王成

摘要 為了更好地解決固結(jié)體系矮塔斜拉橋施工問(wèn)題，文章以云南紅河州元蔓高速浪灘坡特大橋工程為依托，對(duì)其固結(jié)體系矮塔斜拉橋斜拉索施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行深入地分析。該橋采用梁塔墩互為固結(jié)體系，介于斜拉橋與連續(xù)梁之間[1]。拉索對(duì)主梁起加勁作用，可起到優(yōu)化主梁受力的目的，減小主梁和塔柱的變形。因此在浪灘坡特大橋施工監(jiān)控工作中，建立了完善的施工監(jiān)控體系，以更好地對(duì)橋梁施工過(guò)程中的線形、應(yīng)力及索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提出更具體且有針對(duì)性的監(jiān)控內(nèi)容及技術(shù)要點(diǎn)，以期為國(guó)內(nèi)同類型橋梁工程施工監(jiān)控工作提供參考，確保橋梁的施工質(zhì)量與安全。

關(guān)鍵詞 固結(jié)體系;矮塔斜拉橋;施工監(jiān)控

中圖分類號(hào) U448.23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）01-0085-06

0 引言

矮塔斜拉橋自1980年在瑞士問(wèn)世以來(lái)，由于它擁有較好的結(jié)構(gòu)性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，廣泛得到國(guó)內(nèi)外橋梁工程的應(yīng)用。隨著當(dāng)前組合式結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用與發(fā)展，越來(lái)越多的橋梁開(kāi)始嘗試采用中央雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)應(yīng)用到各地橋梁建設(shè)中，這無(wú)疑對(duì)施工提出了更高要求。為了給現(xiàn)場(chǎng)施工提供正確的指導(dǎo)，保證質(zhì)量和安全，必須高度重視并做好施工監(jiān)控，明確施工監(jiān)控各項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)。

1 施工監(jiān)控意義

矮塔斜拉橋從開(kāi)工建設(shè)直至通車(chē)運(yùn)行，經(jīng)歷主要工況分別為：基礎(chǔ)施工、墩身及塔柱施工、懸臂施工、拉索張拉及橋面系施工等。當(dāng)前成熟的理論可便捷地求出各主要施工階段的預(yù)拱度值及變形，但結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的實(shí)際變形未必能夠完美達(dá)到預(yù)期理論目標(biāo)值，主要源于諸多因素的直接或間接的干擾，如設(shè)計(jì)彈性模量值及強(qiáng)度、混凝土的收縮徐變系數(shù)、施工臨時(shí)荷載及結(jié)構(gòu)尺寸等，和工程實(shí)例的相應(yīng)參數(shù)表現(xiàn)不完全吻合，在施工全過(guò)程保證主梁三維姿態(tài)偏差不超過(guò)容許值，怎樣保證合龍后大橋線形順暢，怎樣避免施工過(guò)程主梁應(yīng)力超限等問(wèn)題，怎樣確保成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)要求相吻合等都需進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)調(diào)控解決。大橋施工階段，施工誤差和工序工法的調(diào)整以及臨時(shí)施工荷載的作用都會(huì)讓大橋結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力變化，影響大橋在全施工周期至成橋的狀態(tài)結(jié)構(gòu)的安全。

施工監(jiān)控可以為橋梁建設(shè)過(guò)程保駕護(hù)航，為其在運(yùn)營(yíng)期能夠更好地發(fā)揮設(shè)計(jì)服務(wù)能力打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，國(guó)內(nèi)外特大跨徑矮塔斜拉橋、矮塔斜拉橋出現(xiàn)了因混凝土徐變、收縮、預(yù)應(yīng)力損失等因素產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損傷現(xiàn)象。為保證浪灘坡大橋在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)成橋線形、索力及內(nèi)力處于安全可控狀態(tài)，滿足相關(guān)規(guī)范要求，需對(duì)該橋進(jìn)行施工全過(guò)程監(jiān)控監(jiān)測(cè)。

2 工程概況

浪灘坡特大橋位于元蔓高速公路紅河段，為元蔓高速公路控制性工程之一。主橋橋跨布置為：（136+240+136）m固結(jié)體系矮塔斜拉橋，主橋橋長(zhǎng)512 m。

