高墩施工過程中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

焦恒見

摘 要：在建設(shè)山谷河溝地區(qū)的高墩大跨度橋梁時(shí)，為了保證高墩施工過程的順利進(jìn)行，同時(shí)高墩受力狀態(tài)以及線性穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，在高墩施工過程中應(yīng)用監(jiān)控技術(shù)。詳細(xì)論述了高墩施工過程中監(jiān)控技術(shù)的作用以及主要內(nèi)容，體現(xiàn)了監(jiān)控技術(shù)在橋墩施工過程中的重要作用。

關(guān)鍵詞：高墩施工;監(jiān)控技術(shù);監(jiān)控內(nèi)容;控制

中圖分類號(hào)： U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)以及建設(shè)水平的提高，國(guó)內(nèi)交通事業(yè)突飛猛進(jìn)，橋梁建設(shè)也隨之快速發(fā)展。一般公路以及鐵路橋梁數(shù)量居多且形式多樣，但是部分橋梁需要跨越溝壑縱橫的地區(qū)，為了將橋墩置于平穩(wěn)地段，首選高墩大跨度橋梁。由于高墩結(jié)構(gòu)墩身高，橫截面積較小且在高空作業(yè)施工，施工工藝相對(duì)復(fù)雜，很容易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題以及垂直度出現(xiàn)偏差[1]。高墩結(jié)構(gòu)通常采用薄壁空心截面形式以增加橋墩自身的柔度，但是在一定程度上降低了高墩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。為了保證高墩結(jié)構(gòu)達(dá)到或接近設(shè)計(jì)時(shí)的線性和受力狀態(tài)，提高高墩結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量與穩(wěn)定性，在高墩結(jié)構(gòu)的建設(shè)過程中加入現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控環(huán)節(jié)，對(duì)高墩結(jié)構(gòu)施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，依據(jù)數(shù)據(jù)分析并及時(shí)修正以達(dá)到設(shè)計(jì)目的[3-12]。

1 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控在高墩施工過程中的應(yīng)用

橋梁的不斷發(fā)展為人們的生活帶來便利，但是隨著橋梁形式的多樣性，高墩大跨度橋梁以及高墩的形式也不斷增多，建造過程中存在的問題也隨之增多，監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用不僅可以保證高墩施工質(zhì)量以及精度，而且也可以為同類橋梁的建設(shè)提供建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，為橋梁的發(fā)展起到重要的作用。監(jiān)控技術(shù)可以對(duì)施工過程中高墩的內(nèi)力變化、溫度變化、施工偏差以及穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與控制，使高墩結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、施工偏差以及穩(wěn)定性都能滿足設(shè)計(jì)要求。施工期間布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)也可以為橋梁后期竣工驗(yàn)收、運(yùn)營(yíng)以及維修等方面具有重要的工程意義。

2 監(jiān)控技術(shù)對(duì)高墩施工的必要性

2.1 確保施工正常進(jìn)行

監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用貫穿在整個(gè)橋梁的建設(shè)過程中，成為了橋梁施工過程中不可缺少的一部分，實(shí)時(shí)監(jiān)控也是保證橋墩施工正常進(jìn)行的可靠手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的問題并及時(shí)調(diào)整。尤其對(duì)于跨越溝谷地區(qū)的大跨度橋梁，由于橋墩設(shè)計(jì)比較高，施工難度較大，實(shí)時(shí)監(jiān)控的應(yīng)用可以很好的發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的問題，及時(shí)解決。施工過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控可以提供大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值理論計(jì)算，確保施工進(jìn)程的順利推進(jìn)。此外，結(jié)合監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)合有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，可以準(zhǔn)確地模擬高墩結(jié)構(gòu)施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力，高墩傾斜的角度以及穩(wěn)定性，可以提前設(shè)置施工預(yù)案，在很大程度上減少了高墩施工意外的發(fā)生，同時(shí)保證了高墩結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量與穩(wěn)定性，并符合設(shè)計(jì)要求中的美觀標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 對(duì)施工過程進(jìn)行控制管理

難度大和施工工藝復(fù)雜是高墩結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)，在施工過程中需要技術(shù)人員不斷地采集并分析數(shù)據(jù)，尤其是階段性數(shù)據(jù)分析以及安全質(zhì)量的分析。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的要求，將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)落實(shí)到位。同時(shí)為了保證施工的順利進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控技術(shù)人員進(jìn)行監(jiān)控技術(shù)培訓(xùn)，了解監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理以及儀器的使用，可以及時(shí)對(duì)各個(gè)控制監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，落實(shí)施工技術(shù)難點(diǎn)，并且在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況提出切實(shí)可行的預(yù)防與解決方案，更加全面直觀的控制施工過程中隱藏的施工隱患與問題，及時(shí)矯正，避免施工差錯(cuò)，從而縮短施工工期。

