淺談混凝土斜拉橋的施工監(jiān)控
關(guān)鍵詞：混凝土斜拉橋，施工監(jiān)控
1引言
斜拉橋施工監(jiān)控的主要任務(wù)是控制主梁的標(biāo)高和線形，保證施工的質(zhì)量、安全和結(jié)構(gòu)內(nèi)力及結(jié)構(gòu)線形符合設(shè)計(jì)要求。由于斜拉橋的結(jié)構(gòu)形式和施工工藝，斜拉索對(duì)主梁的作用相當(dāng)于較密集的彈性支撐，隨主梁施工的進(jìn)展，當(dāng)改變后續(xù)節(jié)段的索力時(shí)，前邊已施工梁段的標(biāo)高和線形就會(huì)發(fā)生變化，由于諸多因素的影響，這種變化是很難準(zhǔn)確計(jì)算的。而通過(guò)調(diào)節(jié)立模標(biāo)高來(lái)調(diào)節(jié)主梁的標(biāo)高和線形是斜拉橋施工最有效的辦法，因受許多隨機(jī)因素的影響，立模標(biāo)高的確定就不能僅僅依靠設(shè)計(jì)單位提供的數(shù)據(jù)，而是由施工監(jiān)控根據(jù)實(shí)際的施工工序、實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)獲取各類參數(shù)，對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)理論分析和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算；對(duì)每一施工階段，根據(jù)分析驗(yàn)算結(jié)果給出其斜拉索的張拉力、梁段標(biāo)高的施工監(jiān)控指令參數(shù)；由施工單位在監(jiān)理的監(jiān)督下按照施工監(jiān)控指令的要求實(shí)施相應(yīng)的立模、澆筑、張拉等工作，并反饋實(shí)施效果參數(shù)（如標(biāo)高、坐標(biāo)等）。監(jiān)控單位還要采集其他各類施工反饋參數(shù)進(jìn)行施工誤差狀態(tài)分析；以應(yīng)力預(yù)警體系及施工誤差容許度指標(biāo)對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行安全度評(píng)價(jià)和災(zāi)害預(yù)警；對(duì)不合理的誤差狀態(tài)提出調(diào)整措施。這樣，才能保證結(jié)構(gòu)的受力和變形始終處于安全的范圍內(nèi)，成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形符合設(shè)計(jì)要求。
2施工監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置、安裝
2.1工程概況
某斜拉橋主跨為208m+270m+35m+30m預(yù)應(yīng)力混凝土獨(dú)塔雙索面不對(duì)稱斜拉橋，橋梁全長(zhǎng)1573m，主橋?yàn)樗汗探Y(jié)體系，索塔為“H”形，塔柱高145.20m，矩形空心截面。塔柱順橋向?qū)?.60米，橫橋向?qū)?.00米。主梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土，橫斷面為單箱三室流線形箱梁，梁寬29.5m，梁頂設(shè)2%雙向橋面橫坡。
2.2箱梁應(yīng)力測(cè)試原理
索塔及主梁應(yīng)力測(cè)試采用埋置帶溫度傳感器的混凝土應(yīng)變計(jì)，根據(jù)實(shí)測(cè)的彈模及應(yīng)變數(shù)值可以獲得測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)力值。
應(yīng)變計(jì)在混凝土澆筑前就固定在鋼筋骨架上，并記錄初始應(yīng)變讀數(shù)ε0。當(dāng)混凝土澆筑后隨各施工過(guò)程的進(jìn)行梁段內(nèi)的應(yīng)變計(jì)會(huì)因受力產(chǎn)生變形，采用精密電子設(shè)備來(lái)測(cè)定測(cè)點(diǎn)處的微應(yīng)變，從而可確定測(cè)點(diǎn)處混凝土的應(yīng)力。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)測(cè)點(diǎn)所在梁段混凝土澆筑后數(shù)年內(nèi)會(huì)由于各種原因產(chǎn)生較大的非受力應(yīng)變，因此測(cè)得的應(yīng)變還需要針對(duì)該種情況進(jìn)行修正，因此采用在無(wú)應(yīng)力試塊內(nèi)埋設(shè)混凝土計(jì)的方法來(lái)修正上述情況帶來(lái)的誤差。應(yīng)力測(cè)量結(jié)果與施工監(jiān)控中其它測(cè)量結(jié)果相結(jié)合能全面地判斷全橋的內(nèi)力狀態(tài)，形成一種較好的預(yù)警機(jī)制，從而能更安全可靠地實(shí)施施工監(jiān)控。
