薛松

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004；2.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410004）

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某跨海大橋施工監(jiān)測(cè)及成果分析

薛松1，2

（1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004；2.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南長(zhǎng)沙 410004）

摘要：施工監(jiān)控是通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)判定橋梁各部結(jié)構(gòu)是否正常。在某跨海大橋施工中，通過(guò)對(duì)吊桿張拉過(guò)程中進(jìn)行索力、應(yīng)力和線形監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到橋梁安全可控的結(jié)論，并為落架吊桿力的計(jì)算提供了參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁；實(shí)時(shí)監(jiān)控；施工控制；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)體系會(huì)隨施工階段的變化而變化，結(jié)構(gòu)的實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)值會(huì)有偏差，加上現(xiàn)場(chǎng)施工荷載及環(huán)境變化的不確定性，將使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和線形偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)。這種偏離會(huì)對(duì)合龍過(guò)程造成很大影響，強(qiáng)行合龍對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受力狀況不利，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及結(jié)構(gòu)安全?，F(xiàn)有建設(shè)工程中，因建成后主梁線形與設(shè)計(jì)線形差異而導(dǎo)致的橋梁安全性、美觀性和行車舒適性不足的例子并不鮮見。因此，精確確定拱肋拼裝位置、通過(guò)各施工階段吊桿索力的監(jiān)測(cè)和調(diào)整獲取預(yù)先設(shè)計(jì)的主拱肋、主梁應(yīng)力狀態(tài)和線形，是施工控制中的關(guān)鍵一環(huán)。這就要求對(duì)每個(gè)施工階段進(jìn)行詳細(xì)的變形計(jì)算和受力分析，并對(duì)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取反映橋梁實(shí)際情況的數(shù)據(jù)和信息，并根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)調(diào)整相應(yīng)階段的施工狀態(tài)，使施工過(guò)程全程受控。

1　工程背景

某跨海大橋跨徑布置為（130+130）m，橋梁總寬17.5 m。主橋采用V形墩+拱索組合結(jié)構(gòu)，其中拱索組合結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)80 m，吊桿間距10 m，V形墩段長(zhǎng)100 m，跨徑組合為（30+40+30）m。主梁采用等截面預(yù)應(yīng)力砼梁，單箱三室斷面，斜腹板設(shè)計(jì)，梁高2.0 m。主墩處拱腳截面為3×3 m砼矩形截面，與拱座剛性連接。拱肋為全鋼結(jié)構(gòu)，采用2×2 m矩形鋼結(jié)構(gòu)箱形截面，鋼板壁厚均為30 mm。主拱通過(guò)PBL剪力鍵傳力于主墩拱腳砼。

2　施工監(jiān)控方案

通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中吊桿索力、應(yīng)力及位移（線形）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，為施工監(jiān)控提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，保證主梁施工過(guò)程結(jié)構(gòu)的安全并為監(jiān)控計(jì)算提供實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.1索力監(jiān)控

吊桿索力是重要設(shè)計(jì)參數(shù)，施工階段吊桿的索力狀況及索力誤差分布是評(píng)估、判斷施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀況、安全狀況及施工質(zhì)量的重要依據(jù)。索力大小將直接影響拱肋及主梁的線形、拱肋及主梁的內(nèi)力分布。因此，在施工過(guò)程中準(zhǔn)確測(cè)量索力值并把它調(diào)整到設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，是保證橋梁安全施工的關(guān)鍵。

選擇16個(gè)代表性吊桿，采用穿心式壓力傳感器和弦振式索力儀聯(lián)合測(cè)試其索力，并互相校核，其余吊桿拉索采用弦振式索力儀測(cè)試。在吊桿索張拉調(diào)整后進(jìn)行索力測(cè)試，測(cè)量范圍為已施工的全部結(jié)構(gòu)。

