陳村特大斜拉索橋施工監測控制

張濤

摘要：該文詳細敘述了斜拉橋監控目的、調控原則、誤差分析、監控重點和監控方法，可供類似工程借鑒、參考。

關鍵詞：斜拉橋；斜拉索；施工監控

1. 工程概況

陳村特大橋為廣州至高明高速公路廣州段內的一座塔梁墩固結體系矮塔斜拉橋，主橋為（120+218+120）m，位于廣州市番禺區鐘村鎮至佛山市順德區陳村鎮一帶，上跨陳村水道。

斜拉索在塔頂處采用分絲管鞍座抗滑錨固體系，在主梁處采用拉索群錨錨固體系。索面設置為單索面（雙排索），布置在主梁的中央分隔帶處，全橋共有68對斜拉索。

2.監控目的

通過現場的結構測試，跟蹤計算分析及成橋狀態預測得出合理的反饋控制措施，給施工過程提供決策技術依據，也為結構行為控制提供理論數據，從而正確地指導施工。

3. 控制精度和調控原則

3.1 控制精度

陳村特大橋各參數控制精度如表所示。

3.2調控原則

標高與索力雙控。由于主塔不高，塔的剛度較大，拉索與主梁的夾角較小，因此主梁的線形控制以調整掛籃立模高程為主，斜拉索張拉時以索力控制為主。

4. 施工監控計算

4.1 施工前期監控計算

（1）設計復核計算

為了保證施工監控計算的準確性，起到設計復核的作用，需對主要設計參數進行復核。

（2）合理成橋目標狀態復核

在確定最優成橋索力時，應考慮：

①索力分布要盡量均勻。

②恒載狀態。

③在恒載作用下，主塔的彎矩不能太大，并適當考慮活載的影響。

④荷載組合作用下，最大、最小應力均需在規范允許地范圍內且有一定的安全儲備。

⑤成橋狀態橋面線形滿足設計要求。

（3）施工監控預測計算，提供控制目標理論值

在確定合理的成橋目標狀態后，劃分詳細的施工階段，進行施工監控預測計算。通過施工監控預測計算可以得到理論施工過程各工況結構應力、內力、變形，將其與設計、規范值對比。

（4）結構參數敏感性分析

結構的關鍵參數對于結構力學行為的影響進行系統的研究，進而確定合理的施工控制方案，指導制造和安裝節段關鍵制造參數的選取，以及施工過程中的參數識別及誤差評定均是有重要意義的。

4.2、節段施工前計算

在節段施工之前，應對節段施工過程中結構的內力和變形進行預測，并作為節段施工過程控制的目標。

①斜拉索無應力下料長度計算

陳村特大橋采用鋼絞線斜拉索，索在主塔處采用索鞍穿過形式，每根斜拉索分別錨固在邊跨側和中跨側對應的索橫梁上，并按照先單根后整束張拉的施工工序進行張拉。參照圖4-1，斜拉索的下料長度（端到端）：

其中： 為單端工作長度，尚應考慮錨索計等預埋件的影響值； 為張拉彈性伸長量； 為垂度影響的伸長量； 、 為錨板的厚度，由制造廠家提供，參照相關錨具資料對數據進行校核。