大橋主梁采用變截面單箱三室斜腹箱梁，主梁根部梁高為8.2 m，梁端部等截面段梁高為4 m。梁高按二次拋物線變化。0節(jié)段塊長(zhǎng)12 m，梁高變化段兩側(cè)各86 m，邊跨等高梁段每側(cè)44.79 m，中跨等高梁段58 m。箱梁頂寬26.8 m，底寬14.224～16.324 m。懸臂板長(zhǎng)4.5 m，頂板厚28 cm，底板厚度由跨中32 cm逐漸加大至根部為140 cm，0節(jié)段內(nèi)底板厚170 cm。主塔采用等截面矩形實(shí)心斷面，平面尺寸為6 m（縱向）×2.6 m（橫向），橋面以上塔高44 m，位于中央分隔帶，與主梁固結(jié)。主墩采用鋼筋混凝土薄壁空心變截面墩，墩底設(shè)正方形承臺(tái)加群樁基礎(chǔ)，橋臺(tái)均為重力式橋臺(tái)。橋型布置圖如圖1所示。

3 監(jiān)控內(nèi)容

3.1 幾何（變形）控制

無(wú)論采用何種工法，大橋施工控制原則是以變形控制為主，變形和應(yīng)力綜合考慮，嚴(yán)格控制各關(guān)鍵截面的變形和偏位，通過(guò)理論計(jì)算分析預(yù)測(cè)撓度發(fā)展趨勢(shì)。主梁線形控制主要依據(jù)施工過(guò)程仿真計(jì)算和主梁各節(jié)段撓度及立模高程來(lái)實(shí)現(xiàn)，主梁撓度及高程調(diào)控是通過(guò)對(duì)梁頂、底高程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再結(jié)合理論分析值進(jìn)行調(diào)控實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，前提要設(shè)立相應(yīng)的施工監(jiān)控網(wǎng)，通過(guò)對(duì)施工階段主梁每節(jié)段高程實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，觀測(cè)施工全程大橋線形的變化狀況，以確保懸澆施工的合龍平面高差控制在規(guī)定允許的范圍[2]。

該工程矮塔斜拉橋施工控制高程以成橋后10年作為混凝土收縮、徐變影響的控制條件，特殊情況下可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)延長(zhǎng)計(jì)算影響時(shí)間。

3.2 應(yīng)力監(jiān)控

大橋的應(yīng)力測(cè)試成果既可用于評(píng)判大橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)安全和成橋后的狀態(tài)，反映大橋在各工況下的應(yīng)力水平，又可用來(lái)評(píng)價(jià)施工質(zhì)量，為同類型橋梁設(shè)計(jì)理論提供可靠依據(jù)。針對(duì)該橋梁而言，受設(shè)計(jì)參數(shù)、施工狀態(tài)和橋梁計(jì)算分析模型誤差等因素的影響，大橋?qū)嶋H應(yīng)力水平與設(shè)計(jì)應(yīng)力很難完全契合。對(duì)此，需要剔除結(jié)構(gòu)非受力應(yīng)變，在布設(shè)工作應(yīng)力元件時(shí)，同時(shí)布設(shè)無(wú)應(yīng)力計(jì)，測(cè)試結(jié)構(gòu)非工作應(yīng)力，從而計(jì)算獲得大橋結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作應(yīng)力[3]。

該工程在大橋上部結(jié)構(gòu)及3號(hào)、4號(hào)橋墩的左右幅控制斷面布設(shè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)控制斷面的應(yīng)力變化及分布情況?？膳卸ù髽蛟谑┕ぜ俺蓸蚝笾鲬?yīng)力是否在設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的控制范圍內(nèi)。

3.3 索力控制

對(duì)于該項(xiàng)目，拉索索力控制為最關(guān)鍵控制因素之一，其直接影響主梁及主塔的內(nèi)力和線形。大橋在全施工周期精準(zhǔn)測(cè)試各工況下的真實(shí)索力水平，再與理論值進(jìn)行分析對(duì)比，對(duì)確保成橋后結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力和線形是相當(dāng)重要的[4]。對(duì)此，要在上部結(jié)構(gòu)施作之前對(duì)斜拉索的每步工況進(jìn)行詳盡地分析計(jì)算，并在大橋上部施工階段，對(duì)拉索索力進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，適時(shí)調(diào)控，保證施工階段結(jié)構(gòu)受力和變形狀態(tài)始終滿足控制指標(biāo)，保證順利合龍。

該橋采用基頻法進(jìn)行索力測(cè)試，同時(shí)結(jié)合穿心式錨索計(jì)進(jìn)行相互比對(duì)校核。由拉索張力與其基頻之間建立關(guān)系，后續(xù)通過(guò)換算獲得索力[5]。

