方顯華

安徽省高速公路路政支隊(duì)，安徽 合肥 230022

斜拉索是矮塔斜拉橋的重要組成構(gòu)件，可以協(xié)助墩柱等下部結(jié)構(gòu)承載荷載。矮塔斜拉橋在建設(shè)過(guò)程中由于施工方法不恰當(dāng)、張拉設(shè)備不精確等問(wèn)題，導(dǎo)致索力不合格問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，索力未張拉到設(shè)計(jì)值和超張拉均會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力不合理，最終影響結(jié)構(gòu)壽命。因此，施工過(guò)程中斜拉索的實(shí)時(shí)監(jiān)控變得尤為重要。斜拉索索力的測(cè)量屬于工程界的一個(gè)難題，逐漸成為研究熱點(diǎn)。目前索力監(jiān)測(cè)的測(cè)定方法主要有壓力傳感器法、壓力表法、磁通量法、振動(dòng)頻率法等。其中，壓力傳感器法測(cè)量索力值在一定范圍內(nèi)具有局限性，該方法所測(cè)得的是索頭張力，不能代表整索的實(shí)際索力；壓力表法雖簡(jiǎn)單易行，但無(wú)法進(jìn)行高頻次的檢測(cè)；磁通量法使用不方便，必須在拉索中事先安好磁通量傳感器后，才能進(jìn)行拉索索力測(cè)試；振動(dòng)頻率測(cè)定法是目前國(guó)內(nèi)最常用的方法，其原理是在拉索的底端位置處固定加速度計(jì)，通過(guò)一定的技術(shù)手段將拉索振動(dòng)的加速度換算為振動(dòng)頻率，該方法也存在一定的局限性，如效率低下、測(cè)量值不準(zhǔn)確、受溫度等外界環(huán)境的影響較大?；诖?，文章依托實(shí)際工程項(xiàng)目，探索無(wú)接觸式微波測(cè)索力技術(shù)，并研究其在索力測(cè)量中的應(yīng)用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 項(xiàng)目概況

S327臨泉泉河大橋及接線工程由南向北延伸，從臨泉縣城關(guān)鎮(zhèn)程灣村于謝灣村中間穿過(guò)，跨越泉河大橋后于界首市磚集鎮(zhèn)榮莊村東部穿過(guò)，終點(diǎn)銜接S237界首段，實(shí)施路段全長(zhǎng)2.14km。S327臨泉泉河大橋接線道路按一級(jí)公路建設(shè)，設(shè)計(jì)速度采用80km/h標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。主橋?yàn)榭鐝?70m的雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，一共采用44根平行鋼絞線斜拉索，斜拉索錨固在梁上，穿過(guò)橋塔而不錨固在橋塔上，橋?qū)?2m，雙向六車道，橋涵設(shè)計(jì)荷載采用公路-I級(jí)。

2 測(cè)量方法工作原理

無(wú)接觸式微波測(cè)量方法主要依賴干涉測(cè)量技術(shù)和調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)兩項(xiàng)核心技術(shù)，融合相位干涉測(cè)量、基頻提取、寬帶信號(hào)脈沖壓縮和目標(biāo)檢測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙感測(cè)量索力，并具有測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

微變形雷達(dá)為該測(cè)量方法的核心部分，主要包括腳架、計(jì)算機(jī)控制單元和雷達(dá)控制單元三大組成部分。具體工作原理如下：將雷達(dá)控制單元安裝固定在腳架上，通過(guò)腳架上的3D旋轉(zhuǎn)頭實(shí)現(xiàn)全方位雷達(dá)監(jiān)測(cè)，同時(shí)雷達(dá)控制單元配有2根喇叭天線，分別用于傳輸與接收電磁波信號(hào)。使用時(shí)與測(cè)量對(duì)象保持一個(gè)固定距離，先發(fā)射微波信號(hào)，通過(guò)接收反射后的微波信號(hào)，計(jì)算相位差，以相鄰2次微波信號(hào)相位差測(cè)量拉索或吊桿的振動(dòng)位移。利用上述方法測(cè)得拉索一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)位移后，繪制相應(yīng)的振動(dòng)位移時(shí)程曲線，通過(guò)傅里葉變換對(duì)振動(dòng)位移時(shí)程曲線處理得出該拉索的振動(dòng)頻率，利用拉索的振動(dòng)頻率即可測(cè)定索力。在一定距離范圍內(nèi)，雷達(dá)發(fā)射的微波呈扇形分布，因此在扇形區(qū)域內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量多根拉索的索力。

綜合上述非接觸微波索力測(cè)量原理可以發(fā)現(xiàn)，拉索約束條件與確定索力的方法等有關(guān)。但是，短索頻率測(cè)試相對(duì)困難，因?yàn)槠涫苓吔鐥l件及安裝在拉索上的阻尼器的影響。傳統(tǒng)的振動(dòng)測(cè)試方法則需要預(yù)先進(jìn)行錘擊激勵(lì)后，方可測(cè)試?yán)鞯恼駝?dòng)頻率，而無(wú)接觸式微波索力測(cè)量法中放射的微波則可以透過(guò)PE護(hù)套，在傳遞至鋼拉索后反射回接收器，測(cè)量結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確、可靠。

3 無(wú)接觸式微波測(cè)量方法的應(yīng)用實(shí)例

采用非接觸式微波測(cè)量方法對(duì)臨泉S237大橋中跨和邊跨靠近橋塔的8根斜拉索在施工階段進(jìn)行了索力測(cè)量。具體測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 橋梁的斜拉索索力數(shù)據(jù)

