浅谈混凝土斜拉桥的施工监控

　　摘要：近年来随着混凝土斜拉桥建设的迅速发展，施工监控在其施工中发挥着越来越重要的作用。本文以某斜拉桥的主梁施工为例，阐述了施工监控在混凝土斜拉桥施工中的主要任务，总结了施工监控的工作内容和程序，可供同类桥型施工监控工作参考。
　　关键词：混凝土斜拉桥，施工监控
　　1引言
　　斜拉桥施工监控的主要任务是控制主梁的标高和线形，保证施工的质量、安全和结构内力及结构线形符合设计要求。由于斜拉桥的结构形式和施工工艺，斜拉索对主梁的作用相当于较密集的弹性支撑，随主梁施工的进展，当改变后续节段的索力时，前边已施工梁段的标高和线形就会发生变化，由于诸多因素的影响，这种变化是很难准确计算的。而通过调节立模标高来调节主梁的标高和线形是斜拉桥施工最有效的办法，因受许多随机因素的影响，立模标高的确定就不能仅仅依靠设计单位提供的数据，而是由施工监控根据实际的施工工序、实际现场获取各类参数，对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出其斜拉索的张拉力、梁段标高的施工监控指令参数；由施工单位在监理的监督下按照施工监控指令的要求实施相应的立模、浇筑、张拉等工作，并反馈实施效果参数（如标高、坐标等）。监控单位还要采集其他各类施工反馈参数进行施工误差状态分析；以应力预警体系及施工误差容许度指标对施工状态进行安全度评价和灾害预警；对不合理的误差状态提出调整措施。这样，才能保证结构的受力和变形始终处于安全的范围内，成桥后的结构内力和线形符合设计要求。
　　2施工监控测点布置、安装
　　2.1工程概况
　　某斜拉桥主跨为208m+270m+35m+30m预应力混凝土独塔双索面不对称斜拉桥，桥梁全长1573m，主桥为塔梁固结体系，索塔为“H”形，塔柱高145.20m，矩形空心截面。塔柱顺桥向宽7.60米，横桥向宽4.00米。主梁采用预应力钢筋混凝土，横断面为单箱三室流线形箱梁，梁宽29.5m，梁顶设2%双向桥面横坡。
　　2.2箱梁应力测试原理
　　索塔及主梁应力测试采用埋置带温度传感器的混凝土应变计，根据实测的弹模及应变数值可以获得测点处的应力值。
　　应变计在混凝土浇筑前就固定在钢筋骨架上，并记录初始应变读数ε0。当混凝土浇筑后随各施工过程的进行梁段内的应变计会因受力产生变形，采用精密电子设备来测定测点处的微应变，从而可确定测点处混凝土的应力。在实际测量过程中，当测点所在梁段混凝土浇筑后数年内会由于各种原因产生较大的非受力应变，因此测得的应变还需要针对该种情况进行修正，因此采用在无应力试块内埋设混凝土计的方法来修正上述情况带来的误差。应力测量结果与施工监控中其它测量结果相结合能全面地判断全桥的内力状态，形成一种较好的预警机制，从而能更安全可靠地实施施工监控。
　　2.3应力测试断面及测点布置
　　2.3.1索塔应力测点
　　主桥索塔上埋置钢弦计或自补偿应变计（含温度传感器）的截面位置如图1所示。
　　
　　图1索塔应力测试截面
　　索塔应力测试截面设置三个，分别位于塔柱上游和下游侧每肢的0#块上方、中横梁下方和上塔柱中部。中塔柱与下塔柱应力测试断面，每肢的每一断面埋设4个钢弦计或自补偿应变计（含温度传感器），位置分别如图2和图3所示。其断面的具体位置（高程位置）根据索塔施工时浇注混凝土段的划分来确定。各钢弦计或自补偿应变计（含温度传感器）的导线引至索塔处主梁位置附近汇集，以方便测试及保护。
　　
　　图2索塔中塔柱应力测点布置图
　　
　　图3索塔下塔柱应力测点布置图
　　2.3.2主梁应力测点
　　预应力混凝土主梁上埋设混凝土计或自补偿应变计（含温度传感器）的截面位置如图4所示，主要用于监测在主梁块件悬臂施工过程中的主梁应力状态，图中的测点位置按常规设置，但可以根据施工过程中主梁应力情况经计算分析后改变测点位置。
　　
　　图4主梁应力测试截面
　　主跨设置6个断面，边跨4个断面，每个主梁应力测试横断面上布置测试元件14—16个（应力测试断面各元件的埋设位置如图5所示），各元件导线的饿线头引在主梁混凝土箱内中腹板上，每个截面上应变计的埋设数量、位置、元件导线引出形式等将在埋设元件的实施方案中具体给出。
