周綠丹

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511430）

1 工程概況

懷陽高速高速公路廣信大橋主橋采用雙塔中央索面預(yù)應(yīng)力混凝土梁斜拉橋，跨徑組合為：58.5+126.5+360+126.5+58.5 m，全長730 m。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，索塔為獨(dú)柱式，塔梁固結(jié)。主梁采用懸臂澆，共計(jì)23 塊段，單個(gè)塊段體積約175 m3。

主梁為單箱五室結(jié)構(gòu)。梁端索距7.1 m，節(jié)段長7.1 m，邊跨現(xiàn)澆段長5.53 m，中跨合攏段長度為2 m。主梁梁高3.5 m，梁寬28.5 m。雙向橫坡2%。箱梁頂板厚28 cm、底板厚為25 cm、斜底板厚為25 cm。索塔為獨(dú)柱式索塔；塔高94.32 m，墩高56.18 m，總高度為154 m。塔柱斷面為空心結(jié)構(gòu)，分為三個(gè)區(qū)段：無索區(qū)、錨固區(qū)和裝飾塊。無索區(qū)為實(shí)心截面，中心位置設(shè)置直徑為1.2 m 的人洞。

錨固區(qū)為雙室空心截面，截面尺寸為10 m×5 m，塔柱裝飾塊高5.0 m。采用矩形承臺，設(shè)置圓弧形倒角，長寬高為34.14×21.4×6.0 m，圓弧半徑11.5 m?；A(chǔ)為鉆孔灌注樁，直徑2.8 m，共20 根。

2 施工監(jiān)控系統(tǒng)簡介

施工監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)測系統(tǒng)、施工時(shí)期實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)、誤差分析系統(tǒng)和控制、修正系統(tǒng)。日常的監(jiān)控及測量工作由監(jiān)控工作小組進(jìn)行，負(fù)責(zé)現(xiàn)場監(jiān)控，包括監(jiān)測元件的安裝、監(jiān)控系統(tǒng)操作及數(shù)據(jù)采集，對現(xiàn)場情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控測量所采集的數(shù)據(jù)做好及時(shí)反饋,以達(dá)到協(xié)助施工的目的。監(jiān)控得到數(shù)據(jù)的處理、分析及修正由監(jiān)控計(jì)算工作組進(jìn)行，主要包括施工中的數(shù)值模擬，將數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)論及時(shí)與現(xiàn)場監(jiān)控小組、施工管理人員進(jìn)行反饋，對施工的有效開展提供指導(dǎo)。

3 施工監(jiān)控的主要內(nèi)容

（1）主梁線形控制。主梁線形控制包括主梁標(biāo)高和平面位置監(jiān)測。廣信大橋?yàn)閼冶蹪仓┕?，所以體系剛度相對較小，而對主梁的線形造成的影響的因素有很多，包括掛籃自重、溫度變化、混凝土的自重、施工荷載、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化、預(yù)應(yīng)力大小、混凝土收縮和徐變等。所以為了保證主梁線形的平順、以及合攏段施工的順利進(jìn)行，在進(jìn)行立模、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、斜拉索張拉、掛籃前移等施工時(shí)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段量都要進(jìn)行該梁段標(biāo)高監(jiān)測和控制，通過對比實(shí)測標(biāo)高值與設(shè)計(jì)標(biāo)高值，來決定是否需要對下個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，從而使得實(shí)測標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高基本吻合。

（2）應(yīng)力控制。應(yīng)力控制主要通過應(yīng)力監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)，其目的是要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測去了解結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)及變化情況,并且控制其在允許范圍內(nèi)，若發(fā)現(xiàn)某監(jiān)測斷面的應(yīng)力狀態(tài)不在允許范圍內(nèi)，要對其產(chǎn)生原因進(jìn)行詳細(xì)的分析，并通過后期的調(diào)控讓應(yīng)力狀態(tài)始終保持在允許范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)的安全性后才能繼續(xù)進(jìn)行施工。結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)能反應(yīng)結(jié)構(gòu)的安全性，所以要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

