矮塔斜拉橋施工監(jiān)控技術(shù)

李云杰 李長鑫 陳瑜

摘 要：隨著我國橋梁施工技術(shù)的發(fā)展，矮塔斜拉橋以其新穎的橋型被更多的采用。本文依托九江新建快速路一期跨昌九高速矮塔斜拉橋的施工監(jiān)控，對矮塔斜拉橋的施工控制方法以及施工控制中的計算方面問題進(jìn)行討論。斜拉橋通過建立全面的監(jiān)測系統(tǒng)，采用Midas軟件對全橋仿真計算，在實際施工控制過程中，對斜拉橋進(jìn)行應(yīng)力、索力、標(biāo)高的精確復(fù)核測量，得到現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)。矮塔斜拉橋的線形、應(yīng)力、索力控制均達(dá)到設(shè)計和使用要求，可為以后同類橋型施工監(jiān)控提供可借鑒的方案。

關(guān)鍵詞：矮塔斜拉橋;施工監(jiān)控;線性監(jiān)測;索力監(jiān)測

一、引言

斜拉橋施工做好施工控制才能保證橋梁施工安全進(jìn)行。矮塔斜拉橋的監(jiān)控包括索力、線形和應(yīng)力的監(jiān)控，施工中必須全面考慮才能順利完成合龍，和設(shè)計成橋狀態(tài)相符。[1]施工控制需按照合理方法對每一階段的內(nèi)力和變形進(jìn)行預(yù)測計算，為施工控制提供參考依據(jù)，在使用監(jiān)測手段在施工過程中跟蹤監(jiān)測采集實際值，提供預(yù)測值與實測值比較找出偏差位置和原因，及時調(diào)整糾偏，避免發(fā)生事故。[2]

二、調(diào)控手段

斜拉橋的施工控制通過計算預(yù)測、施工復(fù)核、分析識別、偏差修正、預(yù)測的循環(huán)過程。對于矮塔斜拉橋的內(nèi)力和線形，主要通過調(diào)控各施工階段主梁立模標(biāo)高和調(diào)整張拉索力，以變形和索力控制為主，同時兼顧內(nèi)力控制。[3]

三、工程施工概述

九江快速路系統(tǒng)（一期）部分斜拉橋主橋橋跨布置為（65+120+65）m雙塔矮塔斜拉橋，塔、梁、墩固結(jié)體系，采用C55預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)。主橋主跨跨越既有昌九高速，采用懸臂掛籃現(xiàn)澆施工方法，共設(shè)28對斜拉索。橋梁立面布置示意如下圖所示。

四、施工監(jiān)控的內(nèi)容

施工監(jiān)控的工作內(nèi)容如下：①建立橋梁計算模型，根據(jù)設(shè)計資料和現(xiàn)場實際情況，計算橋梁的理論線形數(shù)據(jù)和關(guān)鍵截面應(yīng)力數(shù)據(jù);②通過理論計算和實測數(shù)據(jù)，提供主梁各施工節(jié)段的控制標(biāo)高（預(yù)拱度），并對定位標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核;③相應(yīng)部位安裝傳感器元件，監(jiān)測懸臂工過程中主塔、主梁（預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁）控制截面上的應(yīng)力應(yīng)變;④監(jiān)測施工過程中各工況下主塔、箱梁各節(jié)段的變形和撓度：⑤監(jiān)測施工過程中橋梁各控制裁面的應(yīng)力狀態(tài)及線形狀態(tài)，對危險施工工況提出預(yù)警;⑥施工過程中各工況索力測量;七復(fù)核高程控制基準(zhǔn)點(diǎn)，全過程線形測量;⑧監(jiān)測各種施工工況下結(jié)構(gòu)的溫度變化;⑨重點(diǎn)部位的裂縫觀察。

五、施工監(jiān)控仿真計算

模型參數(shù)和整體說明：全橋主梁分2個T構(gòu)同時對稱懸臂施工，懸臂施工階段0#塊墩頂為固結(jié)。先邊跨合龍，后中跨合龍。中邊跨合龍方式都以掛籃替代吊架的方式合龍，合龍完成后再拆除掛籃。全橋主梁部分54個單元，為梁單。拉索部分索單元28個。墩搭部分為梁單元。整個施工階段按照施工工序和計算，共劃分為52施工階段。仿真計算軟件：Midas/Civil 2018。

六、仿真計算結(jié)果

（一）主梁節(jié)段施工預(yù)拱度

根據(jù)懸臂施工的特點(diǎn)，各節(jié)段在掛籃前移、澆筑混凝土和預(yù)應(yīng)力張拉過程中，主梁線形一直處于動態(tài)變化當(dāng)中，為使主梁在合龍時能夠把合龍誤差控制在限定范圍內(nèi)，且使得后期成橋線形滿足設(shè)計要求，在梁段懸臂澆筑過程中設(shè)置一定施工預(yù)拱度。[4] 本項目通過計算模型計算的FCM預(yù)拱度控制計算見表1。

