謝軍 王龍林 于孟生

摘要：文章以某矮塔斜拉橋為項目依托，從控制點復(fù)核、主梁線形測量、應(yīng)力測量、橋塔偏位測量、24 h監(jiān)測等方面，探討矮塔斜拉橋施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)要點，為類似橋梁工程施工監(jiān)控提供參考。

關(guān)鍵詞：施工監(jiān)控;斜拉橋;線形測量;應(yīng)力測量;橋塔偏位

With an extradosed cablestayed bridge as the project support，this article discusses the key technical points of extradosed cablestayed bridge construction monitoring from the aspects such as control point review，main beam linear measurement，stress measurement，bridge tower deviation measurement and 24hour monitoring，thus providing the reference for similar bridge construction monitoring.

Construction monitoring;Cablestayed bridge;Linear measurement;Stress measurement;Tower displacement

0 引言

矮塔斜拉橋是由斜拉索、箱梁和橋塔組成的一種結(jié)構(gòu)體系。由于其延續(xù)著連續(xù)剛構(gòu)橋梁的受力特點且配合斜拉索作用，使得結(jié)構(gòu)整體具有較好的剛度，同時使剛構(gòu)橋跨中下?lián)蠁栴}得以一定的改觀，近年來備受市政橋梁的偏愛。多數(shù)學(xué)者在矮塔斜拉橋研究中側(cè)重于如何調(diào)整索力，如何控制高程和應(yīng)力，而忽略了溫度、實測索力的差異對結(jié)構(gòu)的聯(lián)合作用的影響[1-2]，分析側(cè)重理論。本文結(jié)合多年施工監(jiān)控的經(jīng)驗，以矮塔斜拉橋為項目依托，針對施工過程中監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)要點進行闡述，從控制點復(fù)核、主梁線形測量、應(yīng)力測量、橋塔偏位測量、24 h監(jiān)測等多方面、全方位地進行綜述，可為以后的橋梁監(jiān)控提供參考性建議。

1 橋梁概況

該橋為（90+165+165+90）m單索面三塔預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋。主跨布置按雙孔單向通航設(shè)計，橋?qū)?0.5 m，梁高3.2～6.2 m，主塔為弧線形花瓶式塔，塔高22.0 m。全橋共計144根斜拉索，斜拉索梁上間距4 m，塔上理論索間距0.8 m。

主墩采用雙肢薄壁墩，圓端形承臺，樁基礎(chǔ)為2.2 m鉆孔灌注樁。主橋采用掛籃懸臂對稱澆筑的方法施工[3]，主橋基礎(chǔ)利用鋼管樁平臺施工基樁，利用鋼套箱封底。主梁為整幅單箱三室直腹板箱梁，箱梁頂板寬度為30.5 m，底板寬度為21.5 m，兩側(cè)各挑臂長度為4.5 m。橋面設(shè)置1.5%的雙向橫坡，梁底水平。箱梁根部梁高6.2 m，跨中及邊跨現(xiàn)澆梁段梁高3.2 m，其間梁底下緣以1.8次拋物線變化。

2 施工監(jiān)控要點

施工監(jiān)控是針對每段實際施工工序及施工監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)，對橋梁進行實時平差、分析和驗算，并根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整施工監(jiān)控指令，以確保結(jié)構(gòu)逐段施工符合設(shè)計要求。施工監(jiān)控控制流程可以按照圖1執(zhí)行。

2.1 控制點復(fù)核

施工監(jiān)控進場時采用高精度全站儀復(fù)核河岸上基準控制點和主橋橋墩頂面基準點高程。主橋主梁施工到一定節(jié)段采用水準儀復(fù)核橋墩頂面基準點高程，以確保橋面標高基準點的統(tǒng)一。

2.2 主梁線形測量

主梁線形測量主要是針對主梁各節(jié)段控制點的標高進行觀測，并以階段性對主梁軸線偏位觀測為輔助。主梁線形測量監(jiān)測斷面布設(shè)與箱梁縱向梁段劃分一致，每4 m（距墩中心第一個測點為5.5 m）設(shè)置一個。由于橋面較寬，標高觀測在每段主梁頂板橫斷面上采用3點控制，如圖2所示。測點采用16 mm的豎直鋼筋制作，鋼筋頂、底部分別與主梁頂板頂層和底層鋼筋焊接，以確保測點鋼筋穩(wěn)固牢靠，鋼筋頂端磨圓露出混凝土表面1.5 cm左右，用油漆標記，并對測點進行統(tǒng)一編號，如圖3所示。若按圖中尺寸制作的鋼筋與箱梁預(yù)應(yīng)力波紋管或施工機具沖突，可橫向適當挪動鋼筋頭位置（一般≤10 cm）。