　　在施工阶段的应力测试中，每一断面内各测点导线编号后汇于集线器中以便进行集中测试。在混凝土内的导线应被PVC管所保护，集线器设置保护罩，并有明显的警示标志。
　　以上测试端面的布置及测点的数量已综合考虑了运营监测的需要。
　　
　　图5主梁应力测试截面测点布置图
　　3施工监控的工作内容、程序和要求
　　3.1工作内容
　　施工监控的工作内容包括：施工监控方案的制定；监测体系的建立；设计计算的复算核对；施工监控前期计算；施工过程中的应力、索力、温度等测试；施工过程实时跟踪和预测分析；提出每个阶段施工控制指令数据；对每五个梁段或关键工序的预测与实施情况做出评价；施工控制结束后提交总的施工控制报告。
　　3.1.1某大桥应力测试工作内容
　　在主梁施工中应力测试工作主要包括：测试元件的安装调试、施工期间的数据采集、测试数据的分析整理和测试结果的总结四大部分。
　　安装调试阶段的工作包括混凝土应变计的安装、导线的布置、集线器的安装、初始读数的采集等工作。
　　施工期间的数据采集是根据测试进度的安排，随主梁施工的进度分阶段采集各测试端面上各测点的应力数据和温度数据。应力测试一般在各关键施工阶段完成后进行，对梁段正常施工阶段中则应根据施工监控中出现的实际情况来决定是否需增加进行应力测试。
　　测试数据的分析整理是指对采集的应变数据资料进行分析计算，对应力异常的施工阶段提出应力预警报告，并按一定周期提供应力测试阶段报告。
　　测试结果的总结是指在主梁施工全部结束后，对施工阶段的应力测试结果进行汇总及分析，提交应力测试总结报告。
　　3.1.2主梁施工中应力测试工作时间安排
　　（1）安装调试阶段
　　安装调索应在断面所在梁段钢筋绑扎期间同步进行，并在钢筋绑扎完成前完成元件的安装，导线的布置，集线器的连线，并进行元件的调试及初读数。
　　（2）施工阶段数据采集及分析整理
　　数据采集通常在每个梁段完成后，挂蓝前移前完成。索塔应力测试平均每隔5个梁段进行一次，次测试完成后，对应力幅度进行评价，随施工监控报表作出应力状态安全与否的判断，对应力异常的情况提出预警报告。在施工中分三次提供应力测试阶段报告，分别为边跨合龙前，中跨合龙前以及通车运营前。
　　（3）测试结果总结
　　在主桥施工结束后一个月内提交施工阶段应力测试结果总结报告。在主桥动静载试验前一周内移交各测试元件的初始读数及测试元件的工作状况。
　　3.2工作程序和要求
　　3.1.1施工监控前期计算
　　制定监控方案、建立监测体系、复核设计计算、了解施工过程、方法、临时荷载和预计工期等，为计算作准备。按照施工方案、条件和参数建立结构时变体系模型，并进行计算分析，求出成桥状态和每个施工阶段状态，包括索力、位移、结构内力和应力、支座反力、各梁段施工线形等，为后续的实时施工控制提供基本数据。
　　3.1.2施工过程中的应力、索力、温度等测试
　　（1）主梁和桥塔应力测试
　　测试时间：桥塔施工过程中每隔3—4个节段测试一次。在每个梁段施工过程中，对浇筑混凝土、张拉斜拉索工序进行测试；完成挂篮前移，测量前面已成梁段及相邻梁段上3个点标高（如图6所示）。
　　
　　图6已成梁段及相邻梁段标高测点示意图
　　由于立模标高是以主梁底面为基准的，为了在浇筑混凝土后能够准确测量主梁标高，需要将高程测点移到主梁顶面。高程测点在梁段的钢筋绑扎阶段进行预埋。采用Φ16钢筋牢固定位于顶板钢筋骨架上，测点钢筋顶面车成半球形顶面，冠顶应高出混凝土面2cm。混凝土浇筑及养生完成后对测点处混凝土面清整并用红油漆画圆及编号。在每一梁段上测点的具体布置如图7所示。其中梁段轴线上的测点为主控制点，上下游处的测点为辅助测点。主梁轴线测点采用在主梁高程测点中心的主控测点上可十字丝的办法设置。
　　
　　图7主梁高程测点布置
　　测量要求：各测量阶段的测量时间应根据主梁的施工进度完成情况安排在晚十时（夏、秋季为晚十一时）以后至次日清晨八时（夏、秋季为七时）以前进行。每个施工阶段都要进行高程测量，平均每隔5个梁段安排主梁标高通测并校核测量基点。在边跨及中跨合拢前后、塔梁约束解除后以及调索前后必须安排标高通测。高程测量的精度要求为1mm。为达到该测量精度，建议采用精密水准仪配瓦尺进行测量。或采用2秒级全站仪进行测量，测量精度要求为2mm/60m。为达到该测量精度，建议采用J2级经纬仪进行测量，后采用2秒级全站仪进行测量。
