矮塔斜拉橋施工控制及關(guān)鍵技術(shù)研究

李杰

河南省新縣公路事業(yè)發(fā)展中心，中國(guó)·河南 信陽(yáng) 464000

1 引言

論文依托某矮塔斜拉橋，對(duì)其施工過(guò)程中的線型控制、應(yīng)力控制及索力控制進(jìn)行了探討。做好矮塔斜拉橋施工控制研究對(duì)推動(dòng)橋梁工程事業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 工程概況

本橋梁為雙塔三跨應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋類型，跨徑組合為122+220+122m，墩塔梁固結(jié)。31.5m 為主梁寬度，30.8m 為梁體以上塔高高度。

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁中，均采用C60 混凝土用于主梁、主塔、橫隔板等部位，選用C50 混凝土用于主墩，C40 混凝土用于承臺(tái)、墩帽等部位。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，斜拉索選擇環(huán)氧噴涂無(wú)黏結(jié)平行鋼絞線索，15.2mm 為單股鋼絞線直徑，兩端屬于張拉端。可以低松弛鋼絞線為預(yù)應(yīng)力鋼絞線，1860MPa 為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。材料特性如表1所示。

表1 主橋材料特性值

矮塔斜拉橋的設(shè)計(jì)與施工關(guān)系密切，客觀角度來(lái)講，設(shè)計(jì)參數(shù)與施工參數(shù)之間存有差異，將會(huì)出現(xiàn)實(shí)際施工狀態(tài)與理論預(yù)測(cè)狀態(tài)偏離的現(xiàn)象。施工控制的主要功能就是盡可能降低該客觀差異，在可控范圍內(nèi)合理控制實(shí)際施工狀態(tài)。為此，在橋梁施工中，做好施工控制具有必要性。在施工過(guò)程中通過(guò)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制，可對(duì)鋼拱橋塔與梁段指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)，合理控制施工誤差。

3 主梁線型控制分析

3.1 主梁線型控制實(shí)施

本橋選擇懸臂澆筑法施工，依托各梁段立模標(biāo)高來(lái)調(diào)整主梁的線型控制。為此，在澆筑環(huán)節(jié)，在各個(gè)懸澆塊段端部頂板位置進(jìn)行觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置，共5 個(gè)，具體如圖1所示。完成每一個(gè)施工階段后，應(yīng)及時(shí)讀取線型情況。

圖1 主梁標(biāo)高和軸線測(cè)點(diǎn)布置示意圖（cm）

3.2 主梁線型控制結(jié)果

3.2.1 施工6#節(jié)段（1/4 跨）

本施工段為20#墩6#節(jié)段，包括澆筑混凝土后及預(yù)應(yīng)力張拉后2 個(gè)階段，經(jīng)檢測(cè)可知，相比理論預(yù)測(cè)情況，主梁線型實(shí)際情況基本吻合，23mm 為最大誤差，在可控范圍之內(nèi)，施工狀態(tài)良好。

3.2.2 施工8#節(jié)段（張拉1#拉索）

本施工段為20#墩8#節(jié)段，經(jīng)梁面標(biāo)高理論值與實(shí)際值對(duì)比分析，可知兩者標(biāo)高基本吻合，無(wú)見較大波動(dòng)。僅極個(gè)別位置誤差較大，可達(dá)到31mm，但仍處于可控范圍，在完成本節(jié)段后，基本可達(dá)到理論標(biāo)高位置。

3.2.3 施工22#節(jié)段

本施工段為20#墩22#節(jié)段，此施工階段已完成張拉斜拉索工作，通過(guò)對(duì)比分析主梁梁面標(biāo)高的理論值與實(shí)際值，可有效控制拉索區(qū)梁段梁面標(biāo)高，誤差不大，僅在極個(gè)別位置誤差較大，達(dá)到35mm，但仍處于可控范圍。

經(jīng)上述分析可知，本橋施工梁段具有良好的線型控制，偏差不大，僅極個(gè)別位置誤差較大。且隨著施工進(jìn)度的不斷推進(jìn)，實(shí)際梁面標(biāo)高變化均勻，相比理論值，始終處于抬高階段，在施工8#節(jié)段時(shí)，波動(dòng)較大，但仍在可控范圍內(nèi)[1]。

