懷陽高速公路廣信大橋大跨度斜拉橋施工監控

周綠丹

（保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511430）

1 工程概況

懷陽高速高速公路廣信大橋主橋采用雙塔中央索面預應力混凝土梁斜拉橋，跨徑組合為：58.5+126.5+360+126.5+58.5 m，全長730 m。主梁為預應力混凝土結構，索塔為獨柱式，塔梁固結。主梁采用懸臂澆，共計23 塊段，單個塊段體積約175 m3。

主梁為單箱五室結構。梁端索距7.1 m，節段長7.1 m，邊跨現澆段長5.53 m，中跨合攏段長度為2 m。主梁梁高3.5 m，梁寬28.5 m。雙向橫坡2%。箱梁頂板厚28 cm、底板厚為25 cm、斜底板厚為25 cm。索塔為獨柱式索塔；塔高94.32 m，墩高56.18 m，總高度為154 m。塔柱斷面為空心結構，分為三個區段：無索區、錨固區和裝飾塊。無索區為實心截面，中心位置設置直徑為1.2 m 的人洞。

錨固區為雙室空心截面，截面尺寸為10 m×5 m，塔柱裝飾塊高5.0 m。采用矩形承臺，設置圓弧形倒角，長寬高為34.14×21.4×6.0 m，圓弧半徑11.5 m。基礎為鉆孔灌注樁，直徑2.8 m，共20 根。

2 施工監控系統簡介

施工監控系統包括監測系統、施工時期實時分析系統、誤差分析系統和控制、修正系統。日常的監控及測量工作由監控工作小組進行，負責現場監控，包括監測元件的安裝、監控系統操作及數據采集，對現場情況實時監控，監控測量所采集的數據做好及時反饋,以達到協助施工的目的。監控得到數據的處理、分析及修正由監控計算工作組進行，主要包括施工中的數值模擬，將數據分析得到的結論及時與現場監控小組、施工管理人員進行反饋，對施工的有效開展提供指導。

3 施工監控的主要內容

（1）主梁線形控制。主梁線形控制包括主梁標高和平面位置監測。廣信大橋為懸臂澆筑施工，所以體系剛度相對較小，而對主梁的線形造成的影響的因素有很多，包括掛籃自重、溫度變化、混凝土的自重、施工荷載、結構體系轉化、預應力大小、混凝土收縮和徐變等。所以為了保證主梁線形的平順、以及合攏段施工的順利進行，在進行立模、混凝土澆筑、預應力張拉、斜拉索張拉、掛籃前移等施工時，每個標準節段量都要進行該梁段標高監測和控制，通過對比實測標高值與設計標高值，來決定是否需要對下個標準節段立模標高進行調整，從而使得實測標高與設計標高基本吻合。

（2）應力控制。應力控制主要通過應力監測來實現，其目的是要通過實時監測去了解結構實際應力狀態及變化情況,并且控制其在允許范圍內，若發現某監測斷面的應力狀態不在允許范圍內，要對其產生原因進行詳細的分析，并通過后期的調控讓應力狀態始終保持在允許范圍內，保證結構的安全性后才能繼續進行施工。結構的應力狀態能反應結構的安全性，所以要進行嚴格的控制。

（3）安全控制。施工安全是施工控制的第一步，是施工控制的前提先行條件或者說是第一個要進行考慮的要素。橋梁施工的安全控制與變形控制、應力控制和穩定控制并不沖突，是相輔相成的。在現行制度實施時，要根據不同工況的實際情況來確定其安全控制的重點。

4 施工監控及測量的原則

斜拉橋施工監控及測量的原則是：

（1）主梁懸澆施工階段,第一目標應是保證主梁線形的平順以及標高與設計標高盡量吻合，主梁施工過程中的主要控制手段是通過標高及斜拉索索力雙控，以確保結構安全性與設計標高的吻合度。

（2）恒載施工時,斜拉索張拉施工時,通過索力及截面應力狀態的控制來保證結構整體的內力和變形處于規定狀態。

5 主梁懸澆階段重難點分析

5.1 主梁施工監控

5.1.1 重難點分析

預應力混凝土主梁澆筑定位線形決定著成橋線形。需根據施工方案詳細計算，確定過程中主梁平面位置及標高。

為保證主梁線形和受力與設計要求吻合，需實時修正相關參數。隨著施工進行，結構剛度、容重等均與理論值產生偏差，導致結構實際受力與理論不一致，所以需實時修正相關參數。產生偏差原因主要有以下三種。

（1）掛籃變形導致的偏差

在澆筑混凝土的過程中，掛籃會發生彈性變形和非彈性變形。廣信大橋懸澆施工采用的是后支點掛籃，因為沒有拉索輔助受力，所以掛籃受力大，可能會導致掛籃產生非彈性變形，施工時如何消除非彈性變形產生的偏差是重難點。