2.2應(yīng)力監(jiān)控

由于設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用的各項(xiàng)物理力學(xué)或時(shí)間參數(shù)和實(shí)際工程中的對(duì)應(yīng)參數(shù)不盡相同，結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力未必能達(dá)到設(shè)計(jì)計(jì)算預(yù)期的結(jié)果。因此，有必要在施工階段對(duì)結(jié)構(gòu)控制截面進(jìn)行施工應(yīng)力測(cè)試，把應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果與施工監(jiān)測(cè)中其他項(xiàng)目（索力、線形等）監(jiān)測(cè)結(jié)果相結(jié)合，更全面地判斷全橋內(nèi)力狀態(tài)。

拱肋應(yīng)力測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)選擇依據(jù)為能監(jiān)控懸臂施工階段最大計(jì)算應(yīng)力斷面的應(yīng)力水平，充分反映鋼箱拱中縱向應(yīng)力的分布規(guī)律，區(qū)分重點(diǎn)控制斷面及普通參考控制斷面，避開鋼箱拱節(jié)段拼裝時(shí)焊接收縮影響，兼顧橋梁動(dòng)、靜載試驗(yàn)對(duì)斷面及測(cè)點(diǎn)布置的要求，能充分且必要地形成拱肋應(yīng)力監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。主梁應(yīng)力測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)選擇主梁最大計(jì)算應(yīng)力斷面或特征斷面。根據(jù)該原則，預(yù)計(jì)布設(shè)測(cè)試斷面為主梁9個(gè)、拱肋14個(gè)、V形墩2個(gè)（如圖1所示），測(cè)點(diǎn)布置如圖2、圖3所示。

圖1　主梁應(yīng)力測(cè)試斷面（單位：水位為m；其他為mm）

圖2　拱肋、V形墩應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖3　主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意圖

應(yīng)力測(cè)試為每個(gè)拱肋節(jié)段進(jìn)行2次，在拱肋節(jié)段拼裝、索力調(diào)整階段進(jìn)行；測(cè)量范圍均為已施工的全部結(jié)構(gòu)。

2.3線形監(jiān)控

橋梁的現(xiàn)場(chǎng)幾何測(cè)量包括拱肋空間坐標(biāo)、主梁高程、線形及基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)等。其中幾何測(cè)量在鋼箱拱拼裝階段主要包括鋼箱拱節(jié)段位置、節(jié)段軸線等，在張拉主梁預(yù)應(yīng)力、張拉吊桿索力階段主要包含對(duì)主梁高程的監(jiān)測(cè)。

拱肋若偏離設(shè)計(jì)值會(huì)引起內(nèi)力變化，也會(huì)造成施工隱患，后期處理難度及造價(jià)也較高。因此，在鋼管拼裝、澆注砼、脫架等重要工程節(jié)點(diǎn)階段需對(duì)拱軸線偏移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)橋梁的施工狀態(tài)作出評(píng)價(jià)。主要監(jiān)控拱肋的橫向位移及拱肋在L/8、L/4、L/2、L 3/4等特征點(diǎn)的標(biāo)高。

拱肋共分為1#～16#節(jié)段，在節(jié)段前端各設(shè)置2個(gè)測(cè)量標(biāo)志，采用全站儀測(cè)量，共32個(gè)測(cè)點(diǎn)（坐標(biāo)測(cè)點(diǎn)布置如4所示）。

圖4　拱肋坐標(biāo)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.4監(jiān)控時(shí)機(jī)及頻率

幾何測(cè)量采用全橋通測(cè)，鋼拱肋節(jié)段的幾何測(cè)量在拱肋拼裝、索力調(diào)整階段進(jìn)行；主梁的高程測(cè)量在預(yù)應(yīng)力張拉階段、索力調(diào)整階段進(jìn)行。此外，每月進(jìn)行一次高程和水準(zhǔn)點(diǎn)閉合測(cè)量。在節(jié)段安裝匹配階段（特別是鋼箱拱合龍前），進(jìn)行多次密集測(cè)量以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。拱肋合龍前進(jìn)行48 h合龍口高程、軸線的連續(xù)測(cè)量，并在夜間安排2次幾何線形通測(cè)。連續(xù)觀測(cè)間隔，夜間為0.5～1 h，白天為1～2 h。控制施工階段的線形測(cè)量安排在相應(yīng)施工階段結(jié)束且在日落3～4 h（夏季、秋季為日落后4～5 h）后至次日清晨日出前進(jìn)行。

