掛籃結構監測在石頭寨特大橋施工中的應用

王小山，代珂，吳玉康

（中交二公局第二工程有限公司，西安 710119）

1 引言

掛籃懸臂澆筑施工又稱迪維達克施工。目前，國內大部分大中跨徑橋梁的梁體懸臂澆筑均采用該施工方法，掛籃基本上已成為梁體懸臂澆筑的專用設施[1]。掛籃懸臂施工受作業面小、工序復雜煩瑣等自身因素的影響，施工過程中安全風險劇增。近幾年，全國各地接連出現多次掛籃施工事故，項目在施工過程中如何更好地監控掛籃結構的安全性，有效預防事故的發生顯得尤為重要。

2 工程概況

石頭寨特大橋1#主橋及2#主橋均為變截面預應力混凝土連續剛構橋，橋跨布置均為65 m+120 m+65 m，主橋上部結構采用掛籃懸臂現澆施工，全橋共8套掛籃，數量多，安全管理難度大，且懸澆梁段最大質量為186 t，安全風險更是成倍增加。為了更好地了解掛籃結構在作業過程中主要鋼結構受力狀態及工作形變狀態，現決定采用掛籃結構監測系統對掛籃結構進行在線監測。

石頭寨特大橋掛籃結構監測就是通過在施工現場設立的應力傳感器和變形傳感器對施工過程中掛籃結構關鍵部位的應力、位移進行現場實時跟蹤測量，通過取得測量數據在后臺進行計算、分析和比較來判斷施工掛籃結構的狀態是否和施工階段理論目標相一致、施工掛籃結構是否處于安全狀態，并根據需要對施工掛籃結構的參數和狀態做出必要的調整，以保證掛籃懸臂現澆施工過程結構的安全，實現安全穩定的施工[2]。

3 施工掛籃結構監測系統

施工掛籃結構監測系統包括數據采集部分、數據通信部分、云服務器部分。數據采集部分主要是對本橋施工掛籃結構進行在線監測，每套掛籃結構安裝弦式傳感器10個，位移監測點2個，采集儀1臺，溫度傳感器4個；數據通信部分包括應變計、靜力水準儀、溫度傳感器，溫度傳感器使用了無線模塊，通過公網與云服務器連接進行數據傳輸與指令下發；云服務器部分包括數據采集軟件、業務層軟件和前端網頁，其中數據采集軟件主要是通過DTU采集箱獲取現場數據并存入數據庫，業務層軟件主要是數據統計預警，提供數據接口給前端頁面，前端網頁實現與用戶的交互。

4 施工掛籃結構主要監測內容

石頭寨特大橋采用對稱懸臂澆筑施工，掛籃是懸臂施工中的主要設備，主構架系統作為掛籃的主要承重結構，在預壓及施工荷載作用時，主梁的變形關乎掛籃和橋梁結構施工中的安全穩定[3]。針對本項目施工掛籃結構特點，采用靜力水準儀在掛籃行走、主梁澆筑階段和主梁張拉階段直接監測各施工掛籃頂部前段主要點的形變；選用表貼式鋼弦應變傳感器、智能型鋼弦式記憶智能數碼應變計、無應力計監測施工掛籃結構菱形架和吊帶的應力數據，通過無線傳輸系統實時上傳施工掛籃結構菱形架和吊帶的應力數據，通過終端系統設定預警閾值，及時預警；選用溫度傳感器監測施工掛籃結構溫度，避免其受力狀態受結構體系溫度場的影響。

5 監測工況及頻次

按照施工技術的要求，對橋梁施工掛籃結構的主構架變形、應力（受力狀態）、溫度場進行監測，其監測的工況和頻率如下：

1）掛籃安裝完成后，測點布設，初始值測試；

2）掛籃前移過程，全過程實時監測；

3）主梁懸臂澆筑施工過程，掛籃結構實時監測；

4）主梁節段養護過程，掛籃結構實時監測；

5）主梁節段張拉過程，全過程實時監測；

6）掛籃結構拆除過程，對未拆除掛籃結構全過程實時監測，直至施工掛籃結構全部拆除。

6 預警機制

監測預警依據設計允許值與相關技術要求確定的預警標準值比對后發布，第一時間以短信方式通知項目總工和指定的相關負責人。項目在施工過程中，針對出現預警狀態及時預警信息進行跟蹤，督促協作隊伍針對預警部位按照項目部制定的處置措施整改，防止預警級別升級和風險事件的發生，達到消除工程隱患且具備解除預警條件的方可消警，并對監測數據進行合理分析預測，增大監測、巡檢頻率，保證后續掛籃懸臂澆筑施工的安全。