（3）安全控制。施工安全是施工控制的第一步，是施工控制的前提先行條件或者說是第一個(gè)要進(jìn)行考慮的要素。橋梁施工的安全控制與變形控制、應(yīng)力控制和穩(wěn)定控制并不沖突，是相輔相成的。在現(xiàn)行制度實(shí)施時(shí)，要根據(jù)不同工況的實(shí)際情況來確定其安全控制的重點(diǎn)。

4 施工監(jiān)控及測量的原則

斜拉橋施工監(jiān)控及測量的原則是：

（1）主梁懸澆施工階段,第一目標(biāo)應(yīng)是保證主梁線形的平順以及標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高盡量吻合，主梁施工過程中的主要控制手段是通過標(biāo)高及斜拉索索力雙控，以確保結(jié)構(gòu)安全性與設(shè)計(jì)標(biāo)高的吻合度。

（2）恒載施工時(shí),斜拉索張拉施工時(shí),通過索力及截面應(yīng)力狀態(tài)的控制來保證結(jié)構(gòu)整體的內(nèi)力和變形處于規(guī)定狀態(tài)。

5 主梁懸澆階段重難點(diǎn)分析

5.1 主梁施工監(jiān)控

5.1.1 重難點(diǎn)分析

預(yù)應(yīng)力混凝土主梁澆筑定位線形決定著成橋線形。需根據(jù)施工方案詳細(xì)計(jì)算，確定過程中主梁平面位置及標(biāo)高。

為保證主梁線形和受力與設(shè)計(jì)要求吻合，需實(shí)時(shí)修正相關(guān)參數(shù)。隨著施工進(jìn)行，結(jié)構(gòu)剛度、容重等均與理論值產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)實(shí)際受力與理論不一致，所以需實(shí)時(shí)修正相關(guān)參數(shù)。產(chǎn)生偏差原因主要有以下三種。

（1）掛籃變形導(dǎo)致的偏差

在澆筑混凝土的過程中，掛籃會發(fā)生彈性變形和非彈性變形。廣信大橋懸澆施工采用的是后支點(diǎn)掛籃，因?yàn)闆]有拉索輔助受力，所以掛籃受力大，可能會導(dǎo)致掛籃產(chǎn)生非彈性變形，施工時(shí)如何消除非彈性變形產(chǎn)生的偏差是重難點(diǎn)。

（2）溫度變化導(dǎo)致的偏差

施工時(shí)晝夜溫差較大，橋梁結(jié)構(gòu)的受力受溫度變化的影響極為顯著。施工時(shí)主梁標(biāo)高、斜拉索索力受溫差影響會與理論值產(chǎn)生一定程度的偏差。溫度影響有兩種情況：均勻溫差、箱梁內(nèi)外側(cè)的相對溫差。所以必須通過監(jiān)控控制，充分考慮溫度對主梁線形、受力的影響。

（3）梁段重量誤差

梁段的質(zhì)量誤差是導(dǎo)致監(jiān)控實(shí)測值與理論值產(chǎn)生偏差的重要因素之一。由于模板剛度有限，在澆筑混凝土?xí)r，由于模板變形導(dǎo)致的混凝土方量超標(biāo)，進(jìn)而造成梁段實(shí)際重量偏離理論值。

5.1.2 應(yīng)對措施

監(jiān)控主梁施工中的內(nèi)力、線形和穩(wěn)定控制措施依照以下三點(diǎn)。

（1）主梁現(xiàn)澆施工

采用動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測量方法監(jiān)測和控制撓度與應(yīng)力，達(dá)到清晰了解主梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)的目的。及時(shí)識別、分析關(guān)鍵參數(shù)，使得計(jì)算模型更接近實(shí)際的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

