1、高墩部分斜拉桥施工控制方案分析摘要：结合某一在建的高墩部分斜拉桥，分析了该桥的施工控制方案，详细论述了部分斜拉桥施工阶段监测监控的内容和方法, 阐述了监测监控的实施原则及其重要性，并对监测结果提出了具体要求。 关键词：高墩;部分斜拉桥;监控;分析 中图分类号：TU71 文献标识码：A 1 引言 在桥梁工程中，随着技术水平的提高，跨度不断增大，桥墩不断增高，结构型式也愈趋复杂，工艺越来越先进。为了确保桥梁施工安全顺利，施工过程中的监测监控受到了工程师的高度重视。文章结合某高墩部分斜拉桥的施工控制，介绍施工阶段监测监控的内容和方法、监测监控的实施原则及其重要性，并且对监测结果提出一些具体要求。 2
2、 桥梁施工阶段的监测监控 桥梁施工阶段的施工控制是一个系统工程，主要包括二部分。一部分是数据采集系统，即监测；另一部分是数据分析处理系统，即监控。前者是利用事先在塔、梁和拉索等主要部位埋设数种性能各异的传感器和相关的测试仪器获得大量的数据，包括几何参量和力学参量。监控则是利用高效计算机程序，对数据进行分析处理，并确定下一个阶段的施工参数。通过二者的有机结合，调整控制桥梁的内力和线形，实现桥跨结构的内力和线形同时达到设计预期值，确保桥梁施工安全和正常运营，并保证具有优美的外观形状。 3 监测监控组织机构及其监控管理 桥梁的施工监控、监测是与桥梁设计、施工及监理密切联系的。从信息论的观点看，桥梁的
3、施工监控、监测过程是一个信息采集、信息分析处理和信息反馈的过程。通过实时测量体系和现场测试体系，可以采集到桥梁施工过程中的各类所关心的数据信息。借助桥梁施工监控、监测的计算分析体系，对采集的数据信息进行分析。尤其是对施工中各类结构响应数据（如变形、内力、应力）的分析，可以对施工误差做出评价，并根据需要研究制定出精度控制和误差调整的具体措施。最后以施工控制指令的形式为桥梁的施工提供反馈信息。 为保障施工监控、监测工作的保质、保量、高效地完成，必须明确施工监控、监测实施过程中的工作制度和组织制度。 结合某大桥施工的实际情况和施工监控、监测工作的具体技术内容，成立了“某大桥施工监控、监测工作领导小组
4、” ，由该桥的建设单位、施工单位、设计单位、监理单位和监控单位（承担施工监控、监测任务的单位）的负责人组成。领导小组负责施工监控、监测工作实施过程中的总体协调工作。 同时，由承担该桥施工监控、监测任务的单位牵头建立“该桥施工监控、监测工作组” ，成员由监控监测单位参加某大桥施工监控、监测任务的技术人员组成。工作组负责施工监控、监测具体任务的实施。施工监控、监测工作组的具体组成见图 1 说明。 图 1 施工监控、监测工作组的组织体系 4 施工阶段监测监控的内容和方法 斜拉桥是高次超静定结构，它对成桥线形有较严的要求，每个节点坐标的变化都会影响结构内力的分配。桥梁线形一旦偏离设计值，势必导致内力偏
5、离设计值。另外，主梁、索塔和拉索之问刚度相差十分悬殊，受拉索垂度、温度变化、风力和日照影响、施工临时荷载、混凝土收缩徐变等复杂因素干扰等等，使力与变形的关系十分复杂。在施工理论计算中，虽然可以采用多种计算方法，算出各施工阶段或步骤的索力和相应的梁体变形，但是按理论计算所给出的索力、线形进行施工时，结构的实际变形却未必能达到预期的结果。这主要是由于设计时所采用的计算参数诸如材料的弹性模量、构件重量、混凝土的收缩徐变系数、施工中温度变化以及施工临时荷载条件等与实际工程中所表现出来的不完全一致所引起的。斜拉桥在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有累积性，如不加以及时的有效的控制和调整，随着主梁悬
