上承式空間曲面連拱橋施工監(jiān)控方法

蘇濤

(天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

上承式空間曲面連拱橋施工監(jiān)控方法

蘇濤

(天津城建集團(tuán)有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

拱橋具有特殊的線條美感，拱橋在城市橋梁中占有很大的比重，跨域能力及外觀效果均能滿足城市景觀的需要。上承式拱橋的特點(diǎn)是拱肋決定拱上建筑，從結(jié)構(gòu)受力安全和結(jié)構(gòu)線形兩方面均需要過程控制，施工監(jiān)控是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容，通過施工前模擬，將橋梁施工過程中的各種荷載、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、后期橫載充分考慮進(jìn)行分析計(jì)算，提供相應(yīng)的施工數(shù)據(jù)，施工過程中通過對(duì)坐標(biāo)、高程、應(yīng)力、應(yīng)變的測(cè)量進(jìn)行監(jiān)控，保證施工過程安全并最終滿足設(shè)計(jì)要求。

拱橋；空間曲面；結(jié)構(gòu)定位；施工監(jiān)控

1　概述

1.1上承式拱橋簡(jiǎn)介

上承式拱橋具有悠久的歷史，隨著人們?cè)絹碓街匾晿蛄旱慕ㄖ缹W(xué),構(gòu)件截面復(fù)雜性的增大與拱肋的形式多樣,使上承式拱橋的施工監(jiān)控在保證橋梁施工的安全順利建成中起著重要的作用。上承式拱橋施工控制的目的就是確保橋梁施工中的快捷、安全并盡量使成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形與設(shè)計(jì)預(yù)期相符合。因此上承式拱橋的施工監(jiān)控是確保施工安全與成橋質(zhì)量至關(guān)重要的一環(huán)。本文以北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁工程為背景,研究該橋施工控制內(nèi)容與方法，由于該橋結(jié)構(gòu)新穎，雙曲面拱肋，多根拱肋結(jié)合橫向聯(lián)系，拱上建筑線形多變，使整個(gè)橋梁對(duì)于監(jiān)控的研究有著特殊的意義。

1.2北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁工程簡(jiǎn)介

北關(guān)大道跨北運(yùn)河橋梁位于通州運(yùn)河核心區(qū)規(guī)劃北關(guān)大道跨北運(yùn)河處，橋梁方案為“千荷瀉露”的梁拱組合橋；橋梁全長(zhǎng)360m，橋梁總面積17266m2。其中跨越主河槽的主橋橋長(zhǎng)約210m，為30m+40m+70m+40m+30m的上承式鋼結(jié)構(gòu)連拱橋；引橋橋長(zhǎng)約150m，為兩聯(lián)3×25m預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。橋梁橫斷面形式復(fù)雜，主橋橋梁寬42.6～68m。人行道寬度及流水平臺(tái)沿著橋梁縱向不斷變化，1#和4#墩處橋梁全寬為53.4m，2#和 3#墩處橋梁寬度達(dá)全橋最寬，為68m。在步道及流水平臺(tái)變寬的過程中，各層步道高程逐漸分開，形成三層不同高度的步道，橋梁結(jié)構(gòu)三維圖如圖1所示。

2　施工監(jiān)控的目標(biāo)

對(duì)該橋施工期間的線形、拱肋高程及應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有效的控制和調(diào)整，保證實(shí)際結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形始終處于可控、安全及合理的范圍內(nèi)，并且由這些施工狀態(tài)逐步演化到成橋后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形均符合設(shè)計(jì)要求并且與理論期望值的誤差最小。根據(jù)該橋的具體情況，本橋施工監(jiān)控的目標(biāo)有如下三個(gè)方面：

2.1標(biāo)高控制

通過理論計(jì)算確定拱肋安裝標(biāo)高，根據(jù)溫度及拱肋安裝順序給出施工標(biāo)高，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中控制各部位安裝標(biāo)高誤差在允許范圍內(nèi)。