為減弱溫差對施工造成的誤差，主梁立模應(yīng)選在避開日照的凌晨到日出時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行。立模標(biāo)高控制按設(shè)計(jì)提供的含預(yù)拱標(biāo)高，另加施工調(diào)整值控制。斜拉索的張拉同樣也應(yīng)選擇在凌晨到日出時(shí)間段進(jìn)行，否則就要對立模標(biāo)高、索力進(jìn)行溫度修正。在懸臂施工過程中，除了要按常規(guī)測量主梁標(biāo)高以外，每個(gè)月還需進(jìn)行一次全天全時(shí)段的精度觀測，采集相關(guān)數(shù)據(jù)以分析溫度變化對結(jié)構(gòu)變形的影響，以便對立模標(biāo)高進(jìn)行修正達(dá)到與理論值基本吻合。

梁段線形監(jiān)控包括立模標(biāo)高及坐標(biāo)控制、混凝土澆注過程中標(biāo)高控制、混凝土澆注完后的標(biāo)高、坐標(biāo)監(jiān)控（半天一次）；混凝土特性監(jiān)控包括初凝時(shí)間控制（每節(jié)段）、和易性控制（每節(jié)段）、坍落度控制（每節(jié)段）、養(yǎng)生質(zhì)量監(jiān)控（每節(jié)段）、溫度監(jiān)控（每節(jié)段）、外觀質(zhì)量監(jiān)控（每節(jié)段）。

（2）掛籃、支架結(jié)構(gòu)形變

監(jiān)控掛籃本身的使用狀況，對橫梁截面進(jìn)行線性監(jiān)控以及對混凝土特性進(jìn)行監(jiān)控；吊籃的使用狀況監(jiān)測包括構(gòu)件變形、構(gòu)件應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)連接質(zhì)量等，監(jiān)測時(shí)間為各段混凝土澆筑的始、中、末時(shí)期及掛籃開始行走和到達(dá)的時(shí)間。吊籃行走如果發(fā)現(xiàn)任何異常情況，立刻停止施工，并在處理后恢復(fù)施工。

利用預(yù)壓消除非彈性變形，并在考慮溫度和臨時(shí)荷載的影響下，取得彈性變形參數(shù)，統(tǒng)計(jì)分析各階段支架變形數(shù)據(jù)，確定不穩(wěn)定因素，及時(shí)調(diào)整。

（3）索力調(diào)整

在最不利受力位置布置傳感器，實(shí)時(shí)采集測試索張拉過程中的相關(guān)參數(shù)，保證調(diào)索過程中結(jié)構(gòu)安全。

5.2 拉索施工監(jiān)控

5.2.1 重點(diǎn)分析

在傾角變化大、空間效應(yīng)明顯的拉索作用下，主梁所承受壓力和彎矩巨大。所以，斜拉索初張力及張拉順序的確定必須模擬空間索面，確保施工過程中主塔柱受力平衡，同時(shí)對比監(jiān)測結(jié)果，及時(shí)調(diào)整各階段斜拉索張拉力。另外，下料誤差、施工誤差等因素導(dǎo)致拉索內(nèi)力和主梁線形并不能與理論完全一致，需合理調(diào)整索力。同時(shí)，索力數(shù)據(jù)采集方法均存在不同程度的局限性，將直接影響結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估。

5.2.2 應(yīng)對措施

索力控制應(yīng)從結(jié)構(gòu)計(jì)算和現(xiàn)場控制兩方面考慮。

（1）結(jié)構(gòu)計(jì)算：建立空間分析模型，仿真模擬拉索張拉過程，采用倒退分析方法確定初始張拉力和張拉順序，制定斜拉索張拉控制軌跡。

（2）現(xiàn)場控制：斜拉索張拉過程中，張拉前后分別進(jìn)行索力、主梁和主塔內(nèi)力以及主梁線形的測試，動(dòng)態(tài)掌握拉索張拉過程的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。索力控制將采用內(nèi)力與線形雙控的方法。