2.3應(yīng)力測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置
2.3.1索塔應(yīng)力測(cè)點(diǎn)
主橋索塔上埋置鋼弦計(jì)或自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（含溫度傳感器）的截面位置如圖1所示。
索塔應(yīng)力測(cè)試截面設(shè)置三個(gè)，分別位于塔柱上游和下游側(cè)每肢的0#塊上方、中橫梁下方和上塔柱中部。中塔柱與下塔柱應(yīng)力測(cè)試斷面，每肢的每一斷面埋設(shè)4個(gè)鋼弦計(jì)或自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（含溫度傳感器），位置分別如圖2和圖3所示。其斷面的具體位置（高程位置）根據(jù)索塔施工時(shí)澆注混凝土段的劃分來(lái)確定。各鋼弦計(jì)或自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（含溫度傳感器）的導(dǎo)線引至索塔處主梁位置附近匯集，以方便測(cè)試及保護(hù)。
2.3.2主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)
預(yù)應(yīng)力混凝土主梁上埋設(shè)混凝土計(jì)或自補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)（含溫度傳感器）的截面位置如圖4所示，主要用于監(jiān)測(cè)在主梁塊件懸臂施工過(guò)程中的主梁應(yīng)力狀態(tài)，圖中的測(cè)點(diǎn)位置按常規(guī)設(shè)置，但可以根據(jù)施工過(guò)程中主梁應(yīng)力情況經(jīng)計(jì)算分析后改變測(cè)點(diǎn)位置。
主跨設(shè)置6個(gè)斷面，邊跨4個(gè)斷面，每個(gè)主梁應(yīng)力測(cè)試橫斷面上布置測(cè)試元件14—16個(gè)（應(yīng)力測(cè)試斷面各元件的埋設(shè)位置如圖5所示），各元件導(dǎo)線的餓線頭引在主梁混凝土箱內(nèi)中腹板上，每個(gè)截面上應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)數(shù)量、位置、元件導(dǎo)線引出形式等將在埋設(shè)元件的實(shí)施方案中具體給出。
在施工階段的應(yīng)力測(cè)試中，每一斷面內(nèi)各測(cè)點(diǎn)導(dǎo)線編號(hào)后匯于集線器中以便進(jìn)行集中測(cè)試。在混凝土內(nèi)的導(dǎo)線應(yīng)被PVC管所保護(hù)，集線器設(shè)置保護(hù)罩，并有明顯的警示標(biāo)志。
以上測(cè)試端面的布置及測(cè)點(diǎn)的數(shù)量已綜合考慮了運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的需要。
3施工監(jiān)控的工作內(nèi)容、程序和要求
3.1工作內(nèi)容
施工監(jiān)控的工作內(nèi)容包括：施工監(jiān)控方案的制定；監(jiān)測(cè)體系的建立；設(shè)計(jì)計(jì)算的復(fù)算核對(duì)；施工監(jiān)控前期計(jì)算；施工過(guò)程中的應(yīng)力、索力、溫度等測(cè)試；施工過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤和預(yù)測(cè)分析；提出每個(gè)階段施工控制指令數(shù)據(jù)；對(duì)每五個(gè)梁段或關(guān)鍵工序的預(yù)測(cè)與實(shí)施情況做出評(píng)價(jià)；施工控制結(jié)束后提交總的施工控制報(bào)告。
3.1.1某大橋應(yīng)力測(cè)試工作內(nèi)容