6、臂施工长度的增加，主梁标高最终会显著偏离设计目标，造成合龙困难，并影响成桥后的内力和线形。因此，斜拉桥施工过程监测监控是保证斜拉桥达到设计要求的重要手段， 公路斜拉桥设计规范 （7T7027-96）明确规定了斜拉桥施工控制的内容及其重要性。 斜拉桥施工监测监控是一个“施工-测量-计算分析-修正-预告”的循环过程，最根本的要求是在确保结构安全施工的前提下，要做到主梁线形和内力符合设计规定的允许误差范围。而测量是施工监测监控中的重要环节，它包括几何指标参量的测量和力学指标参量的测量两部分。 施工控制中监测内容见图 2。 图 2 施工控制框图 4.1 主塔变位测量 主塔变位测量包括顺桥向和横桥向二个
7、方向变位值的测量。 主塔在施工和成桥状态通过斜拉索均承担相当部分的梁体重量。在不平衡荷载和大气温差及日照影响下，均会使主塔产生不同程度的变形。为了不影响主梁的架设施工，必须研究掌握主塔在自然条件下的变化规律以及在索力影响下偏离平衡位置的程度。 测量方法：主要采用天顶基准法。所使用的仪器设备为全站仪。测站点的布置一般选在梁顶面上相应较为适当的位置，观测点的布置可随测试阶段作相应的适时调整，一般设置在塔柱侧壁或顶端部位。 测量成果：提供塔柱在日照下随温度变化发生纵横桥向偏移的曲线以及在主梁施工过程中塔柱的变位值。 4.2 梁体线形测量 主梁线形测量包括高程测量和中线测量。高程线形测量采用几何水准测
8、量法，测出已施工各节段的节段控制水准点的绝对标高，再根据各节段竣工时测得的与其梁底的高差，推算出相应节段的梁底标高。为消除日照温差引起的梁体的不规则变化，线形测量应选择在温度变化小、气候稳定的时间段进行，测量工作持续的时间越短越好。 中线测量是观测已施工节段的中线点相对于桥轴线的偏距。由于梁体受混凝土徐变和现浇段超重以及施工偏差、塔柱扭转等因素的影响，容易造成梁体产生局部变形或引起整个梁体偏离桥梁中心线。为了保证按设计中线正确合龙，必须控制主梁中线偏差值，一般不应偏离上下游各 1 cm。 高程测量和中线测量的测点一般均布置在梁顶面上。观测点断面间距应根据主梁长度确定。一般情况下，在梁体应力、温
9、度测量断面必须设点，其它部位可酌情确定。 测量结果：提供主梁在各施工阶段的高程实测值和中线实测值;提供主梁线形随温度变化的曲线，以随时掌握主梁温度变形的影响。 4.3 索力测量 拉索索力的准确与否直接关系到主梁的线形，乃至施工安全。因此，在施工中必须确保索力测试结果正确可靠。斜拉索索力测试的方法采用千斤顶油压表和频率振动法双控。张拉使用的千斤顶油压表要用精密压力表标定，得到压力表的液压与千斤顶张拉应力之间的关系，此法的精度可达 1-2；频率振动法是根据拉索索力和振动频率之间的关系求得索拉力的，测试结果可信，测量时机选在拉索张拉后。 考虑到拉索弯曲刚度的影响，应进行测量前的标定工作，并在测量中加
10、以修正。索力换算不仅要符合基频，并且要用前 3-4 阶频率作验证。索力测试内容包括：施工挂篮挂索张拉后、每悬拼或悬浇一个节段后、体系转换张拉拉索时邻近的 4-5 对索、中间调索和全桥合龙调索时全部拉索的索力。 测量结果：提供各测试阶段的索力值以及关键索力随温度变化的曲线。 4.4 温度测试 温度变化，特别是日照温差的变化，对于斜拉桥结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段，日照温差对主梁挠度和塔柱水平位移的影响尤其显著。 温度的影响总体上可分为二种。一是昼夜温差，二是季节温差。前者是指太阳每日的起落对桥梁各部位的日照变化在混凝土结构内形成由表及里且深度一般不超过 40 cm 的浅层温度梯度，使