2.2空間坐標(biāo)控制

在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，考慮綜合工況下的橋梁各部位的安裝位置及幾何形狀，提供預(yù)偏值作為施工控制坐標(biāo)校核，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝反饋數(shù)據(jù)，對(duì)比理論計(jì)算再進(jìn)行適當(dāng)微調(diào)。

2.3結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

在施工過程中，隨時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)各主要受力部位的應(yīng)力，確保應(yīng)力在容許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)在施工期間的安全性。實(shí)測(cè)應(yīng)力同時(shí)可以修正施工監(jiān)控理論計(jì)算的參數(shù)取值，校核理論分析的準(zhǔn)確性。

3　施工監(jiān)控程序

采用MIDASCIVIL計(jì)算程序，按各項(xiàng)參數(shù)的理論值或?qū)崪y(cè)值計(jì)算下一階段的施工監(jiān)控參數(shù)，如立模標(biāo)高、各步驟的索力張拉值、各步驟的索塔標(biāo)高等。

按規(guī)定程序檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)變形、主梁應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度、施工荷載等。將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并輸入計(jì)算程序做跟蹤分析。

比較理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果的差別，分析出現(xiàn)偏差的原因，調(diào)整參數(shù)取值重新計(jì)算，縮小兩者的差別。按調(diào)整后的各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算下一步驟的施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

4　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象

4.1施工環(huán)境監(jiān)測(cè)

溫度是橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的重要荷載源。根據(jù)橋型、橋位和施工特點(diǎn)，溫度是必須監(jiān)測(cè)的內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)有利于施工控制參數(shù)分析及誤差分析，大氣溫度采用溫度計(jì)測(cè)量。

4.1.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

監(jiān)測(cè)橋址處環(huán)境溫度。

4.1.2監(jiān)測(cè)目的

（1）分析并預(yù)測(cè)環(huán)境溫度對(duì)變形(如拱肋及主梁位移等)的影響。

（2）預(yù)測(cè)在橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的極限環(huán)境溫度荷載。

4.1.3監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)施工控制的需要，利用溫度計(jì)與紅外線測(cè)溫槍非連續(xù)地監(jiān)測(cè)大氣溫度（用人工非連續(xù)采集數(shù)據(jù)）。

4.2主梁標(biāo)高及變形監(jiān)測(cè)

4.2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

主梁標(biāo)高及變形監(jiān)測(cè)是施工監(jiān)控中最重要的反饋指標(biāo)之一。主梁監(jiān)測(cè)包括制造過程與安裝施工過程的監(jiān)測(cè)，主梁監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括主梁安裝完成后高程、附屬及橋面系施工完成后的高程、成橋標(biāo)高等。施工過程中的幾何測(cè)量工作主要由施工單位實(shí)施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，安排進(jìn)行關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的幾何測(cè)量，負(fù)責(zé)提供幾何測(cè)量的方案及相關(guān)表格，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，提出誤差解決方案，此過程需監(jiān)理單位配合施工單位對(duì)幾何測(cè)量結(jié)果進(jìn)行必要校核。

4.2.2監(jiān)測(cè)目的

（1）為及時(shí)、直觀地評(píng)價(jià)主梁施工狀態(tài)提供資料。

（2）為評(píng)價(jià)橋面線形提供資料。

（3）為施工控制線形的誤差分析提供測(cè)試數(shù)據(jù)。

4.2.3監(jiān)測(cè)方法

采用高精度水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程監(jiān)測(cè)等人工監(jiān)測(cè)的方式對(duì)主梁進(jìn)行豎向、橫橋向及順橋向水平變形的監(jiān)測(cè)。

4.2.4技術(shù)要求

對(duì)全站儀、棱鏡以及水準(zhǔn)儀等的技術(shù)要求由專門的施工測(cè)量人員進(jìn)行操作，并由監(jiān)理單位對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。