（3）斜拉索精確下料：考慮成橋線形修正、垂度效應(yīng)、彈性伸長等因素對斜拉索無應(yīng)力長度的影響。

（4）索力的準(zhǔn)確測試

索力測試根據(jù)不同的階段選擇不同的方法，包括無應(yīng)力狀態(tài)法、壓表法和動(dòng)測法，現(xiàn)場施工時(shí)需采用兩種以上的方法進(jìn)行索力測試，互為校驗(yàn)確保索力測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

a. 初始張拉：拉索張拉狀態(tài)下索力測試采用油壓表法和動(dòng)測法同時(shí)進(jìn)行，通過油壓表讀數(shù)來修正動(dòng)測法計(jì)算公式中的有效索長值。

b. 張拉中間過程：在完成15%索力張拉后對拉索的伸長量進(jìn)行測試，以確定拉索的無應(yīng)力長度。

6 主梁懸澆階段監(jiān)控工作內(nèi)容

6.1 內(nèi)業(yè)計(jì)算

一是跟蹤現(xiàn)場實(shí)際施工工序及相關(guān)計(jì)算參數(shù)，對模型進(jìn)行校核；二是提供梁段掛籃定位標(biāo)高及斜拉索拉力數(shù)據(jù)；三是對施工現(xiàn)場變更內(nèi)容進(jìn)行核算驗(yàn)算，提出相關(guān)建議。

6.2 現(xiàn)場工作內(nèi)容

一是主梁施工階段對塔柱偏位情況進(jìn)行跟蹤觀測及分析；二是對各個(gè)主梁懸澆節(jié)段的施工進(jìn)行跟蹤觀測，并對主梁各節(jié)段在各工況下標(biāo)高及應(yīng)力等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并分析，指導(dǎo)后續(xù)節(jié)段施工；三是對21# 墩1#～23# 節(jié)段及22# 墩1#～23# 節(jié)段懸澆節(jié)段進(jìn)行掛籃定位；四是對21# 墩1#～23# 節(jié)段及22# 墩1#～23# 節(jié)段進(jìn)行斜拉索張拉進(jìn)行監(jiān)測；五是對本階段懸澆節(jié)段不同工況下的撓度變化、索力變化進(jìn)行跟蹤測量.

7 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果分析

7.1 主墩沉降監(jiān)測分析

在主梁施工階段需對主墩沉降進(jìn)行觀測，因現(xiàn)場承臺涉水不易采集，故而現(xiàn)場采取在主梁0# 塊上布設(shè)2 個(gè)沉降測點(diǎn)，進(jìn)行觀測。

承臺沉降監(jiān)測結(jié)果：22# 墩23# 塊懸澆完成后累計(jì)沉降量為12 mm。主梁懸澆施工過程各個(gè)主墩沉降總體變化穩(wěn)定，如表1 所示。

表1 22# 墩沉降記錄表 單位：m

7.2 主塔塔偏位移監(jiān)測分析

主橋施工階段需對主塔偏位進(jìn)行觀測，在對應(yīng)工況下，收集索塔位移數(shù)據(jù)集。21# 墩主塔塔頂共計(jì)3 個(gè)變形觀測點(diǎn)、22# 墩主塔塔頂共計(jì)3 個(gè)變形觀測點(diǎn)。主梁施工期間根據(jù)斜拉索張拉對主塔的影響，進(jìn)行定期采集并整理反饋。

塔偏監(jiān)測結(jié)果：通過對主塔偏位跟蹤監(jiān)測，22#墩23# 塊懸澆完成后主塔塔頂累計(jì)偏位為60 mm，主塔偏向22# 墩邊跨側(cè)；懸澆階段主塔實(shí)測偏位趨勢與理論計(jì)算一致，偏位變化量考慮施工及測量因素等，基本符合監(jiān)控計(jì)算結(jié)果及規(guī)范要求，如表2 所示。

表2 22# 墩主塔偏位監(jiān)測結(jié)果表 單位：m

7.3 節(jié)段懸澆監(jiān)控分析

主梁節(jié)段懸澆過程，我方根據(jù)節(jié)段標(biāo)高監(jiān)測需求布設(shè)標(biāo)高監(jiān)測點(diǎn)，在現(xiàn)場施工工序變化時(shí)，對標(biāo)高數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析，主梁節(jié)段標(biāo)高測點(diǎn)布置示意圖（見圖1）。

