仙神河大橋的施工監控組織與實施

劉一鳴，孫紅斌

（1.晉城高速公路有限責任公司，山西 晉城 048000；2.中國中鐵航空港建設集團有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

仙神河大橋位于晉濟高速公路后半段接近省界處，是晉濟高速公路晉城省界段的控制性工程，此橋橋位地形條件復雜，大橋兩端均連接于隧道口，而兩端隧道口則位于太行山的懸崖絕壁之上。仙神河斜拉橋為兩跨高墩獨塔單索面（雙股）鋼筋混凝土部分斜拉橋，墩高，是目前同類橋型中“亞洲第一高墩”；橋全長，跨徑布置為（引橋），橋總體布置如圖所示。

圖1 仙神河大橋總體布置圖

仙神河大橋屬于高墩矮塔式斜拉橋，為高次超靜定式結構，此橋的結構恒載力與梁部線性及相關施工方法聯系比較密切，通俗來講就是不同施工方法對結構線形與內力產生不同的結果。從另一角度來看，由于仙神河大橋施工中受到了來自各方面因素的影響，比如混凝土的收縮徐變、施工荷載、材料的彈性模量、自重及溫度等方面的影響，加上在具體的測量工作中也會出現一定程度的誤差，難以保證實際的測量值與理論設計值相符合，難免會在二者之間出現偏差。但是這一過程中需要注意到某些偏差累積的特點，比如橋體中主梁豎向撓度誤差就具有這種性質，如果不能合理及時的對此偏差進行科學的處理，那么在下一步的施工中，尤其是在主梁的懸臂長度增長中會導致其標高偏離理論設計值擴大的問題，從而影響到成橋的線形與內力，甚至導致合龍困難的現象。

加上本橋所處地理位置以及高墩的特點，所以對該橋整個施工過程進行監控工作十分必要。

2 施工監控、監測的組織工作

2.1 技術體系

眾所周知，橋梁設計、施工和建立與橋梁的具體施工監控檢測是緊密聯系的。而且根據信息論的相關觀點來看，橋梁施工中的監控檢測過程實際上是一個信息采集、分析處理和反饋的一個過程。通過對施工進行嚴密的監控監測，能夠有效獲取橋梁具體的施工過程中的各種數據信息，并通過橋梁施工當中相關的監控監測技術體系，可以對獲取到的數據信息進行科學的分析，特別是對于橋梁施工中的結構響應數據有著良好的效果，例如通過對結構形變、內應力、索力等方面的分析，可以準確的評價施工誤差，在此基礎上充分結合橋梁施工環境和情況，能夠科學合理的制定出誤差調整及精度控制的有效措施。并在具體的監控監測過程中用指令的形式為橋梁的施工提供一些有效的信息。

2.2 組織體系

在充分考察了仙神河橋梁的實際施工情況后，并結合其施工過程中的相關監控監測技術內容設立了“仙神河大橋施工監控、監測領導小組”。這個小組主要是由橋梁的施工單位、建設單位、監理方和監控單位構成的，其主要負責仙神河大橋施工中的監控、監測和具體的協調任務。不僅如此，領導小組還成立了工作小組來負責橋梁的監控、監測任務，工作小組都是參與大橋施工建設且具有施工監控、監測的專業技術人員。仙神和大橋施工監控、監測工作組的具體組成見圖2說明。

圖2 施工監控、監測工作組的組織體系

3 施工監控計算

3.1 監控計算分析方法

仙神河大橋的施工控制分析應使用正裝迭代方法反復的進行迭代計算，直到所計算的成橋狀態與設計理想狀態相一致。結構總體分析應采用非線性理論進行計算。其中需要注意的是掛籃應當做一個結構單元來拆裝并加以計算。在施工過程當中應嚴格的按照施工循環周期分階段進行，一般每個階段以四個工況為宜，分別是空掛籃就位、節段混凝土澆筑完成、預應力鋼筋和斜拉索的張拉施工。

3.2 結構仿真計算分析

在充分結合仙神河大橋施工方案和流程的基礎上，劃分出施工階段121個。并利用專業的橋梁計算程序BSAS進行結構分析計算，本次計算共劃分節點109個，單元131個，其中單元1－74為梁單元，單元75－90為橋塔單元，單元91－112為斜拉索單元，單元113－125為橋墩墩身單元，單元126－131為模擬的樁基礎單元。需要注意的是，在張拉斜拉索的過程中必須要保證施工過程的安全和橋梁結構安全，在這一環節得到保障的原則下方可利用迭代優化等方法加以確定。單元離散圖具體見圖3。

圖3 仙神河大橋結構離散圖

4 施工監測實施

4.1 索力測試

對于索力的測試可以通過頻率震動法和千斤頂油壓表兩種方法機械牛，但是采用千斤頂油壓表示一定要利用精準的壓力表來加以標定，從而得出張拉力與壓力表液壓之間的關系，這種方法的精度可以達到1%－2%左右。而頻率震動法則主要是根據拉索索力與震動頻率之間的相關關系得到較為可信的測試結果，但是利用此法一定要選擇好時間，以下拉索張拉完畢為宜。