在主梁施工中應(yīng)力測(cè)試工作主要包括：測(cè)試元件的安裝調(diào)試、施工期間的數(shù)據(jù)采集、測(cè)試數(shù)據(jù)的分析整理和測(cè)試結(jié)果的總結(jié)四大部分。
安裝調(diào)試階段的工作包括混凝土應(yīng)變計(jì)的安裝、導(dǎo)線的布置、集線器的安裝、初始讀數(shù)的采集等工作。
施工期間的數(shù)據(jù)采集是根據(jù)測(cè)試進(jìn)度的安排，隨主梁施工的進(jìn)度分階段采集各測(cè)試端面上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)。應(yīng)力測(cè)試一般在各關(guān)鍵施工階段完成后進(jìn)行，對(duì)梁段正常施工階段中則應(yīng)根據(jù)施工監(jiān)控中出現(xiàn)的實(shí)際情況來(lái)決定是否需增加進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。
測(cè)試數(shù)據(jù)的分析整理是指對(duì)采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)應(yīng)力異常的施工階段提出應(yīng)力預(yù)警報(bào)告，并按一定周期提供應(yīng)力測(cè)試階段報(bào)告。
測(cè)試結(jié)果的總結(jié)是指在主梁施工全部結(jié)束后，對(duì)施工階段的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行匯總及分析，提交應(yīng)力測(cè)試總結(jié)報(bào)告。
3.1.2主梁施工中應(yīng)力測(cè)試工作時(shí)間安排
�。�1）安裝調(diào)試階段
安裝調(diào)索應(yīng)在斷面所在梁段鋼筋綁扎期間同步進(jìn)行，并在鋼筋綁扎完成前完成元件的安裝，導(dǎo)線的布置，集線器的連線，并進(jìn)行元件的調(diào)試及初讀數(shù)。
�。�2）施工階段數(shù)據(jù)采集及分析整理
數(shù)據(jù)采集通常在每個(gè)梁段完成后，掛藍(lán)前移前完成。索塔應(yīng)力測(cè)試平均每隔5個(gè)梁段進(jìn)行一次，次測(cè)試完成后，對(duì)應(yīng)力幅度進(jìn)行評(píng)價(jià)，隨施工監(jiān)控報(bào)表作出應(yīng)力狀態(tài)安全與否的判斷，對(duì)應(yīng)力異常的情況提出預(yù)警報(bào)告。在施工中分三次提供應(yīng)力測(cè)試階段報(bào)告，分別為邊跨合龍前，中跨合龍前以及通車運(yùn)營(yíng)前。
�。�3）測(cè)試結(jié)果總結(jié)
在主橋施工結(jié)束后一個(gè)月內(nèi)提交施工階段應(yīng)力測(cè)試結(jié)果總結(jié)報(bào)告。在主橋動(dòng)靜載試驗(yàn)前一周內(nèi)移交各測(cè)試元件的初始讀數(shù)及測(cè)試元件的工作狀況。
3.2工作程序和要求
3.1.1施工監(jiān)控前期計(jì)算
制定監(jiān)控方案、建立監(jiān)測(cè)體系、復(fù)核設(shè)計(jì)計(jì)算、了解施工過(guò)程、方法、臨時(shí)荷載和預(yù)計(jì)工期等，為計(jì)算作準(zhǔn)備。按照施工方案、條件和參數(shù)建立結(jié)構(gòu)時(shí)變體系模型，并進(jìn)行計(jì)算分析，求出成橋狀態(tài)和每個(gè)施工階段狀態(tài)，包括索力、位移、結(jié)構(gòu)內(nèi)力和應(yīng)力、支座反力、各梁段施工線形等，為后續(xù)的實(shí)時(shí)施工控制提供基本數(shù)據(jù)。
3.1.2施工過(guò)程中的應(yīng)力、索力、溫度等測(cè)試
�。�1）主梁和橋塔應(yīng)力測(cè)試
測(cè)試時(shí)間：橋塔施工過(guò)程中每隔3—4個(gè)節(jié)段測(cè)試一次。在每個(gè)梁段施工過(guò)程中，對(duì)澆筑混凝土、張拉斜拉索工序進(jìn)行測(cè)試；完成掛籃前移，測(cè)量前面已成梁段及相鄰梁段上3個(gè)點(diǎn)標(biāo)高（如圖6所示）。
