摘" 要：隨著大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，其施工安全與精度控制愈發(fā)受到重視。該文圍繞混凝土現(xiàn)澆梁與斜拉索的綜合線性內(nèi)力監(jiān)控技術(shù)展開，旨在提高施工階段的監(jiān)控效率和精確度。通過設(shè)置詳盡的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和采用高精度監(jiān)測(cè)儀器，對(duì)主塔偏位、承臺(tái)沉降和結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。預(yù)期通過實(shí)施系統(tǒng)的監(jiān)控方案，能有效控制結(jié)構(gòu)在施工過程中的偏移和變形，確保結(jié)構(gòu)安全和施工質(zhì)量。該研究強(qiáng)調(diào)精確監(jiān)控在確保大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)施工安全中的關(guān)鍵作用，為今后類似工程提供重要的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：施工監(jiān)控；混凝土現(xiàn)澆梁與斜拉索；綜合線性內(nèi)力監(jiān)控；施工安全；施工精度

中圖分類號(hào)：U445" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）03-0193-04

Abstract： With the widespread application of long-span cable-stayed bridge structures， their construction safety and accuracy control have been paid more and more attention. This article focuses on the comprehensive linear internal force monitoring technology of cast-in-place concrete beams and stay cables， aiming to improve the monitoring efficiency and accuracy during the construction stage. By setting up detailed monitoring points and using high-precision monitoring instruments， real-time monitoring of the main tower deflection， pile cap settlement and structural stress was carried out. It is expected that by implementing a systematic monitoring plan， the deviation and deformation of the structure during the construction process can be effectively controlled to ensure structural safety and construction quality. This study emphasizes the key role of accurate monitoring in ensuring the construction safety of long-span cable-stayed bridges and provides important technical reference for similar projects in the future.

Keywords： construction monitoring; cast-in-place concrete beams and stayed cable; comprehensive linear internal force monitoring; construction safety; construction accuracy

混凝土現(xiàn)澆梁與斜拉索因其卓越的承載能力和靈活的設(shè)計(jì)特性，成為各類橋梁及高層建筑的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)元素。這些結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性直接關(guān)系到人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。然而，傳統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)常因技術(shù)手段和監(jiān)控范圍的限制，難以實(shí)時(shí)、全面捕捉結(jié)構(gòu)在復(fù)雜環(huán)境與負(fù)荷作用下的內(nèi)力變化[1]，從而無法有效預(yù)警潛在的結(jié)構(gòu)安全問題。本研究旨在突破現(xiàn)有技術(shù)的局限，探索和驗(yàn)證綜合監(jiān)控技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中的有效性與可行性，以期最大化工程結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

1" 工程概況

清江市政特大橋項(xiàng)目是一項(xiàng)集現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和復(fù)雜工程技術(shù)于一體的挑戰(zhàn)性建設(shè)。該橋梁位于長(zhǎng)陽土家族自治縣，是一座長(zhǎng)度為358.5 m的中央雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用三跨高低塔布局，主要用途為雙向四車道交通。橋梁的設(shè)計(jì)充分考慮了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性，將先進(jìn)的工程技術(shù)和材料應(yīng)用于各個(gè)建設(shè)階段。

橋梁主梁部分采用全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，梁體截面設(shè)計(jì)考慮了力學(xué)性能和經(jīng)濟(jì)效益，以C55高強(qiáng)度混凝土確保長(zhǎng)期耐用性。主梁的懸臂澆筑施工方法特別適用于大跨度斜拉橋，此種施工技術(shù)有助于控制結(jié)構(gòu)在施工過程中的穩(wěn)定性。此外，主梁的縱向、橫向和豎向預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)均采用高效的錨固和張拉技術(shù)，保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力優(yōu)化分布。斜拉索作為橋梁的關(guān)鍵承載元素，采用高強(qiáng)度鋼材和先進(jìn)的防腐護(hù)套技術(shù)，確保了其在復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期性能。橋塔設(shè)計(jì)采用不對(duì)稱獨(dú)柱型，以應(yīng)對(duì)由橋面荷載產(chǎn)生的不平衡力，同時(shí)也優(yōu)化了視覺美觀性和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性。在橋面系統(tǒng)方面，采用了多層瀝青砼結(jié)構(gòu)，確保了良好的行車舒適性和耐用性。橋面設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了安全和功能性，通過合理的人行道和車道分配，以及高效的排水和防滑系統(tǒng)，確保了橋梁在各種天氣條件下的安全使用。下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和材料選擇反映了對(duì)地質(zhì)條件的深入考慮。主塔承臺(tái)和墩基采用高性能混凝土，結(jié)合深基礎(chǔ)技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的地下水流和地質(zhì)結(jié)構(gòu)。此外，橋梁支撐體系的設(shè)計(jì)采用了創(chuàng)新的固定和活動(dòng)支座系統(tǒng)，以適應(yīng)溫度變化和結(jié)構(gòu)變形。該橋的關(guān)鍵參數(shù)見表1。

