鋼管混凝土拱橋維修加固過程的監測方法

□文/張寶華 鄧 鳴

1 工程概況

大橋主橋為168 m+168 m+168 m下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋面總寬29 m，橫向布置為1.25 m（人行道）+3.0 m（非機動車道）+1.5 m（機非隔離帶）+8.5 m（行車道）+0.5 m（中央分隔帶）+8.5 m（行車道）+1.5 m（機非隔離帶）+3.0 m（非機動車道）+1.25 m（人行道），拱肋矢高32 m，矢跨比1/5，拱軸為懸鏈線。拱肋截面為啞鈴形，上下鋼管直徑1.5 m，用腹板聯結，全高3.75 m，鋼管和腹板內壓注強度等級C50混凝土。主橋共3跨，每跨上下游各18根吊桿，全橋共計108根吊桿。原橋于1998年建成通車。

主橋橫向由24片小縱梁組成。根據檢測報告，行車道16片小縱梁存在嚴重病害，擬對全部行車道小縱梁予以更換。3個拱同時施工，橫橋向共更換16片小縱梁，先更換上游側6片，再更換下游側6片，最后更換中間4片。更換上游側小縱梁時，下游側變位雙向2車道運營；更換下游側及中間小縱梁時，上游側人行道以及已更換完成的上游側6片小縱梁為運營車道。

2 橋梁施工監控的目的與方法

2.1 目的

施工監控與施工緊密結合，相輔相成，直接服務于橋梁加固、改造的全過程。施工過程中，一側換梁，另外一側運營通車，在橋橫向受到較大的不平衡荷載。為了確保全橋在維修加固前后結構受力和變形始終處于安全的范圍內且維修加固后全橋的受力和線形滿足設計要求，必須在全橋維修加固過程中進行嚴格的施工監控。

2.2 方法

橋梁維修加固時，結構必然經歷一個復雜的過程。對施工過程中每個階段進行詳細的變形計算和受力分析，是施工控制中最基本的內容。首先必須通過施工控制計算來確定橋梁結構施工過程中每個工況在受力和變形方面的理想狀態（施工工況理想狀態），以此為依據來控制施工過程中每個工況的結構行為，確定每個工況下各結構參數的預警值，使最終橋梁線形和受力狀態滿足設計要求。

維修加固過程中采取主動控制與被動控制相結合的方式，見圖1。主動控制表現為施工程序的制定，結構參數的確定等。被動控制則表現為一個施工—量測—判斷—修正—預告—施工的循環過程，為控制橋梁在各施工階段的狀態，首先必須進行一些基本的和必要的量測項目，包括主梁各施工工況的標高、拱肋變形、應力、索力及支座位移等；在每一工況返回結構的量測數據之后，要對這些數據進行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差；在這一基礎上，將產生誤差的原因予以盡量消除；給出下一個工況的施工控制指令，在現場施工形成良性循環。

圖1 主動控制與被動控制相結合

3 監控內容

包括拱肋線形、橋面線形、吊桿索力、系桿索力、結構應力以及支座位移。由于本橋為不對稱施工，確保上下游兩側的數據差不超過設計值成為本次監測的重點。為保證測量結果的準確性，監測安排在每個施工狀態發生改變的第二天早晨6點進行。

1）拱肋線形。測點分別設于每片拱肋L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8，全橋共計 42個測點。測點采用棱鏡布設，布設在拱肋下緣。采用自動化全站儀進行測量。

2）橋面線形。測點縱向設于拱腳和吊桿下吊點與橋面連接處，橫向設于非機動車道根部（靠近吊桿側）。每孔設40個測點，全橋共計120個測點。采用電子水準儀進行測量，見圖2。

圖2 線形及拱肋測點布置

3）吊桿索力。吊桿索力監測采用動力法進行，對全橋108根索力進行監測。

4）系桿索力。每根系桿預埋有2個傳感器，分別位于跨中和端點。全橋共計48根系桿，96個傳感器。采用光纖光柵解調儀對這些傳感器進行監測。

5）結構應力。包括拱肋和拱腳橫梁應力監測。拱肋上將傳感器布設在拱腳位置,見圖3；拱腳橫梁主要監測活動支座端的橫梁應力。全橋共計36個應變計。

圖3 拱肋應力測點布置

6）支座位移。監測施工過程活動端拱腳支座沿順橋向的變化情況，共6個支座。

4 監控結果

1）施工過程拱肋線形變化最大值為26 mm，上下游相差最大為15 mm，滿足設計要求。

2）施工過程中主梁線形最大變化值為39 mm，上下游相差值最大為32 mm，滿足設計要求。

3）施工過程吊桿索力變化最大值為236 kN，上下游相差值最大為233 kN，滿足設計要求。

4）施工過程系桿索力變化最大值為-155.9 kN，滿足設計要求。

5）施工過程拱肋拱腳應力變化值最大為8.6 MPa（拉應力）和-8.1 MPa（壓應力），拱腳橫梁應力變化量最大為1.3 MPa（拉應力）和-0.9 MPa（壓應力），均滿足設計要求。

6）施工過程支座位移最大值為28 mm，上下游相差值最大為10 mm，滿足設計要求。

5 結語

由于維修加固工程施工和運營同時進行，必然產生不平衡荷載，必須對施工進行監測。監測結果表明，本次監控是成功的，監控的理論和方法及其組織管理系統是正確的，可以保證施工過程橋梁結構處于安全狀態并滿足設計要求。