3.4 主塔控制

主塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，關(guān)鍵截面實(shí)測(cè)應(yīng)力值需不大于施工階段理論計(jì)算容許應(yīng)力，索塔尺寸和垂直度應(yīng)在容許偏差范圍;同時(shí)斜拉索的索力、傾角等均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求[6]。索塔施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容有：主塔的標(biāo)高、位移及傾斜度量測(cè)，主塔塔身控制斷面應(yīng)力測(cè)試等;拉索的錨點(diǎn)的位置復(fù)核，套管的傾角復(fù)核等。

主塔施工監(jiān)控的目標(biāo)是為了讓大橋在所有施工步驟和成橋后恒載作用下的最終目標(biāo)線形能夠滿足要求。主塔的施工控制有兩個(gè)主要內(nèi)容，包括：（1）塔柱根部應(yīng)力監(jiān)控;（2）塔柱線形監(jiān)控。

4 仿真計(jì)算

在對(duì)浪灘坡特大橋施工階段模擬計(jì)算分析時(shí)，計(jì)算模型利用有限元軟件邁達(dá)斯Civil，將其簡(jiǎn)化為空間三維梁?jiǎn)卧?，斜拉索采用桁架單元建立，每個(gè)節(jié)段的懸臂現(xiàn)澆工況劃分為：掛籃就位與調(diào)?！?jié)段懸澆→預(yù)應(yīng)力張拉→拉索張拉四個(gè)工序階段。全橋結(jié)構(gòu)的形成分為施工和運(yùn)營(yíng)階段，讓全施工階段出現(xiàn)的荷載、邊界約束、時(shí)程工序的調(diào)整都能在計(jì)算模型中得到直觀地展現(xiàn)[7]。其計(jì)算結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

對(duì)于采用懸澆法施工的矮塔斜拉橋，后續(xù)節(jié)段是通過(guò)預(yù)應(yīng)力束及混凝土與前一節(jié)段相接而成，因此，每節(jié)段施工工況都是緊密關(guān)聯(lián)的。分析每個(gè)施工節(jié)段及成橋后結(jié)構(gòu)的線形和受力特點(diǎn)就變得不可或缺。為了讓結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)能達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，確定每個(gè)施工節(jié)段線形和控制應(yīng)力是大橋懸澆施工過(guò)程中首要任務(wù)之一，控制主梁每節(jié)段的預(yù)拱度尤為重要。因?yàn)楹淆埱埃瑑蓱冶鄱烁卟顟?yīng)該盡量保持在同高程上。大橋施工和運(yùn)營(yíng)階段，上部結(jié)構(gòu)的線型及應(yīng)力變化較為頻繁，對(duì)此，可根據(jù)各施工階段以及成橋狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果，在主梁施工之前，應(yīng)對(duì)后續(xù)節(jié)段施工過(guò)程的內(nèi)力和形變進(jìn)行預(yù)測(cè)，作為后續(xù)節(jié)段施工過(guò)程控制的指標(biāo)，在后續(xù)節(jié)段施工完成后，需根據(jù)實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值對(duì)比的結(jié)果，如果實(shí)測(cè)值與理論值存在較大差異，需分析產(chǎn)生差異因素并在后續(xù)節(jié)段施工中采取對(duì)應(yīng)的調(diào)整措施。

為了更好地解決上述問(wèn)題，在浪灘坡特大橋的施工控制工作中，從正裝計(jì)算分析和實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)分析兩方面著手，相互矯正，讓成橋狀態(tài)的大橋線形、內(nèi)力等方面均能滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

5 監(jiān)控成果分析

5.1 主梁線形及應(yīng)力控制成果

線形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)成橋線形及內(nèi)力狀態(tài)最主要的依據(jù)。為盡量減小橋址環(huán)境溫度的影響，變形的監(jiān)測(cè)需安排在溫度較為恒定的時(shí)間段，在早晨結(jié)構(gòu)未受陽(yáng)光輻射氣溫影響之前進(jìn)行。在全施工過(guò)程，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)工況包括：每施工節(jié)段澆筑前后、張拉預(yù)應(yīng)力后和合龍前后的線形、應(yīng)力變化值。應(yīng)力監(jiān)測(cè)與變形觀測(cè)同步。

觀測(cè)成果的準(zhǔn)確性是進(jìn)行最優(yōu)控制的前提。對(duì)每施工節(jié)段的變形及應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，需進(jìn)行詳盡對(duì)比分析。這里僅給出大橋合龍后主梁撓度及應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與理論值的對(duì)比圖，如圖3。