4.2.5施工要求

（1）在橋面系精確匹配時(shí)利用水準(zhǔn)儀及全站儀對(duì)橋面系的變形進(jìn)行人工測(cè)量。

（2）橋面系安裝的其他工況，利用水準(zhǔn)儀及全站儀對(duì)橋面系高程進(jìn)行人工測(cè)量。

（3）光學(xué)儀器的安裝技術(shù)要求由施工單位提出。

主梁標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。

4.3拱肋變形監(jiān)測(cè)

4.3.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

拱肋幾何測(cè)點(diǎn)的變位，校核拱上荷載對(duì)拱肋的影響；施工過程中拱肋的幾何測(cè)量工作主要由施工單位實(shí)施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，要求施工單位對(duì)重要施工控制階段的幾何變形進(jìn)行復(fù)測(cè)檢驗(yàn)。

測(cè)量工作應(yīng)在早晨日出前進(jìn)行，以消除日照影響；風(fēng)載作用引起的水平振動(dòng)應(yīng)在測(cè)量時(shí)予以消除。在拱肋架設(shè)完成后，在每個(gè)吊點(diǎn)位置設(shè)置永久性的變位觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)主拱變形，以觀測(cè)不平衡荷載、日照等因素對(duì)主拱變位的影響。橋梁通車后也應(yīng)定期觀測(cè)主拱變位。拱肋合攏時(shí)間必須在夜間（溫度恒定情況下）進(jìn)行。

4.3.2監(jiān)測(cè)目的

（1）為評(píng)價(jià)拱肋線形及受力情況提供資料。

（2）為分析施工控制的線形誤差提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

4.3.3監(jiān)測(cè)方法

采用棱鏡或其他光學(xué)測(cè)量裝置監(jiān)測(cè)拱肋幾何控制測(cè)點(diǎn)的三維位移。

拱肋幾何控制點(diǎn)的布置如圖3所示：每個(gè)拱肋的拱腳處、拱肋1/4點(diǎn)處、拱頂處設(shè)置幾何控制測(cè)點(diǎn)。

圖3　拱肋幾何控制點(diǎn)的布置圖

4.3.4技術(shù)要求

（1）拱肋位移控制測(cè)點(diǎn)測(cè)試裝置及安裝技術(shù)要求由專門的測(cè)量人員完成。

（2）拱肋位移控制測(cè)點(diǎn)測(cè)試裝置（如反光片）應(yīng)可靠地固定在結(jié)構(gòu)上，施工過程中不得松動(dòng)，拱肋涂裝過程中應(yīng)注意避讓。

（3）利用全站儀進(jìn)行拱肋三維變形的定期監(jiān)測(cè)，對(duì)拱肋位移測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。

（4）拱肋位移測(cè)試工況：

a.拱肋合攏后。

b.主梁安裝后。

c.橋面系安裝后。

d.橋面鋪裝完成后。

（5）為減小溫度影響，所有測(cè)量工作均應(yīng)在日出前完成。

拱肋標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4　拱肋標(biāo)高測(cè)點(diǎn)順橋向布置圖

4.4結(jié)構(gòu)應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測(cè)

4.4.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

橋梁各控制截面的應(yīng)變（應(yīng)力）。

4.4.2監(jiān)測(cè)目的

應(yīng)變（應(yīng)力）監(jiān)測(cè)的主要目的在于為計(jì)算橋梁在施工過程中的安全性指標(biāo)提供預(yù)警信息。

4.4.3監(jiān)測(cè)方法

應(yīng)力測(cè)試與主梁、主拱施工同時(shí)進(jìn)行，因而要求測(cè)試元件必須具備長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、抗損傷性能好、設(shè)置定位容易及對(duì)施工干擾小等性能。在主梁和主拱上選取若干斷面，在每個(gè)斷面上布置若干應(yīng)變計(jì)。應(yīng)變傳感器采用基康儀器有限公司生產(chǎn)的BGK-4000與BGK-4200型弦振式應(yīng)變計(jì)及其配套的應(yīng)變讀數(shù)儀進(jìn)行（圖5～圖7），這套設(shè)備的特點(diǎn)是高精度（<1.0με）、大量程（3000 με）、抗干擾能力強(qiáng)、能在嚴(yán)寒條件下工作、可長(zhǎng)期觀測(cè)、可同時(shí)量測(cè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變和溫度。儀器設(shè)備如圖5、圖6、圖7所示。

