等。施工過程中的幾何測量工作主要由施工單位實(shí)施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，安排進(jìn)行關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的幾何測量，負(fù)責(zé)提供幾何測量的方案及相關(guān)表格，并對測量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，提出誤差解決方案，此過程需監(jiān)理單位配合施工單位對幾何測量結(jié)果進(jìn)行必要校核。

4.2.2監(jiān)測目的

（1）為及時、直觀地評價主梁施工狀態(tài)提供資料。

（2）為評價橋面線形提供資料。

（3）為施工控制線形的誤差分析提供測試數(shù)據(jù)。

4.2.3監(jiān)測方法

采用高精度水準(zhǔn)測量或三角高程監(jiān)測等人工監(jiān)測的方式對主梁進(jìn)行豎向、橫橋向及順橋向水平變形的監(jiān)測。

4.2.4技術(shù)要求

對全站儀、棱鏡以及水準(zhǔn)儀等的技術(shù)要求由專門的施工測量人員進(jìn)行操作，并由監(jiān)理單位對測量結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

4.2.5施工要求

（1）在橋面系精確匹配時利用水準(zhǔn)儀及全站儀對橋面系的變形進(jìn)行人工測量。

（2）橋面系安裝的其他工況，利用水準(zhǔn)儀及全站儀對橋面系高程進(jìn)行人工測量。

（3）光學(xué)儀器的安裝技術(shù)要求由施工單位提出。

主梁標(biāo)高測點(diǎn)布置如圖2所示。

4.3拱肋變形監(jiān)測

4.3.1監(jiān)測內(nèi)容

拱肋幾何測點(diǎn)的變位，校核拱上荷載對拱肋的影響；施工過程中拱肋的幾何測量工作主要由施工單位實(shí)施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，要求施工單位對重要施工控制階段的幾何變形進(jìn)行復(fù)測檢驗(yàn)。

測量工作應(yīng)在早晨日出前進(jìn)行，以消除日照影響；風(fēng)載作用引起的水平振動應(yīng)在測量時予以消除。在拱肋架設(shè)完成后，在每個吊點(diǎn)位置設(shè)置永久性的變位觀測點(diǎn)，定期觀測主拱變形，以觀測不平衡荷載、日照等因素對主拱變位的影響。橋梁通車后也應(yīng)定期觀測主拱變位。拱肋合攏時間必須在夜間（溫度恒定情況下）進(jìn)行。

4.3.2監(jiān)測目的

（1）為評價拱肋線形及受力情況提供資料。

（2）為分析施工控制的線形誤差提供實(shí)測數(shù)據(jù)。

4.3.3監(jiān)測方法

采用棱鏡或其他光學(xué)測量裝置監(jiān)測拱肋幾何控制測點(diǎn)的三維位移。

拱肋幾何控制點(diǎn)的布置如圖3所示：每個拱肋的拱腳處、拱肋1/4點(diǎn)處、拱頂處設(shè)置幾何控制測點(diǎn)。

圖3　拱肋幾何控制點(diǎn)的布置圖

4.3.4技術(shù)要求

（1）拱肋位移控制測點(diǎn)測試裝置及安裝技術(shù)要求由專門的測量人員完成。

（2）拱肋位移控制測點(diǎn)測試裝置（如反光片）應(yīng)可靠地固定在結(jié)構(gòu)上，施工過程中不得松動，拱肋涂裝過程中應(yīng)注意避讓。

（3）利用全站儀進(jìn)行拱肋三維變形的定期監(jiān)測，對拱肋位移測點(diǎn)進(jìn)行測量。

（4）拱肋位移測試工況：

a.拱肋合攏后。

b.主梁安裝后。

c.橋面系安裝后。

d.橋面鋪裝完成后。

（5）為減小溫度影響，所有測量工作均應(yīng)在日出前完成。

拱肋標(biāo)高測點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4　拱肋標(biāo)高測點(diǎn)順橋向布置圖

