胡 涌

(廣西壯族自治區(qū)高速公路發(fā)展中心，廣西 南寧 530021)

0 引言

由于我國拱橋技術(shù)和橋類不斷更新，拱橋被廣泛使用，其具有輕量、完整性好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)[1]。但是，隨著拱橋跨度和結(jié)構(gòu)的不斷進(jìn)步，建筑難度和復(fù)雜度逐漸提高，采用傳統(tǒng)的計(jì)算和測量方法，在各種各樣的工作條件下很難正確把握橋梁的應(yīng)力狀態(tài)。故在橋梁施工過程中，需要引入監(jiān)測手段作為引導(dǎo)和調(diào)整施工順序的輔助控制方法。

1 項(xiàng)目概況

本文以中國—越南北侖河第二高速公路橋?yàn)槔?，介紹箱式拱橋的施工監(jiān)測技術(shù)。該橋是四車道的高速公路橋，主橋采用105 m的主跨度板以及混凝土箱形拱橋[2]，橋?qū)?7.7 m(包括兩側(cè)的人行道)，鋪設(shè)厚度10 cm的瀝青混凝土表層+厚度10 cm的水泥混凝土層。橋的位置處于河流沖積地形，中國一側(cè)的地形平坦開闊，大部分是沖積階地，地形稍高。橋梁區(qū)位屬于南亞熱帶氣候帶，季風(fēng)明顯，濕度高，臺風(fēng)降雨頻繁發(fā)生。

2 施工監(jiān)測技術(shù)

2.1 監(jiān)測目的

為使鋼筋混凝土板橋梁主體結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形保持在安全規(guī)范的范圍內(nèi)，主拱和橋頭橋面的設(shè)置必須符合設(shè)計(jì)要求，在某種特定的內(nèi)力狀態(tài)下，使施工成型結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期相近，故在主橋建設(shè)時(shí)需要進(jìn)行監(jiān)測[3]。

主拱圈結(jié)構(gòu)施工的重要技術(shù)是在容許誤差范圍內(nèi)控制拱軸線狀態(tài)，確保主拱圈所處的應(yīng)力狀態(tài)是最佳的，同時(shí)也能在各種檢測指標(biāo)下滿足初始及最終的設(shè)計(jì)要求。其中，線形控制的關(guān)鍵是檢查支架是否存在變形的情況，若是變形，則主要有兩個(gè)原因：(1)支

架柱的內(nèi)部受力引起桿件內(nèi)部強(qiáng)度變化導(dǎo)致出現(xiàn)彈性變形；(2)基礎(chǔ)沉降和支架臨時(shí)構(gòu)造的螺栓連接松動，導(dǎo)致出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形。

在主拱建設(shè)過程中，通過監(jiān)測支撐應(yīng)力，準(zhǔn)確把握支撐力狀態(tài)，在建設(shè)時(shí)間內(nèi)調(diào)整施工荷載，確保主拱建設(shè)的安全性，即保證應(yīng)力和應(yīng)變在可控范圍內(nèi)。同時(shí)在橋梁的上部結(jié)構(gòu)施工過程中，通過監(jiān)測技術(shù)使主拱內(nèi)力的大小和分布能夠根據(jù)需要在一定時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，以防止應(yīng)力集中。最后，確認(rèn)橋梁施工成型后的線形和內(nèi)力分布與設(shè)計(jì)一致。建設(shè)監(jiān)測是基于建設(shè)過程中監(jiān)測得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)際值，并在建設(shè)階段執(zhí)行模擬計(jì)算，分析和計(jì)算建設(shè)過程中不同建設(shè)模式下得到的分析結(jié)果。從而，根據(jù)此分析結(jié)果預(yù)測并調(diào)整下一個(gè)工程階段的施工內(nèi)容和技術(shù)，最終確保主拱圈的線形高度偏差不超過指定值，并確保結(jié)構(gòu)的內(nèi)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 監(jiān)測原則

監(jiān)測技術(shù)能夠有效控制成橋目標(biāo)，修正各種參數(shù)錯(cuò)誤，在施工過程中逐步修正橋梁的成型結(jié)果，確認(rèn)橋的結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求。橋梁建設(shè)管理和監(jiān)測的原則是主拱的線形控制和主拱的應(yīng)力控制處于同一有效監(jiān)測框架下，如果建設(shè)階段不同，優(yōu)先順序也不同。

2.2.1 受力要求

在主拱圈的建設(shè)過程中，通過監(jiān)測可以正確掌握支撐結(jié)構(gòu)的受力情況，并及時(shí)調(diào)整建設(shè)負(fù)荷以確保主拱圈的安全性。卸載后，主拱圈部分的內(nèi)力(或應(yīng)力)狀態(tài)反映鋼筋混凝土箱形拱橋應(yīng)力狀態(tài)，主拱圈的上端和下端的法向應(yīng)力在通常情況下會起到控制施工的作用。在施工過程中，工程無論是處于完成還是建設(shè)的狀態(tài)，都要確保拱圈各部分的最大應(yīng)力被控制在容許范圍內(nèi)。其中，應(yīng)力監(jiān)測主要包括兩個(gè)部分：支持結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測和拱形應(yīng)力監(jiān)測。