整體而言，清江市政特大橋不僅是一座功能性交通設(shè)施，也是工程技術(shù)的展示平臺(tái)，其設(shè)計(jì)和施工充分體現(xiàn)了現(xiàn)代橋梁工程的高標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)要求。

2" 施工監(jiān)控技術(shù)概述

2.1" 施工監(jiān)控的作用

施工監(jiān)控的核心在于通過持續(xù)的數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化控制，確保施工過程中的結(jié)構(gòu)受力和變形始終保持在安全和合理的范圍內(nèi)[2]。這不僅涉及到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，預(yù)測(cè)成橋狀態(tài)，并據(jù)此調(diào)整施工策略。通過這種方法，可以實(shí)現(xiàn)施工中的結(jié)構(gòu)受力合理化，控制結(jié)構(gòu)變形在允許的安全范圍內(nèi)[3]。此外，施工監(jiān)控通過對(duì)施工過程中出現(xiàn)的各種影響因素，如施工荷載變化、混凝土澆筑誤差、材料彈性模量變化、溫度變化及結(jié)構(gòu)體系調(diào)整等進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。這些因素在設(shè)計(jì)階段往往難以完全預(yù)測(cè)，但其變化直接影響到結(jié)構(gòu)的線形和內(nèi)力分布，進(jìn)而影響施工質(zhì)量和橋梁的最終性能。

2.2" 施工監(jiān)控的目標(biāo)

施工監(jiān)控的目標(biāo)（表2）是確保整個(gè)建設(shè)過程中的結(jié)構(gòu)安全性和符合設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)達(dá)到高效的施工管理和質(zhì)量控制。

結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性：確保施工階段的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形接近控制目標(biāo)狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)狀態(tài)始終處于安全可控的范圍內(nèi)。通過實(shí)施有效的結(jié)構(gòu)仿真分析和對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力及變形測(cè)試，形成實(shí)時(shí)的結(jié)構(gòu)行為監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)。

異常情況的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與預(yù)警：通過持續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的應(yīng)力和變形，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題，并實(shí)施預(yù)警機(jī)制，以防止任何可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定或安全事故的情況。

監(jiān)控精度與技術(shù)規(guī)范的一致性：確保所有監(jiān)控活動(dòng)的精度符合JTG/T 3650-01—2022《公路橋梁施工監(jiān)控技術(shù)規(guī)程》和相關(guān)工程施工及質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，保證施工質(zhì)量和監(jiān)控活動(dòng)的高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

施工進(jìn)度與質(zhì)量的平衡：采取的監(jiān)控和誤差調(diào)整措施應(yīng)保證不對(duì)施工工期產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)保持結(jié)構(gòu)質(zhì)量和施工效率。

成橋后的結(jié)構(gòu)性能：監(jiān)控目標(biāo)包括確保成橋后主梁的線形平順和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布合理，以及斜拉索的索力接近設(shè)計(jì)狀態(tài)，確保長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)性能和安全。

通過上述目標(biāo)約束，保證結(jié)構(gòu)在施工過程中的內(nèi)力和線形控制在設(shè)計(jì)的安全和功能范圍之內(nèi)。

2.3" 施工監(jiān)控的計(jì)算方法

2.3.1" 前進(jìn)分析法

前進(jìn)分析法根據(jù)施工方案逐階段計(jì)算，每一階段基于前一階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行分析。這種方法適合于施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)逐步演化的情況，允許精確跟蹤結(jié)構(gòu)受力和變形的變化。計(jì)算表達(dá)式形式如下

σi+1=f（σi，i，Δi），（1）

式中：σi+1和σi分別表示第1i+1和i階段的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，i為第i階段的結(jié)構(gòu)變形，Δi為該階段施加的變形增量。

2.3.2" 倒拆分析法

倒拆分析法從假設(shè)的成橋合理狀態(tài)出發(fā)，按照施工步驟的逆過程進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析，從而確定合理的施工狀態(tài)。這種方法特別適用于需要精確控制施工結(jié)束狀態(tài)的大型橋梁工程

σi=f-1（σi+1，Δσi+1），（2）

式中：Δσi+1是從1i+1到i階段應(yīng)力的逆變化。

2.3.3" 正裝-倒拆迭代法

該方法結(jié)合了正裝和倒拆的優(yōu)點(diǎn)，通過迭代改進(jìn)計(jì)算精度，特別適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和施工精度要求極高的橋梁。迭代過程采用如下形式

