鋼管混凝土斜靠拱橋施工監(jiān)控技術(shù)與實(shí)踐

孫亭亭++向姣++凌中水++張秀俠

摘 要：本文圍繞某橋斜靠式系桿拱橋的施工技術(shù)方案，介紹了該橋的工程概況和總體施工方案，并就該橋的施工監(jiān)控具體方案進(jìn)行了著重闡述。某橋施工監(jiān)控主要內(nèi)容有應(yīng)力、線形、溫度以及吊桿張力監(jiān)控。本文詳細(xì)介紹了該拱橋各監(jiān)控項(xiàng)目的觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)、觀測(cè)手段以及相應(yīng)的誤差范圍。研究表明，某鋼管混凝土斜靠拱橋通過(guò)系統(tǒng)的施工監(jiān)控組織體系，能夠給橋梁的施工安全提供保障，保證橋梁擁有較長(zhǎng)的使用壽命，同時(shí)也能發(fā)揮施工監(jiān)控應(yīng)有的作用。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土斜靠拱橋 施工監(jiān)控 監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（a）-0070-02

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼管中填充混凝土而形成的組合結(jié)構(gòu)，它具有鋼材和混凝土兩種材料的優(yōu)良特性，所以在目前的工程中使用較為廣泛。鋼管混凝土斜靠拱橋具有軸壓性能較好、彈塑性好、施工便捷和造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此，近年來(lái)在我國(guó)的發(fā)展較為迅速?？鐝胶褪┕ぜ夹g(shù)也在不斷增加，然而與普通拱橋相比，鋼管混凝土斜靠拱橋施工有其特定的特點(diǎn)：比如，大跨徑的鋼管混凝土斜靠拱橋截面形式呈現(xiàn)復(fù)雜化，在橋梁建造中合攏具有一定的困難；還有鋼管混凝土斜靠拱橋本身結(jié)構(gòu)體系的原因，在施工中需要分階段完成，然而每個(gè)施工階段之間會(huì)相互影響。基于此，有必要對(duì)鋼管混凝土斜靠拱橋在施工過(guò)程中進(jìn)行施工監(jiān)控，本文主要結(jié)合某橋特點(diǎn)對(duì)該類(lèi)橋梁的應(yīng)力、線形、溫度以及吊桿張力進(jìn)行監(jiān)控方案設(shè)計(jì)，探討鋼管混凝土斜靠拱橋施工監(jiān)控的方法，為同類(lèi)橋梁的建設(shè)提供實(shí)踐依據(jù)。

1 工程背景

某橋建設(shè)工程跨越淠河總干渠，起于新河?xùn)|路（K0+000），向北止于新河西路（K0+168.579），全長(zhǎng)168.579m。

某橋是一座鋼管混凝土斜靠拱橋，主跨95m。橋梁總長(zhǎng)102.5m，橋面寬51m。某橋橫向結(jié)構(gòu)形式為3.5m人行道+2m拉索區(qū)+6m非機(jī)動(dòng)車(chē)道+3m拉索區(qū)+22m機(jī)動(dòng)車(chē)道+3m拉索區(qū)+6m非機(jī)動(dòng)車(chē)道+2m拉索區(qū)+3.5m人行道=51m。上部結(jié)構(gòu)是鋼管混凝土斜靠拱組合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)則為直壁式鋼筋混凝土橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用群樁基礎(chǔ)。

斜拱拱軸線采用二次拋物線，斜拱立面投影矢高與主拱肋一致，斜拱肋向內(nèi)傾斜17.592°。斜拱拱圈截面形式為圓形，鋼管外徑1.5m。斜拱拱圈的外包鋼管材料是Q345qD鋼材，外包鋼管的厚度為20mm，斜拱內(nèi)填充C50微膨脹混凝土。

2 施工監(jiān)控具體方案

2.1 線形監(jiān)測(cè)

（1）拱肋。

某橋斜靠式系桿拱橋拱肋分為9個(gè)節(jié)段進(jìn)行預(yù)制吊裝拼接，線形測(cè)點(diǎn)布置在節(jié)段的起始端截面處，拱圈1/2截面處也需要布設(shè)一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。全橋主拱、斜拱總計(jì)44個(gè)測(cè)量點(diǎn)。拱肋的線形采用全站儀測(cè)試，采用智能型全站儀三維極坐標(biāo)直接檢測(cè)主拱各節(jié)段的軸線及細(xì)部結(jié)構(gòu)。

（2）系梁。

系梁線形觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在拱座、各個(gè)吊桿下端錨固的位置，全橋一共埋設(shè)68個(gè)測(cè)量點(diǎn)。豎向撓度借助高精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)，由高程控制網(wǎng)定期復(fù)測(cè)。一般情況只選擇一個(gè)工作基點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)，以保證監(jiān)測(cè)精度不受基準(zhǔn)誤差影響。

拱肋線形受環(huán)境溫度影響極大，因此，線形測(cè)量應(yīng)盡量選在溫度較均勻的時(shí)間段進(jìn)行，例如早晨或者傍晚，從而降低局部溫差的影響、減少測(cè)量誤差。同時(shí)，必須嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)和施工方案制定的測(cè)點(diǎn)位置來(lái)進(jìn)行實(shí)際測(cè)點(diǎn)布置，保證測(cè)量工作的順利進(jìn)行且不影響橋梁施工。