4.4結(jié)構(gòu)應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測

4.4.1監(jiān)測內(nèi)容

橋梁各控制截面的應(yīng)變（應(yīng)力）。

4.4.2監(jiān)測目的

應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測的主要目的在于為計(jì)算橋梁在施工過程中的安全性指標(biāo)提供預(yù)警信息。

4.4.3監(jiān)測方法

應(yīng)力測試與主梁、主拱施工同時進(jìn)行，因而要求測試元件必須具備長期穩(wěn)定性好、抗損傷性能好、設(shè)置定位容易及對施工干擾小等性能。在主梁和主拱上選取若干斷面，在每個斷面上布置若干應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變傳感器采用基康儀器有限公司生產(chǎn)的BGK-4000與BGK-4200型弦振式應(yīng)變計(jì)及其配套的應(yīng)變讀數(shù)儀進(jìn)行（圖5～圖7），這套設(shè)備的特點(diǎn)是高精度（<1.0με）、大量程（3000 με）、抗干擾能力強(qiáng)、能在嚴(yán)寒條件下工作、可長期觀測、可同時量測測點(diǎn)的應(yīng)變和溫度。儀器設(shè)備如圖5、圖6、圖7所示。

圖5　BGK-4000振弦式弧焊型應(yīng)變計(jì)

圖6　BGK-4200振弦式埋入型應(yīng)變計(jì)

圖7　BGK-408振弦式讀數(shù)儀

4.4.4測點(diǎn)布置

全橋應(yīng)力測量斷面的位置如圖8所示，測量斷面布置在混凝土拱肋、鋼拱肋、立柱位置，拱肋應(yīng)力測試斷面為斷面1-1與4-4；直立柱與斜立柱應(yīng)力測試斷面為斷面5-5與6-6。斷面1-1～4-4及6-6布置8個應(yīng)變計(jì)，斷面5-5布置12個應(yīng)變計(jì)，用應(yīng)變計(jì)測量其應(yīng)力分布，全橋共用應(yīng)變計(jì)52個。

圖8　拱肋應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)斷面布置圖

應(yīng)變計(jì)在混凝土拱肋橫斷面上的布置如圖9所示。

應(yīng)變計(jì)在立柱橫斷面上的布置如圖10所示。

圖10　立柱應(yīng)力測點(diǎn)橫斷面布置圖(單位：cm)

4.4.5施工要求

（1）測試截面的測試元件導(dǎo)線采用PVC塑料套管保護(hù)，測試元件導(dǎo)線線頭集中引出處應(yīng)設(shè)置保護(hù)裝置，以避免后續(xù)施工過程中對測試元件導(dǎo)線線頭的損壞。

（2）測試元件的安裝、設(shè)置由監(jiān)控單位成員現(xiàn)場指導(dǎo)，并布設(shè)導(dǎo)線；施工各方應(yīng)提供對元件安裝與測試中交通、照明、人員工作安全的協(xié)助。

（3）測試元件的安裝、固定要可靠，施工中要注意對測試元件的保護(hù)，應(yīng)注意避免焊接電弧灼傷測試元件、測試線路，澆筑混凝土?xí)r振搗棒不得靠近測試元件及導(dǎo)線。

（4）嚴(yán)禁非測試人員擅自移動測試元件及線路；嚴(yán)防盜竊測試元件、線路和儀器；嚴(yán)禁在測試元件附近使用高溫或強(qiáng)電磁設(shè)備；嚴(yán)禁在測試元件附近堆放施工材料；嚴(yán)禁敲打、擠壓等方式破壞測試元件。

5　結(jié)　語

施工監(jiān)控工作對拱橋施工的重要性比較突出，通過計(jì)算及施工過程控制，橋梁從施工過程到最終成橋均處于安全受控狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)理念。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋梁來講，設(shè)計(jì)、施工單位是主導(dǎo)，監(jiān)控工作是不可或缺的一部分，它起到承上啟下的作用，施工過程中可以對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行復(fù)核，也能跟施工單位緊密結(jié)合，這對工程順利實(shí)施具有重要意義。

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U445

B

1009-7716（2016）11-0096-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.027

2016-08-08

蘇濤（1982-），男，天津人，工程師，從事市政橋梁施工工作。