測(cè)量結(jié)果顯示，實(shí)測(cè)索力比設(shè)計(jì)索力小5%～20%，且中跨與邊跨的索力不均勻，中跨索力比邊跨索力大，索力張拉不滿足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)以上調(diào)研結(jié)果，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)六個(gè)方面分析了問(wèn)題的原因。

（1）人為原因?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在張拉平行鋼絞線斜拉索時(shí)采用等值張拉法，隨著每股鋼絞線的張拉，橋梁結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生變形。主梁產(chǎn)生上撓、索塔產(chǎn)生壓縮，斜拉索梁端錨點(diǎn)與塔端錨點(diǎn)的相對(duì)距離不斷縮短，而后已張拉鋼絞線的工作長(zhǎng)度同步縮短，最終導(dǎo)致已張拉鋼絞線所持索力不斷變??；現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員在最初一批平行鋼絞線斜拉索施工時(shí)對(duì)斜拉索中的鋼絞線僅進(jìn)行了平均張拉，即每根鋼絞線張拉力相等，未對(duì)鋼絞線采用逐次超張拉的方法，造成鋼絞線松弛，導(dǎo)致平行鋼絞線斜拉索索力變小，且不均勻。

（2）機(jī)械設(shè)備原因。施工單位使用的機(jī)械設(shè)備過(guò)于老舊，在張拉鋼絞線的過(guò)程中未對(duì)索力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，使張拉力與設(shè)計(jì)索力不符。

（3）材料原因。收縮徐變是混凝土材料固有的時(shí)變特性，混凝土結(jié)構(gòu)在鋼絞線過(guò)程中勢(shì)必存在收縮和徐變，從而對(duì)鋼絞線索力值產(chǎn)生影響。

（4）工法原因。沒(méi)有采用等值張拉法，導(dǎo)致后張拉的索影響了已經(jīng)張拉的索，預(yù)拉值不夠。

（5）環(huán)境影響。在施工過(guò)程中，由于溫度的變化，主梁、主塔、斜拉索在不勻溫度荷載下的變形量不一致，對(duì)鋼絞線索力值產(chǎn)生了一定的影響。

（6）測(cè)試原因。測(cè)試設(shè)備的系統(tǒng)誤差和偶然誤差導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確；測(cè)試人員沒(méi)有按照規(guī)定章程操作導(dǎo)致測(cè)量誤差。

通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)、觀察、測(cè)量等方法對(duì)鋼絞線斜拉索索力不均勻的原因進(jìn)行分析和篩選，發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題集中在測(cè)量方法方面。原有的測(cè)量采用的是傳統(tǒng)的振動(dòng)法測(cè)量，測(cè)量頻率低，測(cè)量結(jié)果誤差大，施工班組張拉完拉索之后未及時(shí)得到反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)張拉就進(jìn)行下一階段的張拉，導(dǎo)致索力不合格。參考等值張拉基本理論，單根鋼絞線張拉力主要由單根鋼絞線設(shè)計(jì)索力和超張拉索力兩部分組成。在平行鋼絞線斜拉索等值張拉時(shí)，隨著每股鋼絞線的張拉，橋梁結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生變形。主梁產(chǎn)生上撓、索塔產(chǎn)生壓縮，斜拉索梁端錨點(diǎn)與塔端錨點(diǎn)的相對(duì)距離不斷縮短，已張拉鋼絞線的工作長(zhǎng)度同步縮短，導(dǎo)致已張拉鋼絞線的所持索力不斷變小。超張拉索力值是影響鋼絞線最終張拉力的主要因素，也是張拉力計(jì)算的關(guān)鍵，更是保證斜拉索每股鋼絞線所持索力的均勻性及張拉完成后總索力滿足要求的原因之一。

為了解決索力測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，采用基于無(wú)接觸微波測(cè)量方法的索拉張拉檢測(cè)提升技術(shù)。對(duì)斜拉索進(jìn)行高頻監(jiān)測(cè)，一方面可以及時(shí)了解索力損失大小，另一方面可以及時(shí)讓工人補(bǔ)張拉索力。此外，施工單位應(yīng)組織施工人員加強(qiáng)技術(shù)交底，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)能力，進(jìn)行專業(yè)知識(shí)的培訓(xùn)考核，對(duì)施工中存在的問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)改正，以免影響后續(xù)施工。同時(shí)，實(shí)行獎(jiǎng)懲制度，每月進(jìn)行月度評(píng)比，對(duì)質(zhì)量、責(zé)任意識(shí)強(qiáng)的人員進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)責(zé)任心不強(qiáng)的人員進(jìn)行通報(bào)、批評(píng)。

在上述一系列措施的保障下，項(xiàng)目全部44根斜拉索張拉全部張拉到位，滿足設(shè)計(jì)要求，提高了矮塔斜拉橋斜拉索張拉質(zhì)量，降低了復(fù)工率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章針對(duì)施工過(guò)程中泉河大橋索力張拉不到位問(wèn)題展開了調(diào)研分析，提出了基于無(wú)接觸式微波索力測(cè)量方法的高頻監(jiān)測(cè)手段，實(shí)時(shí)反饋索力信息，及時(shí)提醒施工班組補(bǔ)張拉索力以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，為泉河大橋的結(jié)構(gòu)安全和耐久性提供了保障。