陳村特大斜拉索橋施工監(jiān)測控制

張濤

摘要：該文詳細(xì)敘述了斜拉橋監(jiān)控目的、調(diào)控原則、誤差分析、監(jiān)控重點和監(jiān)控方法，可供類似工程借鑒、參考。

關(guān)鍵詞：斜拉橋；斜拉索；施工監(jiān)控

1. 工程概況

陳村特大橋為廣州至高明高速公路廣州段內(nèi)的一座塔梁墩固結(jié)體系矮塔斜拉橋，主橋為（120+218+120）m，位于廣州市番禺區(qū)鐘村鎮(zhèn)至佛山市順德區(qū)陳村鎮(zhèn)一帶，上跨陳村水道。

斜拉索在塔頂處采用分絲管鞍座抗滑錨固體系，在主梁處采用拉索群錨錨固體系。索面設(shè)置為單索面（雙排索），布置在主梁的中央分隔帶處，全橋共有68對斜拉索。

2.監(jiān)控目的

通過現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)測試，跟蹤計算分析及成橋狀態(tài)預(yù)測得出合理的反饋控制措施，給施工過程提供決策技術(shù)依據(jù)，也為結(jié)構(gòu)行為控制提供理論數(shù)據(jù)，從而正確地指導(dǎo)施工。

3. 控制精度和調(diào)控原則

3.1 控制精度

陳村特大橋各參數(shù)控制精度如表所示。

3.2調(diào)控原則

標(biāo)高與索力雙控。由于主塔不高，塔的剛度較大，拉索與主梁的夾角較小，因此主梁的線形控制以調(diào)整掛籃立模高程為主，斜拉索張拉時以索力控制為主。

4. 施工監(jiān)控計算

4.1 施工前期監(jiān)控計算

（1）設(shè)計復(fù)核計算

為了保證施工監(jiān)控計算的準(zhǔn)確性，起到設(shè)計復(fù)核的作用，需對主要設(shè)計參數(shù)進行復(fù)核。

（2）合理成橋目標(biāo)狀態(tài)復(fù)核

在確定最優(yōu)成橋索力時，應(yīng)考慮：

①索力分布要盡量均勻。

②恒載狀態(tài)。

③在恒載作用下，主塔的彎矩不能太大，并適當(dāng)考慮活載的影響。

④荷載組合作用下，最大、最小應(yīng)力均需在規(guī)范允許地范圍內(nèi)且有一定的安全儲備。

⑤成橋狀態(tài)橋面線形滿足設(shè)計要求。

（3）施工監(jiān)控預(yù)測計算，提供控制目標(biāo)理論值

在確定合理的成橋目標(biāo)狀態(tài)后，劃分詳細(xì)的施工階段，進行施工監(jiān)控預(yù)測計算。通過施工監(jiān)控預(yù)測計算可以得到理論施工過程各工況結(jié)構(gòu)應(yīng)力、內(nèi)力、變形，將其與設(shè)計、規(guī)范值對比。

（4）結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析

結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)對于結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的影響進行系統(tǒng)的研究，進而確定合理的施工控制方案，指導(dǎo)制造和安裝節(jié)段關(guān)鍵制造參數(shù)的選取，以及施工過程中的參數(shù)識別及誤差評定均是有重要意義的。

4.2、節(jié)段施工前計算

在節(jié)段施工之前，應(yīng)對節(jié)段施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形進行預(yù)測，并作為節(jié)段施工過程控制的目標(biāo)。

①斜拉索無應(yīng)力下料長度計算

陳村特大橋采用鋼絞線斜拉索，索在主塔處采用索鞍穿過形式，每根斜拉索分別錨固在邊跨側(cè)和中跨側(cè)對應(yīng)的索橫梁上，并按照先單根后整束張拉的施工工序進行張拉。參照圖4-1，斜拉索的下料長度（端到端）：

其中： 為單端工作長度，尚應(yīng)考慮錨索計等預(yù)埋件的影響值； 為張拉彈性伸長量； 為垂度影響的伸長量； 、 為錨板的厚度，由制造廠家提供，參照相關(guān)錨具資料對數(shù)據(jù)進行校核。