圖4.1-1 斜拉索下料長度示意

②斜拉索上、下端錨管方向確定

由于斜拉索垂度效應的影響，斜拉索在上、下端錨管位置處的空間角度不能直接按照直線索計算。

③主梁、主塔立模標高基礎數據計算

考慮主梁和主塔施工過程中的累計位移值，現場掛籃變形量，施工臨時荷載、不同塊段重量、人為調整值等。

④斜拉索初始張拉力、張拉后索力、后續調索力計算；

⑤主塔各節段施工完成后的數據計算；

⑥主梁各節段施工完成后的數據計算；

⑦邊跨合龍前后結構應力、索力及線形數據計算；

⑧中跨合龍前后結構應力、索力及線形數據計算；

⑨鋪裝過程結構應力、索力及線形數據計算；

⑩施工過程中調索前后結構應力、索力及線形數據計算。

4.3、節段施工后計算

在節段施工完畢，需要根據實際的測試和測量結果，得出一組消除各種誤差因素后結構的實際狀態數據，并與預測值進行對比分析，找出差值，對計算模型進行修正。

①對節段施工后反饋的施工信息分析，確定施工誤差狀態

②結構響應分析評估和結構狀態評估

節段施工后根據當前施工狀態下的邊界、荷載對當前結構進行結構響應分析評估和結構狀態評估。

③計算參數的識別與修正

根據節段施工后的各參數測量誤差值識別模型中預定的計算參數，對預定的計算參數進行修正，調整計算模型。

④誤差分析與調整

根據上一節段的施工誤差，進行誤差分析，根據誤差分析結果對下一節段可能存在的施工誤差的制定有針對性的調整措施。

⑤實施計算調整控制目標

根據計算參數修正后的計算模型進行實時計算，根據計算結果調整下一塊段的控制目標值。

⑥確定施工誤差容許度指標和應力預警機制

混凝土應力監測結果平均應力誤差小于±15%，當應力水平達到80%材料允許強度（包括拉應力）或超過上述誤差范圍時應提供預警，以確保大橋的安全施工。

4.4成橋階段的計算復核

根據實際參數取值，考慮既有施工誤差等影響，計算橋梁的成橋狀態線形、應力和穩定性，并按照設計規范進行運營狀態驗算，得出運營階段荷載組合內力情況，將計算結果與設計成橋內力和線形比較，做出成橋狀態分析評估和施工監控成果評價，為橋梁運營階段的監測養護管理等工作提供初始結構狀態。

5. 監控主要內容

5.1線形監控

線形監控重點為主塔幾何位置和主梁幾何位置。主梁施工工序多，工藝復雜，主梁的設計線形、預拱度線形以及斜拉索的張拉噸位和次數均會對主梁結構受力和結構線形造成影響。施工監控充分考慮各種因素的影響，準確的結構分析，并采取合理有效的監控措施確保上述環節控制到位是保證線形的有效對策。對于平面線形控制，應準確計算平面坐標，采用高精度儀器進行放樣和控制。

5.2 應力監控

應力控制包括主梁、主塔的應力監測，其中斜拉索的應力由索力控制，而主梁和主塔通過設置應力傳感器進行應力監測。通過實際監測與理論計算結果進行對比分析，實時把握實際的局部區域應力狀況。

5.3 施工索力的監控與調整

斜拉橋要經歷分階段施工的過程，結構的荷載在施工過程中逐級加載，每一個施工階段都可能伴隨著結構的變形。因此，要求施工控制理論分析必須準確模擬斜拉索，確定合理的斜拉索初張力及張拉順序，保證施工過程中主塔柱間受力平衡，并結合理論計算和監測結果進行對比分析，對各階段斜拉索張拉力進行調整。通過理論分析和現場實測，把握結構變形規律，進行誤差分析和識別，準確預測初張力效果，是保證標高與索力雙控效果的一個重要措施。

5.4 穩定性監控

根據橋梁施工的實際狀況，對施工過程中的主要環節進行結構穩定性分析，保證施工過程中的穩定性。計算分析主要包括：箱梁、索塔臨時結構（或桿件）穩定性驗算；施工中的結構（局部和整體）穩定性驗算和控制；影響施工中結構（含臨時）穩定的因素分析、監測與控制。此外，并對施工過程中橋面臨時荷載進行嚴密調查和控制，嚴防主梁在施工過程中不對稱荷載導致的扭轉失穩。

5.5合龍控制

現場實際調查當地的氣溫、濕度等狀況，考慮混凝土澆筑等影響因素，通過連續觀測，包括合龍口的長度、寬度及溫度監測，選擇氣溫穩定的時間段作為合龍時機。對合龍方案進行對比分析，充分考慮到合龍前后結構內力變化，采用對主梁受力最有利的合龍方案，分析合龍誤差的影響因素，并對溫度效應等影響因素進行敏感性分析，確保高精度合龍。

6.施工監控分析報告說明

（1）幾何誤差分析報告，包括幾何誤差計算、誤差形態分析、誤差預測等；

（2）斜拉索索力誤差分析報告，包括索力誤差計算；

（3）應力測試結果分析報告，包括應力和溫度場的測試結果、結構施工安全度評價或安全預警報告；

（4）施工監控建議，包括對總體施工誤差和安全狀態的評價、對容許施工誤差度的調整等內容。

（5）全橋竣工后將對施工監控工作進行總結，提交施工監控的總結報告。

7. 結語

施工監控理想目標是主梁標高和斜拉索索長（或索力）同時滿足精度要求（即所謂的“雙控”），但由于存在主梁重量偏差、施工荷載、材料特性等因素的影響，往往很難同時達到上述兩項目標。如何綜合考慮這些影響因素，保證現場索力測試時測控精度滿足工程要求，確保索力測試的準確、可靠，使主梁、主塔、斜拉索處于合理受力狀態，是斜拉橋監控的一個難點。

針對每段實際施工工序及施工監測獲取的數據，對橋梁進行實時平差、分析和驗算，并根據分析結果及時調整施工監控指令，以確保結構逐段施工符合設計要求。

合龍控制是一個關鍵工序，合龍精度往往是評價監控工作成敗的一個重要指標。合龍過程是一個體系轉換的過程、因此要求施工監控考慮各種影響因素，為合龍確定出最佳方案和時機。

實時對監控結果進行整理，按要求以預警報告、月報的形式送達各方。每個主塔、主梁節段施工完畢后、一次索力和線型通測后監控單位對監控結果進行評價并提供報表。工程結束時，提交完整的監控總報告及電子文檔。