箱型拱橋施工監測技術

胡 涌

(廣西壯族自治區高速公路發展中心，廣西 南寧 530021)

0 引言

由于我國拱橋技術和橋類不斷更新，拱橋被廣泛使用，其具有輕量、完整性好、穩定性高的特點[1]。但是，隨著拱橋跨度和結構的不斷進步，建筑難度和復雜度逐漸提高，采用傳統的計算和測量方法，在各種各樣的工作條件下很難正確把握橋梁的應力狀態。故在橋梁施工過程中，需要引入監測手段作為引導和調整施工順序的輔助控制方法。

1 項目概況

本文以中國—越南北侖河第二高速公路橋為例，介紹箱式拱橋的施工監測技術。該橋是四車道的高速公路橋，主橋采用105 m的主跨度板以及混凝土箱形拱橋[2]，橋寬27.7 m(包括兩側的人行道)，鋪設厚度10 cm的瀝青混凝土表層+厚度10 cm的水泥混凝土層。橋的位置處于河流沖積地形，中國一側的地形平坦開闊，大部分是沖積階地，地形稍高。橋梁區位屬于南亞熱帶氣候帶，季風明顯，濕度高，臺風降雨頻繁發生。

2 施工監測技術

2.1 監測目的

為使鋼筋混凝土板橋梁主體結構在施工過程中的受力和變形保持在安全規范的范圍內，主拱和橋頭橋面的設置必須符合設計要求，在某種特定的內力狀態下，使施工成型結果與設計預期相近，故在主橋建設時需要進行監測[3]。

主拱圈結構施工的重要技術是在容許誤差范圍內控制拱軸線狀態，確保主拱圈所處的應力狀態是最佳的，同時也能在各種檢測指標下滿足初始及最終的設計要求。其中，線形控制的關鍵是檢查支架是否存在變形的情況，若是變形，則主要有兩個原因：(1)支

架柱的內部受力引起桿件內部強度變化導致出現彈性變形；(2)基礎沉降和支架臨時構造的螺栓連接松動，導致出現結構變形。

在主拱建設過程中，通過監測支撐應力，準確把握支撐力狀態，在建設時間內調整施工荷載，確保主拱建設的安全性，即保證應力和應變在可控范圍內。同時在橋梁的上部結構施工過程中，通過監測技術使主拱內力的大小和分布能夠根據需要在一定時間范圍內進行調整，以防止應力集中。最后，確認橋梁施工成型后的線形和內力分布與設計一致。建設監測是基于建設過程中監測得到的結構參數的實際值，并在建設階段執行模擬計算，分析和計算建設過程中不同建設模式下得到的分析結果。從而，根據此分析結果預測并調整下一個工程階段的施工內容和技術，最終確保主拱圈的線形高度偏差不超過指定值，并確保結構的內力狀態滿足設計要求。

2.2 監測原則

監測技術能夠有效控制成橋目標，修正各種參數錯誤，在施工過程中逐步修正橋梁的成型結果，確認橋的結構受力和線形滿足設計要求。橋梁建設管理和監測的原則是主拱的線形控制和主拱的應力控制處于同一有效監測框架下，如果建設階段不同，優先順序也不同。

2.2.1 受力要求

在主拱圈的建設過程中，通過監測可以正確掌握支撐結構的受力情況，并及時調整建設負荷以確保主拱圈的安全性。卸載后，主拱圈部分的內力(或應力)狀態反映鋼筋混凝土箱形拱橋應力狀態，主拱圈的上端和下端的法向應力在通常情況下會起到控制施工的作用。在施工過程中，工程無論是處于完成還是建設的狀態，都要確保拱圈各部分的最大應力被控制在容許范圍內。其中，應力監測主要包括兩個部分：支持結構應力監測和拱形應力監測。

2.2.2 線形要求

線形監測主要是監測主拱圈的高程線性和平面線形。線形監測的目的是通過數據處理、預測分析以及實時調整，實現盡可能接近目標位置的實際橋梁的定位。其中，線形監測中線形標高監測很重要，調整主拱圈軸高度和控制點高度的關鍵是通過數據處理、預測分析、實時調整來控制支持結構的變形，盡可能接近主線的形狀。

2.2.3 調控手段

這座橋采用了和其他類型橋梁完全不同的拱形框架。該橋主拱圈的線形調整方法受到限制，基本上取決于拱形線成型前的設定。因此，在施工監測的實時計算中，需要和現有的經驗相結合，盡可能正確地決定各種計算參數，通過調查和反饋取得實際的撓度預測值和設置高度。同時，在建設主拱圈的各個階段，必須嚴格測量拱形的高度，監測支撐結構的變形和基礎的下沉，防止高度誤差的積累。在實際標高偏離預測值的情況下，需要根據監測得到的精度數據在規定時間內進行分析和判斷，從而采取必要的對策。

根據橋梁特性對橋梁結構各部分的應力進行監測和控制，通過對結構物的初步計算，決定能夠完全反映橋梁整體內力變形狀態的合理測量點的布局計劃，并得到各建設階段最不利控制環節的壓力水平。在施工過程中，通過現場的實時應力測試、分析和監測，可以把握各施工階段結構物的實際應力狀態，跟蹤和觀察最不利的應力位置，比較和分析施工的計算結果。這樣，形成更好的壓力預警機制，即可及時發現問題，采取相應的糾正措施，確保建設的安全性和質量。

2.3 控制方法

初始設計中設定的各種參數，以及在實際建設過程中的各種狀態值，二者之間會不可避免地存在一定的偏差，主要是因為計算理論不完整(主要參照非彈性變形和基礎沉降相關理論)，導致了實際測量與后期的計算存在偏差，因此，必須采取科學有效的措施來監測、預測、分析主拱圈的撓度，并實時調整主拱圈的實際閉合形狀，以便盡可能實現施工的合理性和完整性。在施工監測過程中，通過嚴格的數據收集、分析和建設過程的管理等諸多手段，盡最大可能確保結構物的安全性、穩定性和可控性。為糾正由于設計參數不準確造成的工程與實際建筑不一致的情況，在施工過程中設計單位需要調整理論設計值，以及通過優化來修正以前參數的誤差。

2.3.1 設計參數識別

通過比較典型施工條件下狀態變量(位移、應力、應變)的實測值與理論值，分析設計參數的影響，確定設計參數的誤差。

2.3.2 設計參數預測

根據已建連接段設計參數的誤差，采用正確的預測方法預測未來施工段設計參數可能出現的誤差。

2.3.3 優化調整

監測主要集中在拱高和單側應力的控制上。在優化調整過程中，利用這些要素建立控制目標函數和約束條件。

2.4 主要工作

該橋的施工監測是一個“施工-測試-識別-修正-預告-施工”的循環過程。在保證結構安全的前提下，拱的線形和內力符合設計規范和誤差范圍。試驗是施工監控的重要組成部分，包括幾何指標參數測量和力學指標參數測量。整個施工管理系統的運行過程如圖1所示。

圖1 施工控制系統的運行過程圖

本項目主橋和越南引橋監測工程量統計如表1和表2所示。大量監測設備可以有效保證箱式橋接項目的建設進度和質量，合理使用建設監測技術對項目建設非常重要。

表1 越方引橋監測工程量統計表

表2 主橋監測工程量統計表

3 結語

箱式拱橋是大規模建設的土木工程，建筑質量受到力學、材料、天氣、建設條件等各種因素的動態影響。為了嚴格管理建設質量，保證結構受力和變形在可控制范圍內，需要嚴格按照相關的規范和技術實施施工監測。