某跨海大橋施工監測及成果分析

薛松

（1.長沙理工大學土木與建筑工程學院，湖南長沙 410004；2.湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南長沙 410004）

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某跨海大橋施工監測及成果分析

薛松1，2

（1.長沙理工大學土木與建筑工程學院，湖南長沙 410004；2.湖南路橋建設集團有限責任公司，湖南長沙 410004）

摘要：施工監控是通過對施工過程中橋梁結構的實時監測，并對監測數據進行分析來判定橋梁各部結構是否正常。在某跨海大橋施工中，通過對吊桿張拉過程中進行索力、應力和線形監測，并對數據進行分析，得到橋梁安全可控的結論，并為落架吊桿力的計算提供了參考數據。

關鍵詞：橋梁；實時監控；施工控制；監測數據分析

在施工過程中橋梁結構體系會隨施工階段的變化而變化，結構的實際參數與設計值會有偏差，加上現場施工荷載及環境變化的不確定性，將使結構的應力狀態和線形偏離設計狀態。這種偏離會對合龍過程造成很大影響，強行合龍對橋梁結構受力狀況不利，嚴重時還會危及結構安全。現有建設工程中，因建成后主梁線形與設計線形差異而導致的橋梁安全性、美觀性和行車舒適性不足的例子并不鮮見。因此，精確確定拱肋拼裝位置、通過各施工階段吊桿索力的監測和調整獲取預先設計的主拱肋、主梁應力狀態和線形，是施工控制中的關鍵一環。這就要求對每個施工階段進行詳細的變形計算和受力分析，并對重要結構參數進行監測，獲取反映橋梁實際情況的數據和信息，并根據實際情況適時調整相應階段的施工狀態，使施工過程全程受控。

1　工程背景

某跨海大橋跨徑布置為（130+130）m，橋梁總寬17.5 m。主橋采用V形墩+拱索組合結構，其中拱索組合結構段長80 m，吊桿間距10 m，V形墩段長100 m，跨徑組合為（30+40+30）m。主梁采用等截面預應力砼梁，單箱三室斷面，斜腹板設計，梁高2.0 m。主墩處拱腳截面為3×3 m砼矩形截面，與拱座剛性連接。拱肋為全鋼結構，采用2×2 m矩形鋼結構箱形截面，鋼板壁厚均為30 mm。主拱通過PBL剪力鍵傳力于主墩拱腳砼。

2　施工監控方案

通過對施工過程中吊桿索力、應力及位移（線形）進行現場實時跟蹤測量，為施工監控提供實測數據，保證主梁施工過程結構的安全并為監控計算提供實測結構參數。

2.1索力監控

吊桿索力是重要設計參數，施工階段吊桿的索力狀況及索力誤差分布是評估、判斷施工階段結構內力狀況、安全狀況及施工質量的重要依據。索力大小將直接影響拱肋及主梁的線形、拱肋及主梁的內力分布。因此，在施工過程中準確測量索力值并把它調整到設計要求的范圍內，是保證橋梁安全施工的關鍵。

選擇16個代表性吊桿，采用穿心式壓力傳感器和弦振式索力儀聯合測試其索力，并互相校核，其余吊桿拉索采用弦振式索力儀測試。在吊桿索張拉調整后進行索力測試，測量范圍為已施工的全部結構。

2.2應力監控

由于設計計算時采用的各項物理力學或時間參數和實際工程中的對應參數不盡相同，結構的實際應力未必能達到設計計算預期的結果。因此，有必要在施工階段對結構控制截面進行施工應力測試，把應力監測結果與施工監測中其他項目（索力、線形等）監測結果相結合，更全面地判斷全橋內力狀態。

拱肋應力測試斷面及測點選擇依據為能監控懸臂施工階段最大計算應力斷面的應力水平，充分反映鋼箱拱中縱向應力的分布規律，區分重點控制斷面及普通參考控制斷面，避開鋼箱拱節段拼裝時焊接收縮影響，兼顧橋梁動、靜載試驗對斷面及測點布置的要求，能充分且必要地形成拱肋應力監測預警系統。主梁應力測試斷面及測點選擇主梁最大計算應力斷面或特征斷面。根據該原則，預計布設測試斷面為主梁9個、拱肋14個、V形墩2個（如圖1所示），測點布置如圖2、圖3所示。