　　安装模板，根据施工控制指令要求的时间，调整挂篮，达到指令立模标高；完成绑扎钢筋、浇筑混凝土后，测量主两前端顶面表高、挂篮变形；完成张拉预应力钢筋，测量主梁和索塔变形（索塔测试断面测点布置如图8）。对其他关键阶段，如合龙、桥面铺装、调索等也要进行测试。
　　
　　图8索塔测试断面测点布置图
　　（2）索力测试
　　测试时间：与应力测试时间基本相同，但在每个梁段施工过程中，只测试新安装斜拉索和其前面4对索的索力。在每进行5个梁段施工后以及在合龙前、成桥调索前后、桥面铺装前后等都要进行全桥索力通测；对于1#—7#索，由于安装有穿心式索力传感器（如图8所示），所以测试采用传感器、频率式索力仪和千斤顶油压表相互对照的方式进行测试，对于8号及以后各斜拉索，则采用频率式索力仪和千斤顶油压表相互对照的方式进行测试。
　　
　　图8传感器安装图
　　测试要求：斜拉索张拉采用荷载分级张拉方式，调索采用整体张拉方式，并采用索力和伸长量双控的方法。若其中一项指标先达到限值而另一项还未达到，则由监控单位根据标高、内力的情况进行综合判断，决定是否结束索力调整。
　　（3）温度测试
　　测试时间：与应力测试时间基本相同；除测试环境温度外，还要利用埋设在结构中的温度传感器测试结构温度。
　　（4）混凝土强度、弹性模量、容重测试
　　每个梁段都必须制备混凝土强度试件，待达到规定龄期后进行测试。每隔五个梁段或更换了骨料、水泥、配合比、水等材料都必须进行混凝土弹性模量测试。素混凝土容重正常情况下只测一次，对于改变了材料的情况必须重新测试。容重的测试采用250×250×500mm的长方体块件，在与梁段相同条件下养护，分别在3天、7天、28天龄期时用磅秤称重。
　　3.1.3施工过程实时跟踪和预测分析
　　收集本阶段的全部反馈信息，包括各种测试测量数据；对于施工单位经监理反馈的信息，要有专人签收；对本阶段的实际实施效果做出评估，对误差进行分析；对计算模型和参数进行分析、识别和调整，重新分阶段反复计算直到成桥阶段逼近设计状态为止；如果发现当前的误差对成桥状态有较大的影响，要及时通报给业主和设计单位；如果需要对施工方法和结构状态进行调整，要提出调整方案。
　　3.1.4提出每个阶段施工控制指令数据
　　确认计算分析无误后，提出下个阶段的施工控制指令数据；发布其他控制要求指令，将视现场施工情况通知相关单位进行。如：进行挂蓝刚度测定、混凝土弹性模量测定的工作，进行标高或索力重新测量的工作，进行临时荷载分布调查或进行临时荷载限制的工作等。
　　3.1.5对每五个梁段或关键工序的预制与实施情况做出评价
　　在每五个梁段或关键工序施工完成后，写出对其预测与实施情况的分析评价，必要是提出对后续梁段施工改进建议。评价应包括：线型误差分析，索力误差分析（单索的索力绝对误差、相对误差，上下游索力的平均相对误差，上下游索力的相对偏差），应力测试结果分析，施工监控建议。
　　4结论
　　混凝土斜拉桥的施工是一项十分复杂而艰难的工作，为了保证斜拉桥施工的成功，更好的保证施工质量和施工安全，施工监控是必不可少的，必须要对施工建设的整个过程进行严格的监控。混凝土斜拉桥的质量标准就是要保证已成桥的线形以及受力状态等符合设计要求，然而多工序、多阶段的斜拉桥施工，要求结构内力和标高以及各项参数指标的最终状态等都符合设计要求则并非易事，这体现了在混凝土斜拉桥施工中监控工作的重要作用。
　　另外，随着交通事业的发展，荷载等级、交通流量、行车速度的提高，还有一些难以预测的自然破坏力也将会危及桥梁的安全，所以除了在混凝土斜拉桥施工建设中实施监控外，还应在斜拉桥的运营阶段建立综合性安全监控系统，这将是现代混凝土斜拉桥施工建设的必然趋势。
　　参考文献
　　1蔡敏，潘晨光、大跨度斜拉桥的施工监控、2005年全国桥梁学术会议论文集，2005.10。
　　2陈德伟，郑信光，巩海帆、混凝土斜拉桥施工控制、土木工程学报，1993.2。
　　3姚玲森、桥梁工程、人民交通出版社，2002.7。