圖5　BGK-4000振弦式弧焊型應(yīng)變計(jì)

圖6　BGK-4200振弦式埋入型應(yīng)變計(jì)

圖7　BGK-408振弦式讀數(shù)儀

4.4.4測(cè)點(diǎn)布置

全橋應(yīng)力測(cè)量斷面的位置如圖8所示，測(cè)量斷面布置在混凝土拱肋、鋼拱肋、立柱位置，拱肋應(yīng)力測(cè)試斷面為斷面1-1與4-4；直立柱與斜立柱應(yīng)力測(cè)試斷面為斷面5-5與6-6。斷面1-1～4-4及6-6布置8個(gè)應(yīng)變計(jì)，斷面5-5布置12個(gè)應(yīng)變計(jì)，用應(yīng)變計(jì)測(cè)量其應(yīng)力分布，全橋共用應(yīng)變計(jì)52個(gè)。

圖8　拱肋應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面布置圖

應(yīng)變計(jì)在混凝土拱肋橫斷面上的布置如圖9所示。

應(yīng)變計(jì)在立柱橫斷面上的布置如圖10所示。

圖10　立柱應(yīng)力測(cè)點(diǎn)橫斷面布置圖(單位：cm)

4.4.5施工要求

（1）測(cè)試截面的測(cè)試元件導(dǎo)線采用PVC塑料套管保護(hù)，測(cè)試元件導(dǎo)線線頭集中引出處應(yīng)設(shè)置保護(hù)裝置，以避免后續(xù)施工過程中對(duì)測(cè)試元件導(dǎo)線線頭的損壞。

（2）測(cè)試元件的安裝、設(shè)置由監(jiān)控單位成員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，并布設(shè)導(dǎo)線；施工各方應(yīng)提供對(duì)元件安裝與測(cè)試中交通、照明、人員工作安全的協(xié)助。

（3）測(cè)試元件的安裝、固定要可靠，施工中要注意對(duì)測(cè)試元件的保護(hù)，應(yīng)注意避免焊接電弧灼傷測(cè)試元件、測(cè)試線路，澆筑混凝土?xí)r振搗棒不得靠近測(cè)試元件及導(dǎo)線。

（4）嚴(yán)禁非測(cè)試人員擅自移動(dòng)測(cè)試元件及線路；嚴(yán)防盜竊測(cè)試元件、線路和儀器；嚴(yán)禁在測(cè)試元件附近使用高溫或強(qiáng)電磁設(shè)備；嚴(yán)禁在測(cè)試元件附近堆放施工材料；嚴(yán)禁敲打、擠壓等方式破壞測(cè)試元件。

5　結(jié)　語

施工監(jiān)控工作對(duì)拱橋施工的重要性比較突出，通過計(jì)算及施工過程控制，橋梁從施工過程到最終成橋均處于安全受控狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)理念。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋梁來講，設(shè)計(jì)、施工單位是主導(dǎo)，監(jiān)控工作是不可或缺的一部分，它起到承上啟下的作用，施工過程中可以對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行復(fù)核，也能跟施工單位緊密結(jié)合，這對(duì)工程順利實(shí)施具有重要意義。

[1]JTGD60—2015，公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范[S].

[2]JTGD62—2004,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[S].

[3]JTGD64—2015，公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JTG/TF50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTG/TD65-01—2007，公路斜拉橋設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[6]CJJ11—2011，城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7]JTGD63—2007，公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[8]GB50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S].

U445

B

1009-7716（2016）11-0096-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.027

2016-08-08

蘇濤（1982-），男，天津人，工程師，從事市政橋梁施工工作。