掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)在石頭寨特大橋施工中的應(yīng)用

王小山，代珂，吳玉康

（中交二公局第二工程有限公司，西安 710119）

1 引言

掛籃懸臂澆筑施工又稱迪維達(dá)克施工。目前，國內(nèi)大部分大中跨徑橋梁的梁體懸臂澆筑均采用該施工方法，掛籃基本上已成為梁體懸臂澆筑的專用設(shè)施[1]。掛籃懸臂施工受作業(yè)面小、工序復(fù)雜煩瑣等自身因素的影響，施工過程中安全風(fēng)險(xiǎn)劇增。近幾年，全國各地接連出現(xiàn)多次掛籃施工事故，項(xiàng)目在施工過程中如何更好地監(jiān)控掛籃結(jié)構(gòu)的安全性，有效預(yù)防事故的發(fā)生顯得尤為重要。

2 工程概況

石頭寨特大橋1#主橋及2#主橋均為變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋跨布置均為65 m+120 m+65 m，主橋上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工，全橋共8套掛籃，數(shù)量多，安全管理難度大，且懸澆梁段最大質(zhì)量為186 t，安全風(fēng)險(xiǎn)更是成倍增加。為了更好地了解掛籃結(jié)構(gòu)在作業(yè)過程中主要鋼結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及工作形變狀態(tài)，現(xiàn)決定采用掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

石頭寨特大橋掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)就是通過在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立的應(yīng)力傳感器和變形傳感器對(duì)施工過程中掛籃結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力、位移進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，通過取得測(cè)量數(shù)據(jù)在后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算、分析和比較來判斷施工掛籃結(jié)構(gòu)的狀態(tài)是否和施工階段理論目標(biāo)相一致、施工掛籃結(jié)構(gòu)是否處于安全狀態(tài)，并根據(jù)需要對(duì)施工掛籃結(jié)構(gòu)的參數(shù)和狀態(tài)做出必要的調(diào)整，以保證掛籃懸臂現(xiàn)澆施工過程結(jié)構(gòu)的安全，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的施工[2]。

3 施工掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

施工掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)通信部分、云服務(wù)器部分。數(shù)據(jù)采集部分主要是對(duì)本橋施工掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，每套掛籃結(jié)構(gòu)安裝弦式傳感器10個(gè)，位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，采集儀1臺(tái)，溫度傳感器4個(gè)；數(shù)據(jù)通信部分包括應(yīng)變計(jì)、靜力水準(zhǔn)儀、溫度傳感器，溫度傳感器使用了無線模塊，通過公網(wǎng)與云服務(wù)器連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與指令下發(fā)；云服務(wù)器部分包括數(shù)據(jù)采集軟件、業(yè)務(wù)層軟件和前端網(wǎng)頁，其中數(shù)據(jù)采集軟件主要是通過DTU采集箱獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，業(yè)務(wù)層軟件主要是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)警，提供數(shù)據(jù)接口給前端頁面，前端網(wǎng)頁實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。

4 施工掛籃結(jié)構(gòu)主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

石頭寨特大橋采用對(duì)稱懸臂澆筑施工，掛籃是懸臂施工中的主要設(shè)備，主構(gòu)架系統(tǒng)作為掛籃的主要承重結(jié)構(gòu)，在預(yù)壓及施工荷載作用時(shí)，主梁的變形關(guān)乎掛籃和橋梁結(jié)構(gòu)施工中的安全穩(wěn)定[3]。針對(duì)本項(xiàng)目施工掛籃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用靜力水準(zhǔn)儀在掛籃行走、主梁澆筑階段和主梁張拉階段直接監(jiān)測(cè)各施工掛籃頂部前段主要點(diǎn)的形變；選用表貼式鋼弦應(yīng)變傳感器、智能型鋼弦式記憶智能數(shù)碼應(yīng)變計(jì)、無應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)施工掛籃結(jié)構(gòu)菱形架和吊帶的應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過無線傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳施工掛籃結(jié)構(gòu)菱形架和吊帶的應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過終端系統(tǒng)設(shè)定預(yù)警閾值，及時(shí)預(yù)警；選用溫度傳感器監(jiān)測(cè)施工掛籃結(jié)構(gòu)溫度，避免其受力狀態(tài)受結(jié)構(gòu)體系溫度場(chǎng)的影響。

5 監(jiān)測(cè)工況及頻次

按照施工技術(shù)的要求，對(duì)橋梁施工掛籃結(jié)構(gòu)的主構(gòu)架變形、應(yīng)力（受力狀態(tài)）、溫度場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)的工況和頻率如下：

1）掛籃安裝完成后，測(cè)點(diǎn)布設(shè)，初始值測(cè)試；

2）掛籃前移過程，全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

3）主梁懸臂澆筑施工過程，掛籃結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

4）主梁節(jié)段養(yǎng)護(hù)過程，掛籃結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

5）主梁節(jié)段張拉過程，全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

6）掛籃結(jié)構(gòu)拆除過程，對(duì)未拆除掛籃結(jié)構(gòu)全過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，直至施工掛籃結(jié)構(gòu)全部拆除。

6 預(yù)警機(jī)制

監(jiān)測(cè)預(yù)警依據(jù)設(shè)計(jì)允許值與相關(guān)技術(shù)要求確定的預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值比對(duì)后發(fā)布，第一時(shí)間以短信方式通知項(xiàng)目總工和指定的相關(guān)負(fù)責(zé)人。項(xiàng)目在施工過程中，針對(duì)出現(xiàn)預(yù)警狀態(tài)及時(shí)預(yù)警信息進(jìn)行跟蹤，督促協(xié)作隊(duì)伍針對(duì)預(yù)警部位按照項(xiàng)目部制定的處置措施整改，防止預(yù)警級(jí)別升級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，達(dá)到消除工程隱患且具備解除預(yù)警條件的方可消警，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析預(yù)測(cè)，增大監(jiān)測(cè)、巡檢頻率，保證后續(xù)掛籃懸臂澆筑施工的安全。