圖4.1-1 斜拉索下料長度示意

②斜拉索上、下端錨管方向確定

由于斜拉索垂度效應(yīng)的影響，斜拉索在上、下端錨管位置處的空間角度不能直接按照直線索計算。

③主梁、主塔立模標(biāo)高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算

考慮主梁和主塔施工過程中的累計位移值，現(xiàn)場掛籃變形量，施工臨時荷載、不同塊段重量、人為調(diào)整值等。

④斜拉索初始張拉力、張拉后索力、后續(xù)調(diào)索力計算；

⑤主塔各節(jié)段施工完成后的數(shù)據(jù)計算；

⑥主梁各節(jié)段施工完成后的數(shù)據(jù)計算；

⑦邊跨合龍前后結(jié)構(gòu)應(yīng)力、索力及線形數(shù)據(jù)計算；

⑧中跨合龍前后結(jié)構(gòu)應(yīng)力、索力及線形數(shù)據(jù)計算；

⑨鋪裝過程結(jié)構(gòu)應(yīng)力、索力及線形數(shù)據(jù)計算；

⑩施工過程中調(diào)索前后結(jié)構(gòu)應(yīng)力、索力及線形數(shù)據(jù)計算。

4.3、節(jié)段施工后計算

在節(jié)段施工完畢，需要根據(jù)實際的測試和測量結(jié)果，得出一組消除各種誤差因素后結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與預(yù)測值進行對比分析，找出差值，對計算模型進行修正。

①對節(jié)段施工后反饋的施工信息分析，確定施工誤差狀態(tài)

②結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析評估和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估

節(jié)段施工后根據(jù)當(dāng)前施工狀態(tài)下的邊界、荷載對當(dāng)前結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)響應(yīng)分析評估和結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估。

③計算參數(shù)的識別與修正

根據(jù)節(jié)段施工后的各參數(shù)測量誤差值識別模型中預(yù)定的計算參數(shù)，對預(yù)定的計算參數(shù)進行修正，調(diào)整計算模型。

④誤差分析與調(diào)整

根據(jù)上一節(jié)段的施工誤差，進行誤差分析，根據(jù)誤差分析結(jié)果對下一節(jié)段可能存在的施工誤差的制定有針對性的調(diào)整措施。

⑤實施計算調(diào)整控制目標(biāo)

根據(jù)計算參數(shù)修正后的計算模型進行實時計算，根據(jù)計算結(jié)果調(diào)整下一塊段的控制目標(biāo)值。

⑥確定施工誤差容許度指標(biāo)和應(yīng)力預(yù)警機制

混凝土應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果平均應(yīng)力誤差小于±15%，當(dāng)應(yīng)力水平達到80%材料允許強度（包括拉應(yīng)力）或超過上述誤差范圍時應(yīng)提供預(yù)警，以確保大橋的安全施工。

4.4成橋階段的計算復(fù)核

根據(jù)實際參數(shù)取值，考慮既有施工誤差等影響，計算橋梁的成橋狀態(tài)線形、應(yīng)力和穩(wěn)定性，并按照設(shè)計規(guī)范進行運營狀態(tài)驗算，得出運營階段荷載組合內(nèi)力情況，將計算結(jié)果與設(shè)計成橋內(nèi)力和線形比較，做出成橋狀態(tài)分析評估和施工監(jiān)控成果評價，為橋梁運營階段的監(jiān)測養(yǎng)護管理等工作提供初始結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

5. 監(jiān)控主要內(nèi)容

5.1線形監(jiān)控

線形監(jiān)控重點為主塔幾何位置和主梁幾何位置。主梁施工工序多，工藝復(fù)雜，主梁的設(shè)計線形、預(yù)拱度線形以及斜拉索的張拉噸位和次數(shù)均會對主梁結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)線形造成影響。施工監(jiān)控充分考慮各種因素的影響，準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)分析，并采取合理有效的監(jiān)控措施確保上述環(huán)節(jié)控制到位是保證線形的有效對策。對于平面線形控制，應(yīng)準(zhǔn)確計算平面坐標(biāo)，采用高精度儀器進行放樣和控制。

5.2 應(yīng)力監(jiān)控

應(yīng)力控制包括主梁、主塔的應(yīng)力監(jiān)測，其中斜拉索的應(yīng)力由索力控制，而主梁和主塔通過設(shè)置應(yīng)力傳感器進行應(yīng)力監(jiān)測。通過實際監(jiān)測與理論計算結(jié)果進行對比分析，實時把握實際的局部區(qū)域應(yīng)力狀況。