圖1　主梁應力測試斷面（單位：水位為m；其他為mm）

圖2　拱肋、V形墩應力測點布置示意圖

圖3　主梁應力測點布置示意圖

應力測試為每個拱肋節段進行2次，在拱肋節段拼裝、索力調整階段進行；測量范圍均為已施工的全部結構。

2.3線形監控

橋梁的現場幾何測量包括拱肋空間坐標、主梁高程、線形及基礎沉降監測等。其中幾何測量在鋼箱拱拼裝階段主要包括鋼箱拱節段位置、節段軸線等，在張拉主梁預應力、張拉吊桿索力階段主要包含對主梁高程的監測。

拱肋若偏離設計值會引起內力變化，也會造成施工隱患，后期處理難度及造價也較高。因此，在鋼管拼裝、澆注砼、脫架等重要工程節點階段需對拱軸線偏移量進行監測，根據監測數據對橋梁的施工狀態作出評價。主要監控拱肋的橫向位移及拱肋在L/8、L/4、L/2、L 3/4等特征點的標高。

拱肋共分為1#～16#節段，在節段前端各設置2個測量標志，采用全站儀測量，共32個測點（坐標測點布置如4所示）。

圖4　拱肋坐標測點布置示意圖

2.4監控時機及頻率

幾何測量采用全橋通測，鋼拱肋節段的幾何測量在拱肋拼裝、索力調整階段進行；主梁的高程測量在預應力張拉階段、索力調整階段進行。此外，每月進行一次高程和水準點閉合測量。在節段安裝匹配階段（特別是鋼箱拱合龍前），進行多次密集測量以確保數據準確。拱肋合龍前進行48 h合龍口高程、軸線的連續測量，并在夜間安排2次幾何線形通測。連續觀測間隔，夜間為0.5～1 h，白天為1～2 h。控制施工階段的線形測量安排在相應施工階段結束且在日落3～4 h（夏季、秋季為日落后4～5 h）后至次日清晨日出前進行。

3　監控數據分析

3.1索力監控數據分析

根據施工工序和該橋特點，索力監測步驟為5#吊桿索力張拉→4#吊桿索力張拉→6#吊桿索力張拉→3#吊桿索力張拉→已張拉吊桿索力調整→7#吊桿索力張拉→2#吊桿索力張拉→8#吊桿索力張拉→1#吊桿索力張拉。完成1#吊桿索力張拉后對數據進行分析，結果如表1所示。

表1　1#吊桿張拉后索力測試結果

落架前吊桿索力調整值以設計圖紙中要求達到的落架吊桿力和成橋吊桿力作為目標值進行控制，落架后吊桿力目標值如表2所示。結合設計參數誤差、施工誤差、施工現場實際施工條件及梁底支架脫空現狀等情況，通過MIDAS2011計算分析，索力調整達到表3所示控制值后落架。

由表1～3可看出：全橋吊桿初張拉完成后，除小里程4#吊桿（差值-14%）、小里程7#吊桿（差值-15%）、大里程7#吊桿（差值-15%）偏差較大外，其他吊桿實測索力與理論計算值基本吻合；全橋在落架前處于安全可控狀態。

3.2應力監控數據分析

吊桿索力張拉監測過程中，以吊桿力監測為主、應力監測為輔。由于拱肋拼裝完成后鋼箱拱檢修孔封閉、鋼箱拱表面涂裝等原因，原布設完成的部分應力監測點無法采集數據，僅選取1#吊桿張拉完成后的應力數據（如表4所示）進行分析。

由表4可知：除11#斷面（大里程側梁上拱座位置，鋼混結合處）4個測點計算值與實測值有一定偏差外，其余各測點數值偏差均較小，各關鍵截面應力測試結果顯示應力儲備足夠。

表2　落架吊桿力目標值　k N

表3　落架前吊桿力控制值　k N

表4　1#吊桿張拉后應力測試結果

3.3線形監測數據分析

在吊桿張拉完成后，對拱肋軸線及拱肋高程進行測量，結果如表5～6所示。

從表6可知：全橋吊桿初張拉完成后，6#～8#吊桿累計豎向位移大于其他吊桿，最大拱肋豎向位移累計值為67 mm（8#吊桿），其他各吊桿位移變化值與計算值基本吻合，橋梁狀況良好。

4　結語

為保證橋梁的施工安全，開展施工監測，在穩定性條件滿足要求的情況下進行吊桿索力、應力及線形監測。監測結果顯示，除少數位置現場實測數據與監測前計算數據有一定偏差（15%左右）外，其余位置所測數據偏差均較小，說明施工監測方案科學可行、橋梁在施工過程中安全可控。根據監測數據及時調整施工方案，可為后期順利合龍提供保障。

表5　拱肋軸線測量結果

表6　拱肋高程測量結果

參考文獻：

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中圖分類號：U448.21

文獻標志碼：A

文章編號：1671-2668（2016）03-0176-05

收稿日期：2015-10-20