由于立模標(biāo)高是以主梁底面為基準(zhǔn)的，為了在澆筑混凝土后能夠準(zhǔn)確測(cè)量主梁標(biāo)高，需要將高程測(cè)點(diǎn)移到主梁頂面。高程測(cè)點(diǎn)在梁段的鋼筋綁扎階段進(jìn)行預(yù)埋。采用Φ16鋼筋牢固定位于頂板鋼筋骨架上，測(cè)點(diǎn)鋼筋頂面車成半球形頂面，冠頂應(yīng)高出混凝土面2cm�；炷翝仓梆B(yǎng)生完成后對(duì)測(cè)點(diǎn)處混凝土面清整并用紅油漆畫圓及編號(hào)。在每一梁段上測(cè)點(diǎn)的具體布置如圖7所示。其中梁段軸線上的測(cè)點(diǎn)為主控制點(diǎn)，上下游處的測(cè)點(diǎn)為輔助測(cè)點(diǎn)。主梁軸線測(cè)點(diǎn)采用在主梁高程測(cè)點(diǎn)中心的主控測(cè)點(diǎn)上可十字絲的辦法設(shè)置。
測(cè)量要求：各測(cè)量階段的測(cè)量時(shí)間應(yīng)根據(jù)主梁的施工進(jìn)度完成情況安排在晚十時(shí)（夏、秋季為晚十一時(shí)）以后至次日清晨八時(shí)（夏、秋季為七時(shí)）以前進(jìn)行。每個(gè)施工階段都要進(jìn)行高程測(cè)量，平均每隔5個(gè)梁段安排主梁標(biāo)高通測(cè)并校核測(cè)量基點(diǎn)。在邊跨及中跨合攏前后、塔梁約束解除后以及調(diào)索前后必須安排標(biāo)高通測(cè)。高程測(cè)量的精度要求為1mm。為達(dá)到該測(cè)量精度，建議采用精密水準(zhǔn)儀配瓦尺進(jìn)行測(cè)量�；虿捎�2秒級(jí)全站儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度要求為2mm/60m。為達(dá)到該測(cè)量精度，建議采用J2級(jí)經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量，后采用2秒級(jí)全站儀進(jìn)行測(cè)量。
安裝模板，根據(jù)施工控制指令要求的時(shí)間，調(diào)整掛籃，達(dá)到指令立模標(biāo)高；完成綁扎鋼筋、澆筑混凝土后，測(cè)量主兩前端頂面表高、掛籃變形；完成張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，測(cè)量主梁和索塔變形（索塔測(cè)試斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖8）。對(duì)其他關(guān)鍵階段，如合龍、橋面鋪裝、調(diào)索等也要進(jìn)行測(cè)試。
�。�2）索力測(cè)試
測(cè)試時(shí)間：與應(yīng)力測(cè)試時(shí)間基本相同，但在每個(gè)梁段施工過(guò)程中，只測(cè)試新安裝斜拉索和其前面4對(duì)索的索力。在每進(jìn)行5個(gè)梁段施工后以及在合龍前、成橋調(diào)索前后、橋面鋪裝前后等都要進(jìn)行全橋索力通測(cè)；對(duì)于1#—7#索，由于安裝有穿心式索力傳感器（如圖8所示），所以測(cè)試采用傳感器、頻率式索力儀和千斤頂油壓表相互對(duì)照的方式進(jìn)行測(cè)試，對(duì)于8號(hào)及以后各斜拉索，則采用頻率式索力儀和千斤頂油壓表相互對(duì)照的方式進(jìn)行測(cè)試。
測(cè)試要求：斜拉索張拉采用荷載分級(jí)張拉方式，調(diào)索采用整體張拉方式，并采用索力和伸長(zhǎng)量雙控的方法。若其中一項(xiàng)指標(biāo)先達(dá)到限值而另一項(xiàng)還未達(dá)到，則由監(jiān)控單位根據(jù)標(biāo)高、內(nèi)力的情況進(jìn)行綜合判斷，決定是否結(jié)束索力調(diào)整。
�。�3）溫度測(cè)試
測(cè)試時(shí)間：與應(yīng)力測(cè)試時(shí)間基本相同；除測(cè)試環(huán)境溫度外，還要利用埋設(shè)在結(jié)構(gòu)中的溫度傳感器測(cè)試結(jié)構(gòu)溫度。
�。�4）混凝土強(qiáng)度、彈性模量、容重測(cè)試
每個(gè)梁段都必須制備混凝土強(qiáng)度試件，待達(dá)到規(guī)定齡期后進(jìn)行測(cè)試。每隔五個(gè)梁段或更換了骨料、水泥、配合比、水等材料都必須進(jìn)行混凝土彈性模量測(cè)試。素混凝土容重正常情況下只測(cè)一次，對(duì)于改變了材料的情況必須重新測(cè)試。容重的測(cè)試采用250×250×500mm的長(zhǎng)方體塊件，在與梁段相同條件下養(yǎng)護(hù)，分別在3天、7天、28天齡期時(shí)用磅秤稱重。