σ=g（σ，Δσ），（3）

式中：n表示迭代次數(shù)（次），σ和σ分別是迭代過程中第i和1i+1階段的應(yīng)力狀態(tài)（MPa）。

2.3.4" 無應(yīng)力狀態(tài)控制法

無應(yīng)力狀態(tài)控制法基于的核心假設(shè)是，斜拉橋的各個(gè)構(gòu)件在無應(yīng)力狀態(tài)下的長(zhǎng)度和形狀是固定的。這種方法通過分析斜拉橋在完全無應(yīng)力狀態(tài)下的幾何參數(shù)，預(yù)測(cè)施工中應(yīng)維持的控制量。

在施工過程中，各構(gòu)件的無應(yīng)力狀態(tài)可以表示為

L0=L-∫dx，（4）

k0=k-∫dx，（5）

式中：L0k0分別是構(gòu)件的無應(yīng)力長(zhǎng)度（m）和無應(yīng)力曲率（1/m），L是實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度（m），是由于外部荷載、溫度變化等因素引起的應(yīng)變，k是實(shí)際曲率（1/m），M是彎矩（kN·m），EI是構(gòu)件的彎曲剛度（kN·m2）。

無應(yīng)力狀態(tài)控制法的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確計(jì)算出在施工過程中各構(gòu)件應(yīng)維持的無應(yīng)力狀態(tài)，本研究即以此為基礎(chǔ)進(jìn)行施工控制。

3" 混凝土現(xiàn)澆梁與斜拉索的綜合線性內(nèi)力監(jiān)控

3.1" 幾何參數(shù)控制

3.1.1" 塔柱線形控制

塔柱線形控制主要目的是確保橋塔在施工完畢后的幾何線形滿足設(shè)計(jì)規(guī)范，包括塔柱的直線度和垂直度。這需要在施工過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)塔柱的位移和傾斜，以及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。具體見表3。

3.1.2" 拉索錨點(diǎn)坐標(biāo)和索導(dǎo)管傾角控制

拉索錨點(diǎn)坐標(biāo)和索導(dǎo)管傾角的精確控制對(duì)于斜拉索的無應(yīng)力長(zhǎng)度和主梁的線形具有決定性影響。具體見表4。

設(shè)計(jì)參數(shù)確認(rèn)：先通過設(shè)計(jì)參數(shù)確認(rèn)每個(gè)錨點(diǎn)和索導(dǎo)管的理論位置和角度。

施工放樣：利用全站儀和其他精確測(cè)量工具，進(jìn)行初步的錨點(diǎn)和導(dǎo)管位置放樣。

預(yù)埋套筒調(diào)整：預(yù)埋套筒的位置需要預(yù)先計(jì)算包括彈性壓縮和收縮、徐變?cè)趦?nèi)的預(yù)抬高，以補(bǔ)償施工過程中的變形。

測(cè)量與調(diào)整：在錨點(diǎn)和索導(dǎo)管安裝過程中，重復(fù)測(cè)量并調(diào)整至設(shè)計(jì)位置，確保偏差控制在允許范圍內(nèi)。

復(fù)測(cè)與校正：每次調(diào)整后都需要復(fù)測(cè)，確保每一步調(diào)整都精確無誤。

3.2" 偏位監(jiān)測(cè)

偏位監(jiān)測(cè)是斜拉橋施工中的關(guān)鍵活動(dòng)，尤其是對(duì)于主塔的施工和運(yùn)營階段。主塔偏位監(jiān)測(cè)旨在確保塔體在順橋向和橫橋向的位置精確，以控制和優(yōu)化橋梁的整體線形和穩(wěn)定性。主塔偏位監(jiān)測(cè)的主要目的是評(píng)估和控制主塔在施工和成橋狀態(tài)下的位置變化[4]。主塔的偏位監(jiān)測(cè)工作在施工過程中由施工單位配合完成。使用全站儀進(jìn)行主塔頂部的偏位測(cè)量是標(biāo)準(zhǔn)做法。

具體包括以下步驟。

測(cè)量布點(diǎn)：監(jiān)測(cè)單位和施工單位需在相同的位置設(shè)置測(cè)點(diǎn)，并對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)采集：在主梁各施工節(jié)段完成后，使用全站儀測(cè)量塔頂?shù)娜S坐標(biāo)變化，從而計(jì)算出塔頂?shù)钠?。具體測(cè)量工作需要施工單位的協(xié)助。

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：主塔偏位測(cè)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在主塔頂部，每個(gè)方向設(shè)2個(gè)棱鏡，以提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