11、混凝土产生非均匀变形，后者则是由于长期的昼夜变化，使混凝土结构产生基本均匀的伸长和缩短。 温度测试包括工地气温和主梁、塔及索的温度测量。气温的测量主要是为了掌握工地气温变化的规律，可以选取较典型的晴天、阴雨天进行 24 小时监测，每隔半小时测量一次，画出气温变化曲线。索、塔及梁的温度用性能优良的热敏电阻，主梁及塔的测量断面与应力测试断面相同，主梁和塔柱的温度测试断面一般与应力测量断面相同，以资对应，也便于计算分析。 索温测量的一般方法是制造一段同实索等粗的长约为 1.5m 的试验索，在其中心和内部以及外表均对称布置测点吊挂于施工现场实索部位，以承受同样的大气环境条件。对其它实索，每种型号选择
12、1-2 根，在其表面布设测点测得表面温差，对照试验短索的测量结果，确定实索的内外温差。 测量结果：提供索、塔、梁各测试断面温度短期变化曲线和季节性温差变化曲线；对于斜拉索，尚应提供索内外温差和中心点温差的对应关系曲线。 4.5 应力测试 斜拉桥应力监控测量包括梁的安装应力监测和塔的施工应力监测两大类。主要目的是了解梁塔控制截面的应力状况，并对梁体重量及其它荷载变化情况进行判断，确保结构施工安全。 施工应力测试是一项长期的现场观测，涉及的测试体技术困难较多。至今，国内外尚无十分完善的解决办法。经过长期的大量的现场观测实践，发现针对钢梁的安装应力测试，采用手持式应变计相对比较可靠。针对混凝土梁则选
13、用钢弦式应变计，并用无应力计加以补偿，测试结果较好，可以满足施工监控的要求。 施工应力测试影响因素相当复杂，除荷载作用引起的弹性应变之外，还有与收缩、徐变、温度等因素有关的应变。对混凝土梁，在埋设应力测点的相同部位埋设无应力计，补偿混凝土自身的体积应变和收缩应变以及自由温度应变。并且在测试工艺上采取有效措施，使混凝土徐变和温差产生的应变减少到最低限度，或根据测量时的龄期、环境温度状态进行修正，这样，基本上可以达到施工监控的目的。 施工应力测试截面一般由设计院根据施工计算的控制截面确定。原则上应包含以下几个方面：安装阶段的最大正、负弯矩截面，成桥状态的最大正、负弯矩截面，主塔及其横梁的应力控制截
14、面以及设计院从设计角度考虑的其它控制截面。 混凝土梁施工应力测点一般是测试截面的法向应力，对于箱梁截面应在顶板和底板上布设测点，对于边主梁结构应在主梁上下边缘处布设测点方向与截面法向一致。在主横梁中部，宜布设横桥向应力测点。 应力测量结果：包括各施工状态下监测截面的应力值，塔柱监测截面的应力值以及成桥状态下各监测截面的恒载应力水平。 总之，桥梁施工控制是一项理论结合实践的高技术高难度的工作，考虑的因素和环节比较多，需要施工单位、设计单位等的密切配合。 参考文献 1 沈大元，刘铸刚.大跨钢箱梁悬索桥施工控制A.中国公路学会桥梁和结构工程学会论文集C. 1995. 2 严国敏.现代斜拉桥M.成都：西南交通大学出版社，1995 3 李德寅，土邦相，林亚超.斜拉桥M.北京：科学技术文献出版社，1992 4 王社优，黄勇.斜拉桥施工控制中的温度影响A.中国公路学会桥梁和结构工程学会论文集C，1995