7 取得的成效

在各方的共同努力和配合下，石頭寨特大橋掛籃施工主要階段均較順利通過，掛籃監(jiān)測(cè)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。監(jiān)測(cè)得到以下結(jié)論：

1）在掛籃監(jiān)測(cè)中總共發(fā)生72次預(yù)警，其中一級(jí)預(yù)警21次、二級(jí)預(yù)警51次。其中，一級(jí)預(yù)警為斷電預(yù)警，二級(jí)預(yù)警為應(yīng)力、位移超過警戒值預(yù)警。發(fā)生預(yù)警后項(xiàng)目及時(shí)分析原因，調(diào)整掛籃的受力狀態(tài)，保證施工掛籃結(jié)構(gòu)工作狀況處于彈性范圍，實(shí)際強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）監(jiān)測(cè)期結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力值為-126.16 MPa，小于設(shè)計(jì)值141 MPa?？梢?，在施工期間掛籃結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)及GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（附條文說明）》的要求。

3）監(jiān)測(cè)期結(jié)構(gòu)最大變形值為-16.23 mm，小于設(shè)計(jì)計(jì)算值-17 mm?？梢娫?，施工期間掛籃結(jié)構(gòu)剛度滿足設(shè)計(jì)及GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（附條文說明）》的要求。

綜上所述，石頭寨特大橋8套施工掛籃結(jié)構(gòu)的工作狀況處于安全彈性范圍，其承載能力均滿足設(shè)計(jì)要求，掛籃在施工期間工作狀態(tài)處于安全可控的范圍。

8 優(yōu)點(diǎn)與不足

通過掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)在石頭寨特大橋施工中的應(yīng)用，項(xiàng)目總結(jié)出以下優(yōu)點(diǎn)：

1）在形變控制方面，通過對(duì)橋梁施工掛籃結(jié)構(gòu)實(shí)施前端形變監(jiān)測(cè)，掛籃結(jié)構(gòu)前端在施工過程中的實(shí)際位移與預(yù)期狀態(tài)之間的誤差基本保持在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，為項(xiàng)目管理人員準(zhǔn)確掌握橋梁施工過程掛籃結(jié)構(gòu)形變提供了依據(jù)，從本質(zhì)上保障了掛籃施工的安全。對(duì)于個(gè)別形變超出規(guī)范值的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間向項(xiàng)目管理人員以信息的方式發(fā)送預(yù)警信息，項(xiàng)目管理人員也第一時(shí)間對(duì)預(yù)警部位采取必要措施，防止預(yù)警級(jí)別升級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。

2）在應(yīng)力控制方面，通過對(duì)石頭寨特大橋8套掛籃主要結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，使項(xiàng)目管理人員實(shí)時(shí)了解施工掛籃結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，使之在允許范圍之內(nèi)變化，避免因掛籃結(jié)構(gòu)內(nèi)在質(zhì)量缺陷可能導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。同時(shí)，為后續(xù)掛籃懸臂澆筑施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，從本質(zhì)上大大提高了掛籃懸臂澆筑施工的安全性。

3）在穩(wěn)定性控制方面，通過實(shí)測(cè)掛籃結(jié)構(gòu)的形變量和應(yīng)力值以及掛籃施工穩(wěn)定安全系數(shù)，從本質(zhì)上保證了各階段施工過程中掛籃結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，項(xiàng)目在掛籃懸澆施工中采用振弦式混凝土頻率傳感器及配套的頻率接收儀進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱梁施工過程中的應(yīng)力變化，確保了結(jié)構(gòu)安全，在保障掛籃懸臂澆筑施工過程中起著不可替代的作用。

4）在安全控制方面，通過對(duì)石頭寨特大橋施工8套掛籃結(jié)構(gòu)全過程監(jiān)測(cè)，項(xiàng)目掌握了掛籃結(jié)構(gòu)在石頭寨特大橋梁施工過程中和其他不定因素產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，為后續(xù)動(dòng)態(tài)施工過程采取相應(yīng)措施消除這些結(jié)構(gòu)內(nèi)力提供了可靠的依據(jù)。

5）在數(shù)據(jù)控制方面，通過橋梁施工掛籃結(jié)構(gòu)全過程監(jiān)測(cè)，為優(yōu)化橋梁的施工控制及安全預(yù)警提供了可靠的數(shù)據(jù)。

雖然，掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)控在石頭寨特大橋上的應(yīng)用取得了一定成果，但在施工過程中也暴露出來一些不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)：首先，是大中型橋梁施工普遍工期較長，加之測(cè)量頻繁且須多點(diǎn)同時(shí)讀數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境較差，所以在傳感器選擇上盡量選擇密封性好、絕緣性高以及靈敏度高的傳感器，否則在施工過程中監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，容易發(fā)生錯(cuò)誤預(yù)警信息；其次，是施工過程中線路布局不合理，傳感器安裝位置選擇不當(dāng)，線路易被刮斷，傳感器易被撞擊損壞，給監(jiān)測(cè)帶來一定的難度。

9 結(jié)語

掛籃懸臂施工作為當(dāng)今大中型橋梁施工有效的施工方法，其結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控也越來越重要。石頭寨特大橋施工過程中對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控進(jìn)行了探索，取得了顯著的成效，但也發(fā)現(xiàn)了一些不足，為后續(xù)同類項(xiàng)目施工過程中優(yōu)化掛籃結(jié)構(gòu)監(jiān)控方案提供借鑒。