葉建新 鐘學(xué)森 劉權(quán) 羅業(yè)超 曾綺琪

（1 廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)中心有限公司)

(2 廣東省建筑物健康監(jiān)測(cè)與安全預(yù)警工程技術(shù)研究中心)

(3 廣州市增城區(qū)公共建設(shè)項(xiàng)目管理服務(wù)中心）

廣東省內(nèi)河道豐富，水中施工平臺(tái)與滿堂支架組合的支撐模板體系是現(xiàn)澆橋梁常用的施工方法，水中施工與模板支撐工程均屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。根據(jù)2020 年房屋市政工程生產(chǎn)安全事故情況的通報(bào)，模板支撐體系（腳手架）坍塌類(lèi)事故占總數(shù)的17.39%，是風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而在混凝土澆筑期間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的重要性不言而喻[1]。在廣東地區(qū)，模板支撐工程的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的較早，在2020 年已發(fā)布了高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《高大模板支撐系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T15-197-2020）[2]，有一套成熟的普通高支模自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案[3-9]。而水中現(xiàn)澆橋梁支撐模板體系復(fù)雜，受環(huán)境影響因素較多，無(wú)穩(wěn)定變形基準(zhǔn)點(diǎn)，目前尚沒(méi)有針對(duì)水中現(xiàn)澆橋梁模板支撐工程的統(tǒng)一自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案。因此，本文以廣州某跨河現(xiàn)澆施工橋梁工程[10]為依托，在本次工程中在傳感器為主的高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中加入測(cè)量機(jī)器人作為變形監(jiān)測(cè)的補(bǔ)充措施，對(duì)混凝土澆筑過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程進(jìn)行分析與研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)反饋，數(shù)據(jù)變化超過(guò)預(yù)警值時(shí)自動(dòng)預(yù)警，為水中現(xiàn)澆橋梁支撐模板工程施工的提供安全保障措施，并為同類(lèi)工程提供相關(guān)參考。

1 工程概況

該項(xiàng)目橋梁全長(zhǎng)170 米，跨徑組成分別為28 米、30米、55 米、30 米、27 米，分車(chē)行橋、人行橋雙幅橋布置。其中，車(chē)行橋橋面寬度為14.5 米，人行橋橋面寬度為6米。如圖1、圖2所示，在人行橋上，設(shè)置了鋼結(jié)構(gòu)連廊；在3、4 號(hào)軸車(chē)行橋一側(cè)，設(shè)置了觀光亭。車(chē)行橋與人行橋的上部結(jié)構(gòu)均為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)。主梁為單箱雙室截面，跨中梁高1.4 米，在橋墩兩側(cè)12 米范圍內(nèi)的梁高按圓弧線變化，主墩處梁高由4.5 米變化至1.4米，邊墩處梁高由4.0 米變化至1.4 米。箱梁兩側(cè)翼緣寬2.5 米，腹板厚40 至60 厘米，底板厚24 至100 厘米，頂板厚26 至46 厘米。而人行橋的主梁為單箱單室截面，主墩處梁高10.39米，邊墩處梁高為4.19米，中跨跨中梁高1.8 米，梁高按圓弧線變化，邊跨及次邊跨跨中梁高為1.6米，梁底曲線與車(chē)行橋保持一致。腹板厚40至60厘米，底板厚24至120厘米，頂板厚28至48厘米。

圖1 3#-4#主跨墩頂支撐系統(tǒng)截面圖

圖2 3#-4#主跨1/2支撐系統(tǒng)截面圖

1.1模板支撐體系

模板支撐體系由水中施工平臺(tái)與扣件式鋼管支架組成，見(jiàn)表1。水中施工平臺(tái)如下：鋼管樁：采用D630×8 鋼管樁作為支承立柱。人行橋樁間距一般段為8m（橫橋方向）×（2.3～3.6)m（順橋方向），車(chē)行橋樁間距一般段為14m（橫橋方向）×(2.3～3.6)m（順橋方向）。貝雷梁：在垂直樁頂主梁方向設(shè)置貝雷梁，貝雷梁采用槽鋼卡箍與樁頂主梁連接，人行橋墩柱6 米范圍內(nèi)，貝雷架橫向設(shè)置間距平均0.6 米，跨徑8 米；人行橋其余范圍內(nèi)，貝雷架橫向設(shè)置間距平均1 米，跨徑8 米；車(chē)行橋墩柱6 米范圍內(nèi)，貝雷架橫向設(shè)置間距平均0.6 米，跨徑14 米；車(chē)行橋其余范圍內(nèi)，貝雷架橫向設(shè)置間距平均1米，跨徑14米。