某橋斜靠式系桿拱橋線形測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示，其中zg為主拱，xg為斜拱，zx為主系梁，bx為邊系梁的縮寫(xiě)。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在主拱和系梁的重點(diǎn)部位設(shè)置應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)斷面，應(yīng)變采用預(yù)埋JMZX-16多功能高精度傳感元件。在施工監(jiān)控中，通過(guò)測(cè)量相鄰施工工況同一截面的應(yīng)變?cè)隽浚谝阎牧蠌椥阅Ａ繒r(shí)，通過(guò)計(jì)算求出相應(yīng)工況下截面的應(yīng)力值。結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)變通過(guò)預(yù)埋傳感元件JMZX-16采集，采用JMZX-3006測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)的要求：

混凝土箱梁的監(jiān)測(cè)結(jié)果平均應(yīng)力誤差范圍為-20%～20%。主拱、系梁應(yīng)力測(cè)量在主拱施工期間每個(gè)節(jié)段測(cè)試3次。當(dāng)應(yīng)力水平達(dá)到材料允許強(qiáng)度的80%時(shí)將及時(shí)反映給業(yè)主、施工方、監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位，共同會(huì)商分析原因并采取相應(yīng)的措施。應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果將在每個(gè)梁段完成后提供。

（1）拱肋。

主拱和斜拱的應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)焊接在拱肋4分點(diǎn)斷面處，且主拱與斜拱控制截面上下緣均要布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)。因此全橋拱肋共有40個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，擬采用表面智能數(shù)碼弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)量拱肋的應(yīng)變。

（2）系梁。

主系梁、邊系梁分別于梁部4分點(diǎn)截面處布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。根據(jù)施工方案，系梁應(yīng)力測(cè)量截面均在澆筑混凝土前埋設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)。因此全橋系梁共計(jì)80個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，擬采用埋入式智能數(shù)碼應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)量。

某橋應(yīng)變測(cè)量點(diǎn)斷面布設(shè)見(jiàn)圖2。

2.3 吊桿索力監(jiān)測(cè)

吊桿索力是施工過(guò)程中最重要的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之一，某橋的索力測(cè)試將主要采用頻率法，頻率法采用弦振動(dòng)原理，其相關(guān)參數(shù)在拉索預(yù)制時(shí)即可進(jìn)行標(biāo)定。同時(shí)采用千斤頂油壓表測(cè)定法以及拉索伸長(zhǎng)量測(cè)定法予以檢驗(yàn)與校核。吊桿采用頻率法測(cè)試時(shí)，拉索的臨時(shí)減震應(yīng)完全放松，避免其對(duì)吊桿基頻測(cè)試的影響。

吊桿力監(jiān)測(cè)要求：

成橋狀態(tài)下吊桿索力控制誤差為±5%。施工過(guò)程中拉索上下游平均誤差應(yīng)小于5%，對(duì)于短索可以放寬至±10%。上下游吊桿索力的相對(duì)偏差在-5%～5%。

2.4 溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)

觀測(cè)不同的時(shí)間段橋梁結(jié)構(gòu)關(guān)鍵的溫度場(chǎng)，并找出已施工的橋梁結(jié)構(gòu)在一天時(shí)間內(nèi)吊桿索力、主拱控制截面應(yīng)力、主拱標(biāo)高受溫度影響而變化的規(guī)律。根據(jù)這個(gè)變化規(guī)律，可以給各工況仿真分析溫度效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)受力及變形的影響打下理論基礎(chǔ)。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁內(nèi)預(yù)埋溫度傳感器即JMZX-16多功能高精度傳感元件，采用相應(yīng)的溫度測(cè)量設(shè)備即JMZX-3006進(jìn)行量測(cè)，構(gòu)件表面溫度直接采用JMZX-3006測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。

3 結(jié)論

對(duì)于鋼管混凝土斜靠拱橋施工的監(jiān)控來(lái)說(shuō)，對(duì)施工過(guò)程監(jiān)控具有重要意義，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）施工全過(guò)程的復(fù)核計(jì)算。主要計(jì)算目標(biāo)為施工整個(gè)過(guò)程的應(yīng)力、位移，各施工工況下吊桿索力和橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等。

（2）施工監(jiān)控誤差評(píng)價(jià)分析。由于施工誤差的存在，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的響應(yīng)偏離理論軌跡，甚至到成橋時(shí)偏離成橋設(shè)計(jì)目標(biāo)，但這些誤差多數(shù)情況下不能直接測(cè)量或測(cè)試出來(lái)，只能通過(guò)測(cè)試結(jié)構(gòu)的響應(yīng)間接反映施工誤差的大小，因此在施工過(guò)程中的每一階段必須根據(jù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)與理論預(yù)測(cè)值的偏差評(píng)估各主要施工誤差指標(biāo)的大小、分布形態(tài)及對(duì)控制精度的影響程度等。

（3）設(shè)計(jì)參數(shù)誤差的識(shí)別、預(yù)測(cè)和控制參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，以確保其與結(jié)構(gòu)實(shí)際響應(yīng)的一致性，這是施工監(jiān)控的重點(diǎn)。

（4）進(jìn)行主要設(shè)計(jì)參數(shù)敏感性分析，從而確定對(duì)成橋狀態(tài)線形和應(yīng)力起關(guān)鍵作用的設(shè)計(jì)參數(shù)，以便后續(xù)施工監(jiān)控中加強(qiáng)對(duì)該設(shè)計(jì)參數(shù)的識(shí)別和預(yù)測(cè)。

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