3　監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

3.1索力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

根據(jù)施工工序和該橋特點(diǎn)，索力監(jiān)測(cè)步驟為5#吊桿索力張拉→4#吊桿索力張拉→6#吊桿索力張拉→3#吊桿索力張拉→已張拉吊桿索力調(diào)整→7#吊桿索力張拉→2#吊桿索力張拉→8#吊桿索力張拉→1#吊桿索力張拉。完成1#吊桿索力張拉后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1　1#吊桿張拉后索力測(cè)試結(jié)果

落架前吊桿索力調(diào)整值以設(shè)計(jì)圖紙中要求達(dá)到的落架吊桿力和成橋吊桿力作為目標(biāo)值進(jìn)行控制，落架后吊桿力目標(biāo)值如表2所示。結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)誤差、施工誤差、施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件及梁底支架脫空現(xiàn)狀等情況，通過(guò)MIDAS2011計(jì)算分析，索力調(diào)整達(dá)到表3所示控制值后落架。

由表1～3可看出：全橋吊桿初張拉完成后，除小里程4#吊桿（差值-14%）、小里程7#吊桿（差值-15%）、大里程7#吊桿（差值-15%）偏差較大外，其他吊桿實(shí)測(cè)索力與理論計(jì)算值基本吻合；全橋在落架前處于安全可控狀態(tài)。

3.2應(yīng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

吊桿索力張拉監(jiān)測(cè)過(guò)程中，以吊桿力監(jiān)測(cè)為主、應(yīng)力監(jiān)測(cè)為輔。由于拱肋拼裝完成后鋼箱拱檢修孔封閉、鋼箱拱表面涂裝等原因，原布設(shè)完成的部分應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)無(wú)法采集數(shù)據(jù)，僅選取1#吊桿張拉完成后的應(yīng)力數(shù)據(jù)（如表4所示）進(jìn)行分析。

由表4可知：除11#斷面（大里程側(cè)梁上拱座位置，鋼混結(jié)合處）4個(gè)測(cè)點(diǎn)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值有一定偏差外，其余各測(cè)點(diǎn)數(shù)值偏差均較小，各關(guān)鍵截面應(yīng)力測(cè)試結(jié)果顯示應(yīng)力儲(chǔ)備足夠。

表2　落架吊桿力目標(biāo)值　k N

表3　落架前吊桿力控制值　k N

表4　1#吊桿張拉后應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

3.3線形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

在吊桿張拉完成后，對(duì)拱肋軸線及拱肋高程進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如表5～6所示。

從表6可知：全橋吊桿初張拉完成后，6#～8#吊桿累計(jì)豎向位移大于其他吊桿，最大拱肋豎向位移累計(jì)值為67 mm（8#吊桿），其他各吊桿位移變化值與計(jì)算值基本吻合，橋梁狀況良好。

4　結(jié)語(yǔ)

為保證橋梁的施工安全，開展施工監(jiān)測(cè)，在穩(wěn)定性條件滿足要求的情況下進(jìn)行吊桿索力、應(yīng)力及線形監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，除少數(shù)位置現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)前計(jì)算數(shù)據(jù)有一定偏差（15%左右）外，其余位置所測(cè)數(shù)據(jù)偏差均較小，說(shuō)明施工監(jiān)測(cè)方案科學(xué)可行、橋梁在施工過(guò)程中安全可控。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工方案，可為后期順利合龍?zhí)峁┍Ｕ稀?/p>

表5　拱肋軸線測(cè)量結(jié)果

表6　拱肋高程測(cè)量結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：U448.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-2668（2016）03-0176-05

收稿日期：2015-10-20