（2）溫度變化導致的偏差

施工時晝夜溫差較大，橋梁結構的受力受溫度變化的影響極為顯著。施工時主梁標高、斜拉索索力受溫差影響會與理論值產生一定程度的偏差。溫度影響有兩種情況：均勻溫差、箱梁內外側的相對溫差。所以必須通過監控控制，充分考慮溫度對主梁線形、受力的影響。

（3）梁段重量誤差

梁段的質量誤差是導致監控實測值與理論值產生偏差的重要因素之一。由于模板剛度有限，在澆筑混凝土時，由于模板變形導致的混凝土方量超標，進而造成梁段實際重量偏離理論值。

5.1.2 應對措施

監控主梁施工中的內力、線形和穩定控制措施依照以下三點。

（1）主梁現澆施工

采用動態實時測量方法監測和控制撓度與應力，達到清晰了解主梁的結構狀態和應力狀態的目的。及時識別、分析關鍵參數，使得計算模型更接近實際的結構狀態。

為減弱溫差對施工造成的誤差，主梁立模應選在避開日照的凌晨到日出時間段內進行。立模標高控制按設計提供的含預拱標高，另加施工調整值控制。斜拉索的張拉同樣也應選擇在凌晨到日出時間段進行，否則就要對立模標高、索力進行溫度修正。在懸臂施工過程中，除了要按常規測量主梁標高以外，每個月還需進行一次全天全時段的精度觀測，采集相關數據以分析溫度變化對結構變形的影響，以便對立模標高進行修正達到與理論值基本吻合。

梁段線形監控包括立模標高及坐標控制、混凝土澆注過程中標高控制、混凝土澆注完后的標高、坐標監控（半天一次）；混凝土特性監控包括初凝時間控制（每節段）、和易性控制（每節段）、坍落度控制（每節段）、養生質量監控（每節段）、溫度監控（每節段）、外觀質量監控（每節段）。

（2）掛籃、支架結構形變

監控掛籃本身的使用狀況，對橫梁截面進行線性監控以及對混凝土特性進行監控；吊籃的使用狀況監測包括構件變形、構件應力、節點連接質量等，監測時間為各段混凝土澆筑的始、中、末時期及掛籃開始行走和到達的時間。吊籃行走如果發現任何異常情況，立刻停止施工，并在處理后恢復施工。

利用預壓消除非彈性變形，并在考慮溫度和臨時荷載的影響下，取得彈性變形參數，統計分析各階段支架變形數據，確定不穩定因素，及時調整。

（3）索力調整

在最不利受力位置布置傳感器，實時采集測試索張拉過程中的相關參數，保證調索過程中結構安全。

5.2 拉索施工監控

5.2.1 重點分析

在傾角變化大、空間效應明顯的拉索作用下，主梁所承受壓力和彎矩巨大。所以，斜拉索初張力及張拉順序的確定必須模擬空間索面，確保施工過程中主塔柱受力平衡，同時對比監測結果，及時調整各階段斜拉索張拉力。另外，下料誤差、施工誤差等因素導致拉索內力和主梁線形并不能與理論完全一致，需合理調整索力。同時，索力數據采集方法均存在不同程度的局限性，將直接影響結構狀態評估。

5.2.2 應對措施

索力控制應從結構計算和現場控制兩方面考慮。

（1）結構計算：建立空間分析模型，仿真模擬拉索張拉過程，采用倒退分析方法確定初始張拉力和張拉順序，制定斜拉索張拉控制軌跡。

（2）現場控制：斜拉索張拉過程中，張拉前后分別進行索力、主梁和主塔內力以及主梁線形的測試，動態掌握拉索張拉過程的結構狀態。索力控制將采用內力與線形雙控的方法。

（3）斜拉索精確下料：考慮成橋線形修正、垂度效應、彈性伸長等因素對斜拉索無應力長度的影響。

（4）索力的準確測試

索力測試根據不同的階段選擇不同的方法，包括無應力狀態法、壓表法和動測法，現場施工時需采用兩種以上的方法進行索力測試，互為校驗確保索力測試數據的準確。

a. 初始張拉：拉索張拉狀態下索力測試采用油壓表法和動測法同時進行，通過油壓表讀數來修正動測法計算公式中的有效索長值。

b. 張拉中間過程：在完成15%索力張拉后對拉索的伸長量進行測試，以確定拉索的無應力長度。

6 主梁懸澆階段監控工作內容

6.1 內業計算

一是跟蹤現場實際施工工序及相關計算參數，對模型進行校核；二是提供梁段掛籃定位標高及斜拉索拉力數據；三是對施工現場變更內容進行核算驗算，提出相關建議。

6.2 現場工作內容

一是主梁施工階段對塔柱偏位情況進行跟蹤觀測及分析；二是對各個主梁懸澆節段的施工進行跟蹤觀測，并對主梁各節段在各工況下標高及應力等數據進行采集并分析，指導后續節段施工；三是對21# 墩1#～23# 節段及22# 墩1#～23# 節段懸澆節段進行掛籃定位；四是對21# 墩1#～23# 節段及22# 墩1#～23# 節段進行斜拉索張拉進行監測；五是對本階段懸澆節段不同工況下的撓度變化、索力變化進行跟蹤測量.