5.3 施工索力的監(jiān)控與調(diào)整

斜拉橋要經(jīng)歷分階段施工的過程，結(jié)構(gòu)的荷載在施工過程中逐級加載，每一個施工階段都可能伴隨著結(jié)構(gòu)的變形。因此，要求施工控制理論分析必須準(zhǔn)確模擬斜拉索，確定合理的斜拉索初張力及張拉順序，保證施工過程中主塔柱間受力平衡，并結(jié)合理論計算和監(jiān)測結(jié)果進行對比分析，對各階段斜拉索張拉力進行調(diào)整。通過理論分析和現(xiàn)場實測，把握結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，進行誤差分析和識別，準(zhǔn)確預(yù)測初張力效果，是保證標(biāo)高與索力雙控效果的一個重要措施。

5.4 穩(wěn)定性監(jiān)控

根據(jù)橋梁施工的實際狀況，對施工過程中的主要環(huán)節(jié)進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析，保證施工過程中的穩(wěn)定性。計算分析主要包括：箱梁、索塔臨時結(jié)構(gòu)（或桿件）穩(wěn)定性驗算；施工中的結(jié)構(gòu)（局部和整體）穩(wěn)定性驗算和控制；影響施工中結(jié)構(gòu)（含臨時）穩(wěn)定的因素分析、監(jiān)測與控制。此外，并對施工過程中橋面臨時荷載進行嚴(yán)密調(diào)查和控制，嚴(yán)防主梁在施工過程中不對稱荷載導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)。

5.5合龍控制

現(xiàn)場實際調(diào)查當(dāng)?shù)氐臍鉁?、濕度等狀況，考慮混凝土澆筑等影響因素，通過連續(xù)觀測，包括合龍口的長度、寬度及溫度監(jiān)測，選擇氣溫穩(wěn)定的時間段作為合龍時機。對合龍方案進行對比分析，充分考慮到合龍前后結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，采用對主梁受力最有利的合龍方案，分析合龍誤差的影響因素，并對溫度效應(yīng)等影響因素進行敏感性分析，確保高精度合龍。

6.施工監(jiān)控分析報告說明

（1）幾何誤差分析報告，包括幾何誤差計算、誤差形態(tài)分析、誤差預(yù)測等；

（2）斜拉索索力誤差分析報告，包括索力誤差計算；

（3）應(yīng)力測試結(jié)果分析報告，包括應(yīng)力和溫度場的測試結(jié)果、結(jié)構(gòu)施工安全度評價或安全預(yù)警報告；

（4）施工監(jiān)控建議，包括對總體施工誤差和安全狀態(tài)的評價、對容許施工誤差度的調(diào)整等內(nèi)容。

（5）全橋竣工后將對施工監(jiān)控工作進行總結(jié)，提交施工監(jiān)控的總結(jié)報告。

7. 結(jié)語

施工監(jiān)控理想目標(biāo)是主梁標(biāo)高和斜拉索索長（或索力）同時滿足精度要求（即所謂的“雙控”），但由于存在主梁重量偏差、施工荷載、材料特性等因素的影響，往往很難同時達到上述兩項目標(biāo)。如何綜合考慮這些影響因素，保證現(xiàn)場索力測試時測控精度滿足工程要求，確保索力測試的準(zhǔn)確、可靠，使主梁、主塔、斜拉索處于合理受力狀態(tài)，是斜拉橋監(jiān)控的一個難點。

針對每段實際施工工序及施工監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)，對橋梁進行實時平差、分析和驗算，并根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整施工監(jiān)控指令，以確保結(jié)構(gòu)逐段施工符合設(shè)計要求。

合龍控制是一個關(guān)鍵工序，合龍精度往往是評價監(jiān)控工作成敗的一個重要指標(biāo)。合龍過程是一個體系轉(zhuǎn)換的過程、因此要求施工監(jiān)控考慮各種影響因素，為合龍確定出最佳方案和時機。

實時對監(jiān)控結(jié)果進行整理，按要求以預(yù)警報告、月報的形式送達各方。每個主塔、主梁節(jié)段施工完畢后、一次索力和線型通測后監(jiān)控單位對監(jiān)控結(jié)果進行評價并提供報表。工程結(jié)束時，提交完整的監(jiān)控總報告及電子文檔。