2.2.2 線形要求

線形監(jiān)測主要是監(jiān)測主拱圈的高程線性和平面線形。線形監(jiān)測的目的是通過數(shù)據(jù)處理、預(yù)測分析以及實(shí)時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)盡可能接近目標(biāo)位置的實(shí)際橋梁的定位。其中，線形監(jiān)測中線形標(biāo)高監(jiān)測很重要，調(diào)整主拱圈軸高度和控制點(diǎn)高度的關(guān)鍵是通過數(shù)據(jù)處理、預(yù)測分析、實(shí)時(shí)調(diào)整來控制支持結(jié)構(gòu)的變形，盡可能接近主線的形狀。

2.2.3 調(diào)控手段

這座橋采用了和其他類型橋梁完全不同的拱形框架。該橋主拱圈的線形調(diào)整方法受到限制，基本上取決于拱形線成型前的設(shè)定。因此，在施工監(jiān)測的實(shí)時(shí)計(jì)算中，需要和現(xiàn)有的經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，盡可能正確地決定各種計(jì)算參數(shù)，通過調(diào)查和反饋取得實(shí)際的撓度預(yù)測值和設(shè)置高度。同時(shí)，在建設(shè)主拱圈的各個(gè)階段，必須嚴(yán)格測量拱形的高度，監(jiān)測支撐結(jié)構(gòu)的變形和基礎(chǔ)的下沉，防止高度誤差的積累。在實(shí)際標(biāo)高偏離預(yù)測值的情況下，需要根據(jù)監(jiān)測得到的精度數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行分析和判斷，從而采取必要的對策。

根據(jù)橋梁特性對橋梁結(jié)構(gòu)各部分的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和控制，通過對結(jié)構(gòu)物的初步計(jì)算，決定能夠完全反映橋梁整體內(nèi)力變形狀態(tài)的合理測量點(diǎn)的布局計(jì)劃，并得到各建設(shè)階段最不利控制環(huán)節(jié)的壓力水平。在施工過程中，通過現(xiàn)場的實(shí)時(shí)應(yīng)力測試、分析和監(jiān)測，可以把握各施工階段結(jié)構(gòu)物的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，跟蹤和觀察最不利的應(yīng)力位置，比較和分析施工的計(jì)算結(jié)果。這樣，形成更好的壓力預(yù)警機(jī)制，即可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相應(yīng)的糾正措施，確保建設(shè)的安全性和質(zhì)量。

2.3 控制方法

初始設(shè)計(jì)中設(shè)定的各種參數(shù)，以及在實(shí)際建設(shè)過程中的各種狀態(tài)值，二者之間會不可避免地存在一定的偏差，主要是因?yàn)橛?jì)算理論不完整(主要參照非彈性變形和基礎(chǔ)沉降相關(guān)理論)，導(dǎo)致了實(shí)際測量與后期的計(jì)算存在偏差，因此，必須采取科學(xué)有效的措施來監(jiān)測、預(yù)測、分析主拱圈的撓度，并實(shí)時(shí)調(diào)整主拱圈的實(shí)際閉合形狀，以便盡可能實(shí)現(xiàn)施工的合理性和完整性。在施工監(jiān)測過程中，通過嚴(yán)格的數(shù)據(jù)收集、分析和建設(shè)過程的管理等諸多手段，盡最大可能確保結(jié)構(gòu)物的安全性、穩(wěn)定性和可控性。為糾正由于設(shè)計(jì)參數(shù)不準(zhǔn)確造成的工程與實(shí)際建筑不一致的情況，在施工過程中設(shè)計(jì)單位需要調(diào)整理論設(shè)計(jì)值，以及通過優(yōu)化來修正以前參數(shù)的誤差。

2.3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)識別

通過比較典型施工條件下狀態(tài)變量(位移、應(yīng)力、應(yīng)變)的實(shí)測值與理論值，分析設(shè)計(jì)參數(shù)的影響，確定設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差。

2.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)預(yù)測

根據(jù)已建連接段設(shè)計(jì)參數(shù)的誤差，采用正確的預(yù)測方法預(yù)測未來施工段設(shè)計(jì)參數(shù)可能出現(xiàn)的誤差。

2.3.3 優(yōu)化調(diào)整

監(jiān)測主要集中在拱高和單側(cè)應(yīng)力的控制上。在優(yōu)化調(diào)整過程中，利用這些要素建立控制目標(biāo)函數(shù)和約束條件。

2.4 主要工作

該橋的施工監(jiān)測是一個(gè)“施工-測試-識別-修正-預(yù)告-施工”的循環(huán)過程。在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，拱的線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)規(guī)范和誤差范圍。試驗(yàn)是施工監(jiān)控的重要組成部分，包括幾何指標(biāo)參數(shù)測量和力學(xué)指標(biāo)參數(shù)測量。整個(gè)施工管理系統(tǒng)的運(yùn)行過程如圖1所示。

圖1 施工控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程圖

本項(xiàng)目主橋和越南引橋監(jiān)測工程量統(tǒng)計(jì)如表1和表2所示。大量監(jiān)測設(shè)備可以有效保證箱式橋接項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量，合理使用建設(shè)監(jiān)測技術(shù)對項(xiàng)目建設(shè)非常重要。

表1 越方引橋監(jiān)測工程量統(tǒng)計(jì)表

表2 主橋監(jiān)測工程量統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

箱式拱橋是大規(guī)模建設(shè)的土木工程，建筑質(zhì)量受到力學(xué)、材料、天氣、建設(shè)條件等各種因素的動態(tài)影響。為了嚴(yán)格管理建設(shè)質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)受力和變形在可控制范圍內(nèi)，需要嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范和技術(shù)實(shí)施施工監(jiān)測。