表1 扣件式鋼管支架參數(shù)

1.2橋梁澆筑順序

在橋梁中跨混凝土施工時(shí)，位于3#、4#軸線上于兩臺(tái)天泵，由柱頭往中間同時(shí)開(kāi)始作業(yè)，天泵位置及攪拌車(chē)行使線路。車(chē)行橋中跨梁高約為4.0 米，在澆筑車(chē)行橋中跨的時(shí)候可分為兩大階段進(jìn)行澆筑作業(yè)：在第一階段，需要先澆筑完該范圍內(nèi)的整個(gè)底板后，再緊接著澆筑腹板以及橫梁；待第一階段澆筑的混凝土達(dá)到一定的強(qiáng)度后開(kāi)始綁扎頂板的鋼筋以及安裝模板，開(kāi)始第二階段頂板的澆筑。

人行橋梁高約為10.4 米，且梁底是一個(gè)半徑約為42 米的圓弧線。在澆筑人行橋中跨的時(shí)候?qū)⒎譃樗拇箅A段進(jìn)行澆筑：第一階段需要先澆筑該范圍內(nèi)的整個(gè)底板，再緊接著再澆筑3.5 米高的橫隔梁以及該階段范圍內(nèi)的腹板；第二階段澆筑橫隔梁3.5至7米，以及該階段范圍內(nèi)的腹板；第三階段澆筑橫隔梁由7 米至上面的倒角位置以及該階段范圍內(nèi)的腹板；第四階段澆筑剩余的腹板、橫隔梁以及底板。在澆筑人行橋底板的時(shí)候?yàn)榱瞬皇构翱冃?，擬將采用“跳躍式”方法進(jìn)行澆筑，即兩臺(tái)混凝土輸送泵同時(shí)由3#、4#柱頭開(kāi)始往中間方向澆筑約6 米長(zhǎng)度。隨后轉(zhuǎn)移到中跨的對(duì)稱(chēng)中心線開(kāi)始往兩邊澆筑，中心線兩邊分別澆筑約6 米長(zhǎng)度。其余橋體邊跨先澆筑底板、腹板，后澆筑頂板的順序澆筑，全橋共計(jì)分14次澆筑施工。

2 監(jiān)測(cè)方法

2.1監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)站設(shè)在120 米外，遠(yuǎn)離施工影響區(qū)，不受水中施工平臺(tái)有限空間的影響，在確保監(jiān)測(cè)人員、設(shè)備的安全的條件下，不影響監(jiān)測(cè)工作。工程監(jiān)測(cè)的重難點(diǎn)分析如下所示：

⑴高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器1 秒/次與測(cè)量機(jī)器人30秒/測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)頻率不同步下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)互聯(lián)分析。

⑵橋腹板首次澆筑高度約3.5 米，如澆筑過(guò)程中出現(xiàn)加載不平衡，容易引起整體傾斜。

⑶水中平臺(tái)空間受限，監(jiān)測(cè)站設(shè)置需遠(yuǎn)離施工影響區(qū)。

⑷預(yù)警值設(shè)置。

⑸長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)，周邊環(huán)境變化與施工機(jī)械對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響。

綜合上述監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)分析，制定了以下的監(jiān)測(cè)方案：

主要監(jiān)測(cè)設(shè)備及參數(shù)：扣件式鋼管支架采用“高支模實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，監(jiān)測(cè)參數(shù)：“立桿軸力、沉降、傾斜”?！八惺┕て脚_(tái)”采用徠卡TM30 測(cè)量機(jī)器人（含后處理控件），監(jiān)測(cè)參數(shù)“位移（沉降、水平位移）”，最遠(yuǎn)測(cè)距小于150 米。通過(guò)監(jiān)測(cè)頻率的互補(bǔ)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。各監(jiān)測(cè)參數(shù)精度如表2：

表2 監(jiān)測(cè)參數(shù)精度

2.2測(cè)點(diǎn)布設(shè)

測(cè)點(diǎn)布設(shè)按監(jiān)測(cè)截面布置，支架安裝豎向位移傳感器、傾角傳感器、立桿軸力傳感器，每個(gè)監(jiān)測(cè)截面車(chē)行橋按腹板、中隔板左中右設(shè)置3 組測(cè)點(diǎn)，人行橋每個(gè)截面左右對(duì)稱(chēng)布設(shè)2 組測(cè)點(diǎn)；水中施工平臺(tái)在對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)截面的單跨跨中選擇通視較好處安裝固定棱鏡作為測(cè)點(diǎn)。車(chē)行橋、人行橋中跨監(jiān)測(cè)截面布設(shè)如圖3。