七、主梁節(jié)段施工監(jiān)控

（一）主梁節(jié)段標(biāo)高立模指令

立模指令中，梁底立模標(biāo)高=梁底設(shè)計標(biāo)高+掛籃變形預(yù)抬值+施工預(yù)拱度。

關(guān)于掛籃變形預(yù)抬值，主要以預(yù)壓試驗結(jié)果和梁段撓度變形結(jié)合工程經(jīng)驗綜合得出。施工預(yù)拱度，從設(shè)計圖紙中成橋預(yù)拱度余弦曲線和施工仿真計算的預(yù)拱度得出。選擇在在早上5：30～7：30，溫度相對穩(wěn)定，箱梁梁端長度隨溫度變化小時完成掛籃立模標(biāo)高放樣和箱梁撓度變形測量復(fù)核。

（二）主梁立模時平面軸線和立模標(biāo)高的復(fù)核

主梁節(jié)段立模指令中的立模高程只給出梁端底部的高程，監(jiān)控復(fù)核高程時通過在主梁節(jié)點(diǎn)撓度測點(diǎn)預(yù)埋的方式為在測點(diǎn)處焊接鋼筋頭，焊接固定在梁段鋼筋上，頂部磨圓露預(yù)埋高度高出3cm。每個截面焊接5個（梁頂3個，梁底2個）。

（三）主梁節(jié)段撓度監(jiān)測：主梁撓度監(jiān)測采用水準(zhǔn)儀測量，精度1mm。主梁撓度測點(diǎn)測量時機(jī)。

（1）梁段澆筑前（此時梁端承重不僅包括掛藍(lán)前移后重量，而且包括模板鋼筋的重量），采集初值;（2）主梁節(jié)段澆筑完（橋面新澆凝土強(qiáng)度達(dá)到站人條件后，監(jiān)控單位測量澆筑后梁端撓度）;（3）縱向預(yù)應(yīng)力束張拉完后;（4）斜拉索張拉完后;3.主梁撓度測點(diǎn)測量時間主梁撓度測量時，要避免日照溫差影響，通常在早上8：00前進(jìn)行，并根據(jù)日出日落時間隨季節(jié)變化的規(guī)律，適時調(diào)整最佳的測量時間。[4]

（四）主梁截面應(yīng)變和溫度測點(diǎn)的布置

擬選用型號為JMZX-215（溫度）的埋入式應(yīng)變計測量主梁截面應(yīng)變。其量程為±1500με，靈敏度為1με。同時此型號傳感器同時也可測量梁體溫度，量程為-30℃～150℃，靈敏度為0.5℃。應(yīng)變和溫度傳感器的安裝在0#塊截面端部（0#塊與1#塊截面交界面），1/4L（6#與7#塊交界面）以及1/2L（跨中合龍段中部）布置主梁截面應(yīng)變計。主梁傳感器測點(diǎn)布置9個截面，每個截面5個測點(diǎn)。

八、監(jiān)控實施成果與結(jié)論

本文以九江新建快速路跨昌九高速矮塔斜拉橋為研究對象，采用Midas計算軟件對橋梁結(jié)構(gòu)的受力、變形進(jìn)行仿真計算分析，計算結(jié)果成功應(yīng)用與施工監(jiān)控。主要結(jié)論如下：（1）施工通過科學(xué)的測量系統(tǒng)控制標(biāo)高測量的精確到位。主橋懸臂施工順利合攏，合攏段最大高差15mm，線形和設(shè)計成橋狀態(tài)相符。（2）斜拉橋索力監(jiān)測通過傳感器測得可靠原始測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過修正后的索力與設(shè)計目標(biāo)索力值的偏差在允許的范圍內(nèi)，均在規(guī)范允許5%范圍內(nèi)，索力控制達(dá)到要求。（3）主梁應(yīng)力監(jiān)測通過預(yù)埋的應(yīng)力傳感器進(jìn)行測量，監(jiān)測結(jié)果顯示，各施工階段，監(jiān)測斷面的應(yīng)力均在合理范圍之內(nèi)，確保了橋梁結(jié)構(gòu)的施工安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]李贊榮（導(dǎo)師：王建華）;長安大學(xué)，碩士（專業(yè)：橋梁與隧道工程）;矮塔斜拉橋施工監(jiān)控技術(shù)研究，2008。

[2] 王軍，郄才富，張自然.預(yù)應(yīng)力砼部分斜拉橋施工監(jiān)控技術(shù)研究[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報，2002，f6）：73～77。

[3]信麗華，林玉森.矮塔斜拉橋施工監(jiān)控技術(shù)研究.西部探礦工程，2006。

[4]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制.北京：人民交通出版社，2000。