7 取得的成效

在各方的共同努力和配合下，石頭寨特大橋掛籃施工主要階段均較順利通過，掛籃監測達到了預期目標。監測得到以下結論：

1）在掛籃監測中總共發生72次預警，其中一級預警21次、二級預警51次。其中，一級預警為斷電預警，二級預警為應力、位移超過警戒值預警。發生預警后項目及時分析原因，調整掛籃的受力狀態，保證施工掛籃結構工作狀況處于彈性范圍，實際強度、剛度滿足設計及規范要求。

2）監測期結構最大應力值為-126.16 MPa，小于設計值141 MPa。可見，在施工期間掛籃結構強度滿足設計及GB 50017—2017《鋼結構設計標準（附條文說明）》的要求。

3）監測期結構最大變形值為-16.23 mm，小于設計計算值-17 mm。可見在，施工期間掛籃結構剛度滿足設計及GB 50017—2017《鋼結構設計標準（附條文說明）》的要求。

綜上所述，石頭寨特大橋8套施工掛籃結構的工作狀況處于安全彈性范圍，其承載能力均滿足設計要求，掛籃在施工期間工作狀態處于安全可控的范圍。

8 優點與不足

通過掛籃結構監測在石頭寨特大橋施工中的應用，項目總結出以下優點：

1）在形變控制方面，通過對橋梁施工掛籃結構實施前端形變監測，掛籃結構前端在施工過程中的實際位移與預期狀態之間的誤差基本保持在規范允許范圍之內，為項目管理人員準確掌握橋梁施工過程掛籃結構形變提供了依據，從本質上保障了掛籃施工的安全。對于個別形變超出規范值的數據，系統會第一時間向項目管理人員以信息的方式發送預警信息，項目管理人員也第一時間對預警部位采取必要措施，防止預警級別升級和風險事件的發生。

2）在應力控制方面，通過對石頭寨特大橋8套掛籃主要結構的應力監測，使項目管理人員實時了解施工掛籃結構的實際應力狀態，使之在允許范圍之內變化，避免因掛籃結構內在質量缺陷可能導致安全事故的發生。同時，為后續掛籃懸臂澆筑施工提供了寶貴的經驗，從本質上大大提高了掛籃懸臂澆筑施工的安全性。

3）在穩定性控制方面，通過實測掛籃結構的形變量和應力值以及掛籃施工穩定安全系數，從本質上保證了各階段施工過程中掛籃結構的穩定性。同時，項目在掛籃懸澆施工中采用振弦式混凝土頻率傳感器及配套的頻率接收儀進行應力監測，實時監測箱梁施工過程中的應力變化，確保了結構安全，在保障掛籃懸臂澆筑施工過程中起著不可替代的作用。

4）在安全控制方面，通過對石頭寨特大橋施工8套掛籃結構全過程監測，項目掌握了掛籃結構在石頭寨特大橋梁施工過程中和其他不定因素產生的結構內力，為后續動態施工過程采取相應措施消除這些結構內力提供了可靠的依據。

5）在數據控制方面，通過橋梁施工掛籃結構全過程監測，為優化橋梁的施工控制及安全預警提供了可靠的數據。

雖然，掛籃結構監控在石頭寨特大橋上的應用取得了一定成果，但在施工過程中也暴露出來一些不足，需要進一步優化和改進：首先，是大中型橋梁施工普遍工期較長，加之測量頻繁且須多點同時讀數和現場測試環境較差，所以在傳感器選擇上盡量選擇密封性好、絕緣性高以及靈敏度高的傳感器，否則在施工過程中監測的數據不準確，容易發生錯誤預警信息；其次，是施工過程中線路布局不合理，傳感器安裝位置選擇不當，線路易被刮斷，傳感器易被撞擊損壞，給監測帶來一定的難度。

9 結語

掛籃懸臂施工作為當今大中型橋梁施工有效的施工方法，其結構的安全監控也越來越重要。石頭寨特大橋施工過程中對掛籃結構的安全監控進行了探索，取得了顯著的成效，但也發現了一些不足，為后續同類項目施工過程中優化掛籃結構監控方案提供借鑒。