結(jié)構(gòu)完成后的測(cè)量：每完成一節(jié)主梁施工后進(jìn)行一次偏位測(cè)試。

連續(xù)監(jiān)測(cè)：為了研究溫度變化對(duì)塔頂位移的影響，選取典型氣候條件下，進(jìn)行連續(xù)24 h的偏位測(cè)量。

3.3" 承臺(tái)沉降

隨著主塔和主梁施工的推進(jìn)，承臺(tái)承受的壓力增大，可能導(dǎo)致承臺(tái)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，這對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)整體性和功能性都可能產(chǎn)生顯著影響。主塔承臺(tái)沉降監(jiān)測(cè)的主要目的是確保橋梁的上部結(jié)構(gòu)安裝精度和標(biāo)高一致性，以及維護(hù)整體結(jié)構(gòu)的受力平衡。承臺(tái)的均勻沉降雖然對(duì)結(jié)構(gòu)受力的直接影響較小，但可能會(huì)顯著影響主梁的整體標(biāo)高，導(dǎo)致與設(shè)計(jì)標(biāo)高出現(xiàn)偏差，影響橋梁與相鄰引橋的順暢連接[5]。而不均勻沉降則可能對(duì)結(jié)構(gòu)受力和上部主梁線形產(chǎn)生較大影響，因此監(jiān)測(cè)和控制沉降至關(guān)重要。

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在主塔承臺(tái)上布置沉降觀測(cè)點(diǎn)，每個(gè)承臺(tái)通常布置4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。這些觀測(cè)點(diǎn)均勻分布于承臺(tái)的關(guān)鍵位置，以全面捕捉可能的沉降行為。

監(jiān)測(cè)儀器及方法：承臺(tái)沉降的監(jiān)測(cè)主要采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行。

監(jiān)測(cè)流程包括：①初始測(cè)量，在承臺(tái)施工完成后立即進(jìn)行首次標(biāo)高測(cè)量，以建立初始數(shù)據(jù)基線。②定期跟蹤測(cè)量，隨后根據(jù)施工進(jìn)度和結(jié)構(gòu)負(fù)荷情況，定期測(cè)量承臺(tái)觀測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高變化。在主塔施工期間，建議每2個(gè)月進(jìn)行一次測(cè)量；在主梁施工期間，每完成2個(gè)梁段后進(jìn)行一次測(cè)試。

3.4" 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要是為了補(bǔ)充設(shè)計(jì)計(jì)算中的不確定性，比如物理力學(xué)參數(shù)和時(shí)間參數(shù)在實(shí)際工程中的偏差。通過對(duì)主塔和梁體的控制截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，可以提供必要的數(shù)據(jù)支持，確保設(shè)計(jì)和施工控制的準(zhǔn)確性。

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在主塔的關(guān)鍵部位，特別是塔柱根部和主梁與主塔交接截面附近，布置應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面。全橋主塔應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面共設(shè)4個(gè)，每個(gè)截面配置8個(gè)應(yīng)變傳感器。在主塔塔柱安裝并澆筑混凝土后立即進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。在上/下塔柱節(jié)段施工進(jìn)行至一半時(shí)，再次測(cè)試A-A斷面及B-B斷面的應(yīng)力。在主梁施工過程中，分別在施工完成1/4、1/2、3/4階段及合龍前后各進(jìn)行一次應(yīng)力測(cè)試。

橋面鋪裝完成后，進(jìn)行最終的應(yīng)力測(cè)試，以驗(yàn)證整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。通過這些綜合的應(yīng)力監(jiān)測(cè)措施，可以確保施工過程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)始終得到有效控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決由應(yīng)力異常引起的結(jié)構(gòu)問題，從而保障斜拉橋的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和安全性。

4" 結(jié)束語

本研究通過深入分析和實(shí)施綜合的監(jiān)控策略，預(yù)期能有效調(diào)節(jié)斜拉橋在施工過程中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保結(jié)構(gòu)的安全性和功能性。精確的施工監(jiān)控不僅能提高工程質(zhì)量，還能為未來類似的大型橋梁工程提供重要的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持，展示系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)在現(xiàn)代橋梁工程中的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李小祥.無合龍段變高度連續(xù)鋼箱梁橋頂推施工關(guān)鍵技術(shù)研究[J].結(jié)構(gòu)工程師，2024，40（1）：150-157.

[2] 吳冬國，邵國濤，金輝，等.曲線箱梁橋上下部同步糾偏施工與監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].公路工程，2023，48（6）：31-38，105.

[3] 包龍生，馮元東，包宇揚(yáng)，等.GM-BP組合預(yù)測(cè)模型在橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)用[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，38（2）：296-305.

[4] 黃斌，張國剛，曾振華，等.鉆石形主塔“塔梁同步”施工分析及控制技術(shù)研究[J].公路，2023，68（9）：195-199.

[5] 楊天偉，肖廣生.斜拉橋塔梁同步施工過程中主塔線形控制影響因素分析[J].公路，2023，68（4）：213-216.