2.3 應(yīng)力監(jiān)測

索塔主要承受斜拉索的豎向分力和橋塔兩邊拉索水平分力引起的彎矩，同時在施工過程中的施工荷載將使橋塔產(chǎn)生較大的變形與應(yīng)力[4]。全橋共3個索塔，單個索塔根部截面布設(shè)4個觀測點。主梁在施工過程中將承受軸向壓力和變化彎矩的共同作用，因此在關(guān)鍵控制截面設(shè)置應(yīng)力傳感器進行應(yīng)力觀測。觀測時間在各施工階段前后進行，對于重要施工階段應(yīng)進行實時監(jiān)測。全橋主梁共布置10個應(yīng)力監(jiān)測截面，共164個觀測點。這些斷面主要監(jiān)測主梁混凝土頂?shù)装逶谑┕み^程、體系轉(zhuǎn)換過程、斜拉索張拉或索力調(diào)整過程、橋面鋪裝施工過程中的應(yīng)力變化情況。應(yīng)力監(jiān)測一方面是監(jiān)測各斷面在整個施工過程中的應(yīng)力狀態(tài)是否正常，保證受力狀態(tài)處在安全可控的范圍之內(nèi);另一方面是將監(jiān)測值與理論計算值進行對比以便于對施工過程中的各個參數(shù)進行識別和調(diào)整。主橋應(yīng)力監(jiān)測斷面見下頁圖4。

2.4 索力測試

斜拉索的張拉力直接影響主梁的內(nèi)力和線形，斜拉橋索力是反映全橋內(nèi)力狀態(tài)的重要指標，施工階段和成橋階段的索力測試是斜拉橋施工監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作之一。索力的測試通常將索力的通測和張拉索索力的單根測量相結(jié)合。在斜拉索張拉后對其進行索力測量能及時發(fā)現(xiàn)并糾正因施工工藝和技術(shù)產(chǎn)生的索力誤差，以評價索力和主梁內(nèi)力狀態(tài)，研究誤差消除的對策。本橋?qū)π崩鞑捎谜駝宇l率量測法，索力測試采用DH5906無線索力測試儀進行。

2.5 橋塔偏位測量

塔頂偏位是結(jié)構(gòu)變形的一個重要指標。為保證塔區(qū)主梁混凝土澆筑之后以及斜拉索張拉后橋塔結(jié)構(gòu)安全，需要在索塔頂部預(yù)埋棱鏡或貼反光片作為測點，以監(jiān)測塔柱的偏位和標高[4]。本橋在索塔施工階段根據(jù)現(xiàn)場情況布置偏位測點進行測量，索塔偏位測點布置示意如圖5所示。

2.6 24 h主梁溫度、應(yīng)力及線形監(jiān)測

溫度影響是施工控制中較難掌握的因素，所以，在結(jié)構(gòu)計算中一般不把溫度影響作為單獨工況，而是將溫度影響單獨列出，作為修正[5]。溫度影響包括日照溫差和年溫差兩部分，是斜拉橋施工控制中非常重要的因素。本橋在晴天和陰天分別對主梁8#節(jié)段、16#節(jié)段和20#節(jié)段（合龍前）進行24 h監(jiān)測，8#節(jié)段24 h監(jiān)測部分數(shù)據(jù)見圖6～8。

2.7 其它監(jiān)控內(nèi)容

預(yù)應(yīng)力磨阻損失試驗、主梁立模高復(fù)核測量、掛籃變形測量、主梁和橋塔截面尺寸測量等。

3 有限元計算

橋梁結(jié)構(gòu)分析計算采用Midas/Civil軟件進行計算。

3.1 模型建立

（1）材料：主墩采用C40混凝土，承臺采用C30混凝土。

主梁及索塔采用C55混凝土，彈性模量Ec=3.55×104 MPa，γ容重=26 kN/m3。

（2）橋面系：防撞護欄容重取值γ=25 kN/m3，瀝青混凝土容重取為24 kN/m3，C50混凝土容重取為24 kN/m3。人行道板重取為每延米4.0 kN/m2，人群荷載取為3.0 kN/m2。

（3）混凝土收縮徐變按規(guī)范進行計算。

（4）汽車荷載按照公路Ⅰ級6車道進行加載，程序自動按影響線進行最不利加載得到結(jié)構(gòu)最不利效應(yīng)。主橋雙向六車道，折減系數(shù)0.55，人群荷載3 kN/m2。

（5）收縮徐變按10年達到收縮徐變終值考慮。

（6）溫度作用：箱梁合龍溫度取20 ℃，系統(tǒng)升溫、系統(tǒng)降溫各按20 ℃計。

（7）溫度梯度：按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）第4.3.10條取用。豎向梯度溫度效應(yīng)以10 cm瀝青混凝土為基準，橋面板頂層升溫T1為14 ℃，底升溫T2為5.5 ℃，A=300 mm。豎向日照反溫差為正溫差乘以-0.5系數(shù)，頂板降溫T1為-7 ℃。

（8）墩臺不均勻沉降：相鄰墩臺間不均勻沉降，主墩下降5 mm?？紤]以下假設(shè)：

① 截面變形符合平截面假設(shè);