3.1.3施工過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤和預(yù)測(cè)分析
收集本階段的全部反饋信息，包括各種測(cè)試測(cè)量數(shù)據(jù)；對(duì)于施工單位經(jīng)監(jiān)理反饋的信息，要有專人簽收；對(duì)本階段的實(shí)際實(shí)施效果做出評(píng)估，對(duì)誤差進(jìn)行分析；對(duì)計(jì)算模型和參數(shù)進(jìn)行分析、識(shí)別和調(diào)整，重新分階段反復(fù)計(jì)算直到成橋階段逼近設(shè)計(jì)狀態(tài)為止；如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的誤差對(duì)成橋狀態(tài)有較大的影響，要及時(shí)通報(bào)給業(yè)主和設(shè)計(jì)單位；如果需要對(duì)施工方法和結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，要提出調(diào)整方案。
3.1.4提出每個(gè)階段施工控制指令數(shù)據(jù)
確認(rèn)計(jì)算分析無(wú)誤后，提出下個(gè)階段的施工控制指令數(shù)據(jù)；發(fā)布其他控制要求指令，將視現(xiàn)場(chǎng)施工情況通知相關(guān)單位進(jìn)行。如：進(jìn)行掛藍(lán)剛度測(cè)定、混凝土彈性模量測(cè)定的工作，進(jìn)行標(biāo)高或索力重新測(cè)量的工作，進(jìn)行臨時(shí)荷載分布調(diào)查或進(jìn)行臨時(shí)荷載限制的工作等。
3.1.5對(duì)每五個(gè)梁段或關(guān)鍵工序的預(yù)制與實(shí)施情況做出評(píng)價(jià)
在每五個(gè)梁段或關(guān)鍵工序施工完成后，寫出對(duì)其預(yù)測(cè)與實(shí)施情況的分析評(píng)價(jià)，必要是提出對(duì)后續(xù)梁段施工改進(jìn)建議。評(píng)價(jià)應(yīng)包括：線型誤差分析，索力誤差分析（單索的索力絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差，上下游索力的平均相對(duì)誤差，上下游索力的相對(duì)偏差），應(yīng)力測(cè)試結(jié)果分析，施工監(jiān)控建議。
4結(jié)論
混凝土斜拉橋的施工是一項(xiàng)十分復(fù)雜而艱難的工作，為了保證斜拉橋施工的成功，更好的保證施工質(zhì)量和施工安全，施工監(jiān)控是必不可少的，必須要對(duì)施工建設(shè)的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控�；炷列崩瓨虻馁|(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就是要保證已成橋的線形以及受力狀態(tài)等符合設(shè)計(jì)要求，然而多工序、多階段的斜拉橋施工，要求結(jié)構(gòu)內(nèi)力和標(biāo)高以及各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的最終狀態(tài)等都符合設(shè)計(jì)要求則并非易事，這體現(xiàn)了在混凝土斜拉橋施工中監(jiān)控工作的重要作用。
另外，隨著交通事業(yè)的發(fā)展，荷載等級(jí)、交通流量、行車速度的提高，還有一些難以預(yù)測(cè)的自然破壞力也將會(huì)危及橋梁的安全，所以除了在混凝土斜拉橋施工建設(shè)中實(shí)施監(jiān)控外，還應(yīng)在斜拉橋的運(yùn)營(yíng)階段建立綜合性安全監(jiān)控系統(tǒng)，這將是現(xiàn)代混凝土斜拉橋施工建設(shè)的必然趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
1蔡敏，潘晨光、大跨度斜拉橋的施工監(jiān)控、2005年全國(guó)橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2005.10。
2陳德偉，鄭信光，鞏海帆、混凝土斜拉橋施工控制、土木工程學(xué)報(bào)，1993.2。
3姚玲森、橋梁工程、人民交通出版社，2002.7。