圖3 車(chē)行橋中跨截面監(jiān)測(cè)布設(shè)示意圖

2.3巡視檢查

除儀器量測(cè)外，澆筑期間定期巡查是必要的補(bǔ)充措施。除常規(guī)巡查外，針對(duì)監(jiān)測(cè)的重難點(diǎn)增加了以下內(nèi)容：

⑴環(huán)境巡查，記錄風(fēng)力、潮汐等信息；

⑵混凝土車(chē)在施工平臺(tái)上的行駛速度；

⑶應(yīng)急通道及安全區(qū)域的狀態(tài)，是否暢通、安全。

2.4預(yù)警值設(shè)置

沉降預(yù)警值參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017 中撓度允許變化值的80%[11]，預(yù)警參數(shù)如表3所示：

表3 預(yù)警參數(shù)

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

該工程共14 次混凝土澆筑施工，本次監(jiān)測(cè)結(jié)果分析以最具代表性的人行橋、車(chē)行橋中跨第一階段底板、腹板澆筑施工為例。取監(jiān)測(cè)過(guò)程中的三個(gè)工況的沉降變化進(jìn)行分析，詳見(jiàn)圖4、圖5。三個(gè)工況分別為：工況一，混凝土澆筑施工初始階段，該工況以澆筑墩頂混凝土為主；工況二，已基本完成底板的“跳躍式”澆筑；工況三，已完成底板、腹板澆筑人員、機(jī)械基本撤離，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。

圖4 車(chē)行橋各工況截面沉降變化圖

圖5 車(chē)行橋支架、平臺(tái)沉降變化

監(jiān)測(cè)結(jié)果分析如下：

⑴車(chē)行橋底板、腹板混凝土澆筑時(shí)長(zhǎng)24 小時(shí)，變形最大在跨中，累計(jì)最大沉降16.2 毫米（截面3），達(dá)到預(yù)警值的57%；

⑵人行橋底板、腹板澆筑時(shí)長(zhǎng)18 小時(shí)，變形最大在拱腳，累計(jì)最大沉降5.7 毫米（截面5），達(dá)到預(yù)警值的35%。

⑶車(chē)行橋、人行橋各監(jiān)測(cè)截面左右兩側(cè)變化較均勻，表明澆筑過(guò)程無(wú)明顯偏載。

⑷車(chē)行橋、人行橋水中施工平臺(tái)變形均大于支架變形。

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水中施工平臺(tái)產(chǎn)生水平位移變化，分析原因有以下兩點(diǎn)：

⑴因澆筑時(shí)間為18～24小時(shí)，至少經(jīng)過(guò)1次潮汐漲落，水中施工平臺(tái)可能受水流方向、流速、水位變化的影響。

⑵泵車(chē)位置與攪拌車(chē)行使便道位于同一側(cè)，產(chǎn)生的施工振動(dòng)與施工荷載，隨著澆筑進(jìn)度的推進(jìn)，平臺(tái)兩側(cè)荷載發(fā)生變化。

4 結(jié)論

⑴基于廣州某跨河現(xiàn)澆橋梁工程，應(yīng)用多種傳感器與測(cè)量機(jī)器人（含后處理控件）組成的高支模實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案可以實(shí)時(shí)反映混凝土澆筑加載所引起的變形，起到了指導(dǎo)混凝土澆筑施工及信息化安全監(jiān)測(cè)的作用。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，沉降變形均在預(yù)警值范圍內(nèi)，在整個(gè)混凝土澆筑過(guò)程中，支撐處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。

⑵在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案中，測(cè)點(diǎn)布設(shè)根據(jù)水中施工平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載分布設(shè)置；監(jiān)測(cè)截面設(shè)置在水中施工平臺(tái)單跨跨中處，現(xiàn)澆橋梁選擇在腹板、中隔板底部，荷載較大處，左右對(duì)稱(chēng)布設(shè)，滿足監(jiān)測(cè)需求，可以有效監(jiān)測(cè)混凝土澆筑時(shí)沉降變形情況。

⑶在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)方案澆筑過(guò)程中的巡視檢查中，加入了環(huán)境變化與施工機(jī)械的內(nèi)容，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，通過(guò)綜合分析，可以提高預(yù)警準(zhǔn)確率。