②混凝土、鋼筋為理想彈性材料，混凝土、鋼筋的彈性模量為常數(shù)。

采用有限元程序Midas/Civil進行計算，全橋主橋共建立594個節(jié)點，5個單元。計算模型如圖9所示。

3.2 計算項目

3.2.1 施工階段有限元分析

施工階段有限元分析包括成橋箱梁應(yīng)力狀態(tài)、施工階段箱梁應(yīng)力、施工階段斜拉索索力、施工階段索塔應(yīng)力、箱梁預(yù)拱度計算、箱梁撓度計算結(jié)果等[6-7]。

3.2.2 成橋階段結(jié)構(gòu)承載力驗算

按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）第4.1.6條和第4.1.7條分別進行承載能力極限狀態(tài)驗算和正常使用極限狀態(tài)驗算，并分別采用以下作用效應(yīng)組合：

（1）承載能力極限狀態(tài)強度驗算：正截面抗彎強度驗算;斜截面抗剪強度驗算;斜拉索索力驗算。

（2）正常使用極限狀態(tài)驗算：正截面抗裂驗算;斜截面抗裂驗算;撓度驗算。

（3）持久狀況和短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力計算：正截面法向壓應(yīng)力驗算;斜截面主壓應(yīng)力驗算。

斜拉橋在橋面鋪裝后需要二次調(diào)索到目標索力，通過有限元計算采用影響矩陣法可以快速、準確地調(diào)整到設(shè)計值。

通過及時反饋數(shù)據(jù)修正模型，最終能夠很好地反映橋梁的真實應(yīng)力和線形狀態(tài)[8-10]。

4 監(jiān)控結(jié)果

（1）通過對主梁每節(jié)段立模標高進行調(diào)整，主梁每節(jié)段線形順暢，主橋合龍段標高滿足規(guī)范要求±20 mm以內(nèi)[6]。

（2）通過及時采集主梁和橋塔截面應(yīng)力并對其進行分析可知，在主梁混凝土澆筑和張拉及斜拉索張拉施工過程中未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異常增加或減小的情況，施工過程控制截面受力合理。

（3）斜拉索索力偏差大部分滿足設(shè)計要求，在±2%以內(nèi)，斜拉索索力最大偏差不超±5%。索力誤差偏大部分是因施工單位張拉工藝和技術(shù)限制所致。

5 結(jié)語

本文以實體工程中某矮塔斜拉橋為項目依托，針對施工過程中的監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)要點進行闡述。通過主梁線形測量、應(yīng)力測量、橋塔偏位測量、24 h監(jiān)測等數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)校核分析，以有限元計算分析的應(yīng)用來闡述矮塔斜拉橋監(jiān)控要點，為以后類似橋梁監(jiān)控積累了豐富的成功經(jīng)驗，具有重要的意義。

通過對本橋線形的監(jiān)測可知，懸臂合龍的中線位置誤差5 mm，≤10 mm;懸臂合龍的高程差10 mm，在±20 mm之內(nèi)，橋面線形平順，滿足施工規(guī)范和設(shè)計要求。應(yīng)力監(jiān)測過程中未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力異常狀況，應(yīng)力儲備良好，滿足施工和設(shè)計要求。監(jiān)控過程中斜拉索初張拉力滿足設(shè)計和施工要求，索力無異常狀況，最終成橋索力滿足施工規(guī)范要求。

監(jiān)控過程總結(jié)如下：

（1）主梁各施工工況的線形測量、應(yīng)力測量必須保證在早上太陽出來之前即6[JX-+0.7mm]：[JX+0.7mm]00左右時間段進行，此時間段溫度較低且溫度變化小，可盡可能減小溫度對監(jiān)控數(shù)據(jù)的影響。

（2）施工工況持續(xù)時間太久易造成較大應(yīng)力測量偏差，因此對應(yīng)力的測量盡量采用應(yīng)力增量法進行控制。數(shù)據(jù)顯示采用此方法可使得實測應(yīng)力更接近理論值，對施工的指導(dǎo)意義重大。

（3）嚴格控制每個階段的標高并和理論計算值對比，如發(fā)現(xiàn)某階段澆筑或張拉撓度異常，可及時總結(jié)找到原因指導(dǎo)施工。事實證明，主梁每個施工階段工況下標高偏差都能在合理范圍內(nèi)，每節(jié)段立模標高值調(diào)整很小，對主梁的受力和順利合龍有很重要的影響。

（4）本項目索力測試采用頻率法，計算長度和實測索頻率對數(shù)據(jù)有一定影響，因此需要多次測量和去除現(xiàn)場不同因素的干擾，使測試值更加精確，能夠反映索力的真實狀態(tài)。當張拉索力超出規(guī)范允許偏差時，應(yīng)及時調(diào)整。

（5）監(jiān)控過程中需要建立模型理論分析，并且通過監(jiān)測的已知數(shù)據(jù)進行實時分析、修正模型，從而達到實時跟蹤、預(yù)警的效果，很好地指導(dǎo)施工。此外監(jiān)測數(shù)據(jù)可以為以后橋梁健康監(jiān)測提供寶貴的原始資料信息，為大橋全壽命運營的管理提供有力的支持。

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