圖1 主梁標(biāo)高測點(diǎn)布置示意圖

主梁懸澆完成時(shí)梁底線形監(jiān)測結(jié)果：22# 墩各個(gè)節(jié)段懸澆完成時(shí)梁底標(biāo)高誤差大部分滿足±20 mm的控制要求，現(xiàn)場誤差波動(dòng)幅度較小，個(gè)別節(jié)段雖然超限但梁底整體線形平順（見圖2）。

圖2 各節(jié)段懸澆完成后標(biāo)高誤差控制情況

7.4 斜拉索索力監(jiān)測分析

主橋斜拉索張拉施工過程中我方對張拉結(jié)果進(jìn)行跟蹤監(jiān)測與控制（見圖3）。

圖3 22# 墩左幅張拉階段理論張拉力與實(shí)際張拉力對比圖（單位：kN）

22# 墩各組斜拉索張拉時(shí)同一組中斜拉索索力對稱性良好，本著“標(biāo)高控制為主、索力為輔”原則，部分索力在張拉時(shí)進(jìn)行臨時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致索力偏差控制超限，在后續(xù)索力的張拉施工后，索力偏差已逐步恢復(fù)正常，如圖4 所示。

圖4 22# 墩左幅斜拉索張拉階段索力誤差控制分析圖

7.5 合龍段標(biāo)高控制

主橋節(jié)段懸澆完成后，各個(gè)合龍口誤差情況匯總?cè)缦拢?/p>

（1）邊跨合龍標(biāo)高控制情況

21# 墩懸澆完成后邊跨合龍段合龍相對誤差為0.005 m，21# 墩懸澆完成后邊跨合龍段合龍相對誤差為0.007 m，滿足監(jiān)控要求，詳見表3、表4。

表3 21# 墩23# 斜拉索張拉后邊跨合龍- 現(xiàn)澆段合龍標(biāo)高控制情況 單位：m

表4 22# 墩23# 斜拉索張拉后邊跨合龍- 現(xiàn)澆段合龍標(biāo)高控制情況 單位：m

（2）中跨合龍標(biāo)高控制情況

主梁懸澆完成后主跨合龍段兩側(cè)懸臂合龍相對誤差為0.001 m，滿足監(jiān)控要求，詳見表5、圖5。

圖5 廣信大橋主跨理論與實(shí)測線形對比圖（單位：m）

表5 主橋主跨23# 斜拉索張拉后跨中合龍段標(biāo)高控制情況 單位：m

根據(jù)以上結(jié)果可知，主跨側(cè)梁底線形整體平順，合龍口處誤差偏大，需增加荷載進(jìn)行壓重。根據(jù)標(biāo)高監(jiān)測結(jié)果及現(xiàn)場實(shí)際天氣狀況，目前懸臂狀態(tài)下梁段絕對高程偏差較大，主要受環(huán)境溫度及日照影響?？紤]現(xiàn)場天氣最近會持續(xù)處于低溫狀態(tài)，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況提出以下措施：

（1）合龍段處勁性骨架提前鎖定，根據(jù)當(dāng)日溫度變化情況，在梁段標(biāo)高處于最小誤差時(shí)進(jìn)行勁性骨架的固結(jié)施工；

（2）根據(jù)合龍后主梁實(shí)際線形狀態(tài)，主梁部分誤差考慮通過二期鋪裝時(shí)調(diào)整，調(diào)整前后對主橋豎曲線影響不大，對于無法調(diào)整的部分作為成橋預(yù)拱度保留。

8 結(jié)語

目前，通過過程中制定合理的調(diào)整措施，該橋已經(jīng)順利合龍，結(jié)構(gòu)無應(yīng)力并成橋線形合理。大橋主橋施工監(jiān)控任務(wù)既含有大跨徑混凝土箱梁斜拉橋施工控制的普遍特點(diǎn)，同時(shí)也存在特殊情況。如何讓成橋達(dá)到設(shè)計(jì)狀態(tài)，是本橋成功的關(guān)鍵。在施工過程中通過對橋梁狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和調(diào)整，可保證成橋時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。