2.3 為其他橋梁工程提供施工經(jīng)驗(yàn)

隨著橋梁建造技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，橋梁建設(shè)的要求不再是單一的運(yùn)輸。安全、實(shí)用與美觀成為現(xiàn)代化橋梁建造的多重要求。在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，需要不斷的創(chuàng)造新穎的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)模型，施工建造工藝也隨之更新，橋墩的建造形式也隨著地形形式的增多而增多，增加了橋梁施工的難度。將監(jiān)測(cè)與監(jiān)控技術(shù)運(yùn)用到橋梁及橋墩的施工過程中，獲取橋梁整個(gè)建造過程中的全部數(shù)據(jù)，在為自身橋梁提供施工指導(dǎo)的同時(shí)也為其他同結(jié)構(gòu)類型的橋梁提供施工經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。數(shù)據(jù)的收集與分析為其他橋梁提出施工建議，使得橋梁的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線性以及橋墩的穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。結(jié)合橋梁監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)施工難易程度以及施工組織方案的不同，可以為現(xiàn)場(chǎng)提供匹配的解決方案，可以有效提高設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)的效率，從而節(jié)約時(shí)間。

3 高墩施工過程監(jiān)控的主要內(nèi)容

3.1 內(nèi)力監(jiān)控

高墩結(jié)構(gòu)施工過程中的內(nèi)力檢測(cè)主要包括混凝土應(yīng)力以及溫度應(yīng)力的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，明確各個(gè)施工階段過程中混凝土應(yīng)力和溫度應(yīng)力的變化，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)橋墩的內(nèi)力情況進(jìn)行分析，及時(shí)了解橋梁的內(nèi)力分布，對(duì)比監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與理論分析計(jì)算結(jié)果，調(diào)整分析計(jì)算參數(shù)，控制施工質(zhì)量與精度。通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的讀取與分析，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)施工階段中結(jié)構(gòu)的不利狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)的原因，提出相對(duì)應(yīng)的解決方案。

目前，應(yīng)用于監(jiān)測(cè)橋梁應(yīng)力應(yīng)變的主要儀器有：智能弦振式應(yīng)變傳感器，監(jiān)測(cè)橋梁內(nèi)部溫度的主要儀器有電阻式溫度傳感器，儀器構(gòu)造如圖1和圖2所示。

智能弦振式應(yīng)變傳感器是利用振弦來進(jìn)行測(cè)量的應(yīng)變傳感器，當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生改變時(shí)，應(yīng)變計(jì)同步感受變形，變形通過前、后端座傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)過電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變量，同時(shí)也可測(cè)出應(yīng)變計(jì)埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的頻率信號(hào)，非常方便計(jì)算處理。

電阻式溫度傳感器是利用已知電阻隨溫度變化特性的材料所制成的溫度傳感器。由于該溫度傳感器具有高精度、低漂移、適用范圍寬以及適宜于高精密的應(yīng)用，因此適用于長(zhǎng)期埋設(shè)在水工結(jié)構(gòu)物以及其他巖土工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)或表面，測(cè)量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的或表面的溫度。

3.2 施工過程線性監(jiān)控

橋墩施工過程中的線性監(jiān)控指對(duì)橋墩外部垂直度的監(jiān)控與控制，包括施工過程中橋墩的偏移以及保證橋墩的穩(wěn)定性，通過儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)，結(jié)合有限元軟件進(jìn)行建模，分析不同偏移量下橋墩的穩(wěn)定性安全系數(shù)，確定橋墩偏移與穩(wěn)定性安全系數(shù)的限值，保證在施工過程中可以及時(shí)獲取橋墩的偏位情況以及穩(wěn)定性，當(dāng)偏位以及穩(wěn)定性接近限值時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行橋墩偏位控制。

進(jìn)行橋墩線性監(jiān)測(cè)的主要儀器有表面傾角儀，儀器構(gòu)造如圖3所示。

表面傾角儀是使用微電子機(jī)械系統(tǒng)研發(fā)生產(chǎn)的雙軸傾角傳感器作為敏感元件，結(jié)合智能芯片技術(shù)生產(chǎn)的固定式測(cè)量?jī)A角的儀器。用以觀測(cè)橋梁橋墩、建筑、鐵路等結(jié)構(gòu)相對(duì)于水平的雙軸傾斜角度，適用于難以觀測(cè)到的深層內(nèi)部變形量，配合自動(dòng)化系統(tǒng)可進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著高墩大跨度橋梁以及高墩結(jié)構(gòu)形式的增多，高墩結(jié)構(gòu)的施工難度也隨之增大，高墩監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用不僅可以提高橋墩建設(shè)質(zhì)量和精度，還可以為其他同類橋墩的建設(shè)提供施工經(jīng)驗(yàn)，提高整個(gè)工程的建設(shè)速度，而且對(duì)橋梁工程使用壽命有著重要的作用。

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