該次對(duì)浪灘坡特大橋考慮成橋10年后收縮徐變系數(shù)設(shè)置了足夠的預(yù)拱度值。經(jīng)過(guò)對(duì)大橋合龍后實(shí)測(cè)高程值與理論高程值的對(duì)比分析、相對(duì)高差測(cè)量等，主梁實(shí)測(cè)高程值與理論高程值偏差較小，成橋線形滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，達(dá)到了預(yù)期控制目標(biāo)。

重點(diǎn)列舉0號(hào)節(jié)段應(yīng)力值，監(jiān)測(cè)應(yīng)力反映的是隨施工過(guò)程該控制截面的應(yīng)力變化（如圖4、圖5）。成果顯示大橋施工階段應(yīng)力變化均勻，未見(jiàn)異常，應(yīng)力值偏差控制在容許范圍，滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5.2 索塔位移及應(yīng)力控制成果

在浪灘坡特大橋施工監(jiān)控過(guò)程中，對(duì)每一工況，依據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不斷調(diào)整施工控制參數(shù)，從而精確的模擬分析結(jié)構(gòu)真實(shí)狀態(tài)，見(jiàn)表1。針對(duì)每個(gè)工況，均對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)應(yīng)力數(shù)據(jù)參照理論值對(duì)比分析，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作詳細(xì)分析?，F(xiàn)將塔身每節(jié)澆注完成和主梁澆筑后實(shí)測(cè)結(jié)果與理論結(jié)果對(duì)比如圖6、圖7。

5.3 拉索索力監(jiān)控成果

對(duì)于斜拉橋，斜拉索索力是最為關(guān)鍵因素之一，會(huì)直接影響主梁及主塔內(nèi)力、撓度，對(duì)此，不僅要在施工之前對(duì)大橋的索力在主梁每節(jié)段進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算及分析，還要在施工全過(guò)程，對(duì)已張索力實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況擇機(jī)調(diào)索，確保大橋在全施工過(guò)程的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和形變始終滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，保證順利合龍。

浪灘坡特大橋?qū)π崩鞯谋O(jiān)測(cè)主要體現(xiàn)在斜拉索施工張索階段以及成橋后索力監(jiān)測(cè)階段，每根斜拉索均設(shè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)位于拉索根部和主梁上部1.2 m處。為了保證斜拉索索力滿足設(shè)計(jì)和施工要求，施工中采用錨索計(jì)和頻譜法兩種方法對(duì)斜拉索索力進(jìn)行索力監(jiān)測(cè)，主要以錨索計(jì)監(jiān)測(cè)為主，頻譜法為輔。在成橋索力監(jiān)測(cè)中，以頻譜法為主，錨索計(jì)監(jiān)測(cè)為輔?，F(xiàn)將拉索實(shí)測(cè)索力與理論索力對(duì)比如圖8。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)大橋全施工過(guò)程予以嚴(yán)格控制來(lái)滿足安全方面的要求。其中，高程偏差不超過(guò)±20 mm，相鄰兩個(gè)階段的高差不超過(guò)10 mm，合攏高差不超過(guò)20 mm，合龍時(shí)懸臂端高差滿足小于技術(shù)指標(biāo)限值，全橋線形平順度良好，體系轉(zhuǎn)化后內(nèi)力狀態(tài)與設(shè)計(jì)及規(guī)范吻合。對(duì)關(guān)鍵控制截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，所有塊段掛籃移動(dòng)前后→澆筑→張拉分別測(cè)量各控制截面實(shí)際內(nèi)力，根據(jù)關(guān)鍵控制截面應(yīng)力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果為后續(xù)橋梁施工提供精確指導(dǎo)。依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，處于施工狀態(tài)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，主梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C55時(shí)，最大壓應(yīng)力不超過(guò)24.85 MPa，最大拉應(yīng)力不超過(guò)1.918 MPa，該橋有效預(yù)應(yīng)力可靠，主梁應(yīng)力未超限，大橋?qū)嶋H受力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。實(shí)測(cè)索力值在允許±3%范圍內(nèi)，成橋后主塔基本垂直，傾斜度偏差小于塔高的H/3000，索力、塔偏滿足設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范。在浪灘坡特大橋施工過(guò)程，監(jiān)控單位密切跟蹤每個(gè)施工環(huán)節(jié)，成功將施工控制技術(shù)用于該橋的工程建設(shè)中，由此確保該橋順利合龍，并正常通車(chē)運(yùn)營(yíng)。該橋梁項(xiàng)目的施工監(jiān)控在不同方面都得到了很大的提高，形成總體報(bào)告，可以為之后其他類似橋梁施工提供參考借鑒。

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