7 監控數據結果分析

7.1 主墩沉降監測分析

在主梁施工階段需對主墩沉降進行觀測，因現場承臺涉水不易采集，故而現場采取在主梁0# 塊上布設2 個沉降測點，進行觀測。

承臺沉降監測結果：22# 墩23# 塊懸澆完成后累計沉降量為12 mm。主梁懸澆施工過程各個主墩沉降總體變化穩定，如表1 所示。

表1 22# 墩沉降記錄表 單位：m

7.2 主塔塔偏位移監測分析

主橋施工階段需對主塔偏位進行觀測，在對應工況下，收集索塔位移數據集。21# 墩主塔塔頂共計3 個變形觀測點、22# 墩主塔塔頂共計3 個變形觀測點。主梁施工期間根據斜拉索張拉對主塔的影響，進行定期采集并整理反饋。

塔偏監測結果：通過對主塔偏位跟蹤監測，22#墩23# 塊懸澆完成后主塔塔頂累計偏位為60 mm，主塔偏向22# 墩邊跨側；懸澆階段主塔實測偏位趨勢與理論計算一致，偏位變化量考慮施工及測量因素等，基本符合監控計算結果及規范要求，如表2 所示。

表2 22# 墩主塔偏位監測結果表 單位：m

7.3 節段懸澆監控分析

主梁節段懸澆過程，我方根據節段標高監測需求布設標高監測點，在現場施工工序變化時，對標高數據監測及分析，主梁節段標高測點布置示意圖（見圖1）。

圖1 主梁標高測點布置示意圖

主梁懸澆完成時梁底線形監測結果：22# 墩各個節段懸澆完成時梁底標高誤差大部分滿足±20 mm的控制要求，現場誤差波動幅度較小，個別節段雖然超限但梁底整體線形平順（見圖2）。

圖2 各節段懸澆完成后標高誤差控制情況

7.4 斜拉索索力監測分析

主橋斜拉索張拉施工過程中我方對張拉結果進行跟蹤監測與控制（見圖3）。

圖3 22# 墩左幅張拉階段理論張拉力與實際張拉力對比圖（單位：kN）

22# 墩各組斜拉索張拉時同一組中斜拉索索力對稱性良好，本著“標高控制為主、索力為輔”原則，部分索力在張拉時進行臨時調整，導致索力偏差控制超限，在后續索力的張拉施工后，索力偏差已逐步恢復正常，如圖4 所示。

圖4 22# 墩左幅斜拉索張拉階段索力誤差控制分析圖

7.5 合龍段標高控制

主橋節段懸澆完成后，各個合龍口誤差情況匯總如下：

（1）邊跨合龍標高控制情況

21# 墩懸澆完成后邊跨合龍段合龍相對誤差為0.005 m，21# 墩懸澆完成后邊跨合龍段合龍相對誤差為0.007 m，滿足監控要求，詳見表3、表4。

表3 21# 墩23# 斜拉索張拉后邊跨合龍- 現澆段合龍標高控制情況 單位：m

表4 22# 墩23# 斜拉索張拉后邊跨合龍- 現澆段合龍標高控制情況 單位：m

（2）中跨合龍標高控制情況

主梁懸澆完成后主跨合龍段兩側懸臂合龍相對誤差為0.001 m，滿足監控要求，詳見表5、圖5。

圖5 廣信大橋主跨理論與實測線形對比圖（單位：m）

表5 主橋主跨23# 斜拉索張拉后跨中合龍段標高控制情況 單位：m

根據以上結果可知，主跨側梁底線形整體平順，合龍口處誤差偏大，需增加荷載進行壓重。根據標高監測結果及現場實際天氣狀況，目前懸臂狀態下梁段絕對高程偏差較大，主要受環境溫度及日照影響。考慮現場天氣最近會持續處于低溫狀態，根據現場實際情況提出以下措施：

（1）合龍段處勁性骨架提前鎖定，根據當日溫度變化情況，在梁段標高處于最小誤差時進行勁性骨架的固結施工；

（2）根據合龍后主梁實際線形狀態，主梁部分誤差考慮通過二期鋪裝時調整，調整前后對主橋豎曲線影響不大，對于無法調整的部分作為成橋預拱度保留。

8 結語

目前，通過過程中制定合理的調整措施，該橋已經順利合龍，結構無應力并成橋線形合理。大橋主橋施工監控任務既含有大跨徑混凝土箱梁斜拉橋施工控制的普遍特點，同時也存在特殊情況。如何讓成橋達到設計狀態，是本橋成功的關鍵。在施工過程中通過對橋梁狀態的實時監視和調整，可保證成橋時達到設計目標。