在具體的施工監測過程中嚴格按照以下四個方面的標準控制索力：

①每根斜拉索中各鋼絞線的離散誤差要控制在理論值3%左右。

②斜拉索的理論值同實測值的誤差應該控制在2%左右。

③每一對斜拉索的索力值應該控制在理論值的1%之內。

④ 按照矮塔斜拉橋的設計原則，當索力張拉完畢之后不應再次調整，從而防止結構線形與應力狀態產生異常現象。

4.2 線形測量

在線形測量環節中，對于主梁現行的測量應該使用精密的水準儀來進行，在此過程中必須要在橋縱向從懸臂端往塔根部方向對三個主梁的節段斷面標高進行準確的測量，并在所測量的斷面上設置5個測點。之后再每一個階段中測試其標高，但是測量時間一定要選好，一般在溫度變化最小的時候進行，以凌晨為宜。

4.3 主梁應力、索塔應力測試

測試方法采用鋼弦式應變計。主梁測試截面位于塔根部附近的0號塊內及1／4跨徑、跨中的地方。索塔測試的一個截面位于其根部。關于測點的布設見圖4。另外，對于測試的時間應一輛選擇在混凝土澆筑完畢、斜拉索和鋼絞線張拉完畢之后。

5 施工控制的實施

5.1 設計參數的識別及誤差消除

1）參數識別

考慮到實際的實測結果和理論計算結果會存在一定的誤差，加上計算模型設計和選區中存在較小的誤差，因此要想得到更加精確的測算結果，必須要對計算設計參數加以參數識別。具體的操作中可以通過最小二乘法來實現。

2）誤差判斷

提高參數識別的準確性，提供科學的參考信息，可以采用以下六種方法來進行誤差的判斷：

結合斜拉索張拉前后的主梁標高變化情況進行結構剛度的計算，并對混凝土的彈性模量加以反算。

根據混凝土澆筑時的索力和主梁標高變化來進行混凝土重量的判斷。

結合實測定位標高、實測值和理論計算標高的差值可以進行掛籃定位誤差的判斷。

受到溫度影響的情況下，可以通過全天候監測索力和主梁標高的變化情況對溫度影響進行判斷。

反復進行測量工作，根據測量數據的變化和變化趨勢可以對測量誤差進行較為準確的判斷。

對于預應力束張拉力誤差的判斷可以利用鋼絞線伸長及油表度數的變化來進行判斷。

5.2 施工控制原則

由于仙神河大橋主梁的結構剛度較大，屬于預應力混凝土單箱三室箱梁結構，因此即使斜拉索索力初夏你叫大的變化，幾乎不會引起梁體撓度的變化，但是為了保證主梁結構的安全，保障線形的平滑、合理，因此在具體的施工過程當中必須要把控制主梁標高作為重點，同時也要注意控制索力，確保主梁彎矩在合理范圍內。但是，在對拉索索力的調整當中必須把控制索力作為主要環節，并在此過程中要嚴格控制主塔彎矩和主梁的應力水平，從而確保成橋內力狀態達到合理效果。

6 施工控制成果及結論

（1）仙神河大橋主梁結構的監測結果充分的證明了其結構應力的分布符合施工控制理論與結構設計理論所測算出的結果，而且整個大橋各個斷面所測量得出的應力平均值與理論值相符，主梁最大壓應力實測結果為19．23 MPa，基本沒有出現拉應力，說明結構處于安全范圍內。

（2）索力的測量結果基本符合理論計算結果，張拉力的控制和索力的均勻性都嚴格的控制在了誤差范圍之內。

（3）本橋梁的實測線形狀與設計線形目標值差異不大，而且所有梁段的實測標高通理論計算值偏差不超過2公分，這從某種程度上也說明了橋梁施工控制取得了成效，同時也表明了以標高控制為主、索力控制二者兼顧的方法是有效的。

總而言之，不論是從成橋之后的實測線形來看，還是從索力、應力的角度來看，仙神河大橋的結構實現了設計目標，而且符合現相關規范與設計要求，從整體看來，整個橋梁的受力狀態十分合理。

7 結語

通過對仙神河大橋應力、變形、索力等測試結果和有限元理論計算結果的分析，可以看出：實測結果與計算值有很好的吻合性，橋梁結構工作狀況處于彈性范圍，強度和剛度滿足設計及規范要求，橋梁工作性能良好。自適應控制方法在高墩矮塔斜拉橋的應用是成功的。

1.唐玨向，王建民等.千島湖大橋的施工監控與組織管理，浙江交通科技，2007（1）

2.何祖發.七塔部分斜拉橋的施工監控，世界橋梁，2008