4 關(guān)鍵截面應(yīng)力控制分析

4.1 關(guān)鍵截面應(yīng)力控制的實(shí)施

通過(guò)主梁關(guān)鍵截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行矮塔斜拉橋應(yīng)力監(jiān)控。論文監(jiān)測(cè)工具為埋入式混凝土應(yīng)變傳感器，其特點(diǎn)為量程大、精度高，且具有良好的自身防破損能力。通過(guò)該儀器，可對(duì)混凝土的絕對(duì)應(yīng)變值、相對(duì)零點(diǎn)差值進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，隨后按照混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行截面應(yīng)力的計(jì)算，在該計(jì)算過(guò)程中，需做好測(cè)量應(yīng)變溫度修正工作，則其修正公式如下：

其中，F(xiàn) 為振弦材料熱膨脹系數(shù)；F0為混凝土結(jié)構(gòu)材料熱膨脹系數(shù)；T 表示環(huán)境溫度；T0為初始溫度。

根據(jù)要求，主梁傳感器布設(shè)位置，如邊跨跨中周圍、0#節(jié)段根部、主跨四分點(diǎn)周圍，正應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面測(cè)點(diǎn)共9 個(gè)，并將埋入式振弦應(yīng)變傳感器埋設(shè)到各個(gè)截面頂?shù)装逄帲?2個(gè)。此外，為保證橋塔根部截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，決定將8 個(gè)傳感器設(shè)于每座橋塔，共16 個(gè)。

4.2 關(guān)鍵截面應(yīng)力控制結(jié)果

根據(jù)施工順序嚴(yán)格執(zhí)行關(guān)鍵截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)，結(jié)果如下：

第一，主梁截面應(yīng)力測(cè)試結(jié)果。每個(gè)施工階段完成預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后，0#節(jié)段截面應(yīng)力情況表明，在主梁根部截面的應(yīng)力水平，在整個(gè)施工過(guò)程中屬于可控范圍。在初期階段，頂板應(yīng)力水平相對(duì)不高，與理論值具有較大差距。伴隨施工進(jìn)度的不斷加快，截面應(yīng)力發(fā)展穩(wěn)定，且仍在安全范圍之內(nèi)。在初期張拉完成后，底板應(yīng)力將產(chǎn)生拉應(yīng)力，偏低，總體逐步向截面受壓方向發(fā)展。因?yàn)樵缙趹?yīng)力水平偏低，混凝土收縮徐變、溫度效應(yīng)影響較大，導(dǎo)致實(shí)測(cè)值大于理論值，但總體來(lái)講，應(yīng)力值仍滿足規(guī)范要求。

第二，橋塔根部截面應(yīng)力測(cè)試結(jié)果。經(jīng)分析，橋塔根部應(yīng)力變化不大，較為均勻，相比理論值，實(shí)際應(yīng)力水平相對(duì)較小，據(jù)圖2可知，大小里程兩側(cè)根部應(yīng)力基本一致，則表明橋塔具有較小偏位。

5 斜拉索索力控制分析

5.1 索力控制的實(shí)施

為充分了解施工環(huán)節(jié)斜拉索內(nèi)力情況，對(duì)斜拉索所有張拉階段的內(nèi)力進(jìn)行控制及預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，需做好矮塔斜拉橋斜拉索索力監(jiān)控。根據(jù)要求，測(cè)試成橋后的索力，對(duì)比設(shè)計(jì)值，便于再次合理調(diào)整索力。本工程測(cè)量時(shí)采用振動(dòng)頻率法，以索力動(dòng)測(cè)儀主要索力測(cè)試的儀器，此設(shè)備可對(duì)整根斜拉索的振動(dòng)頻率進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)試，并依照索力—頻率換算公式進(jìn)行索力值計(jì)算，具體公式如下：

其中，T 為測(cè)試索力值；K 為比例系數(shù)；W 為斜拉索單位長(zhǎng)度質(zhì)量；L為斜拉索計(jì)算長(zhǎng)度；Fn為斜拉索n階振動(dòng)頻率。

完成各階段斜拉索張拉施工后，需及時(shí)測(cè)試索力，直接在斜拉索表面綁扎動(dòng)測(cè)儀即可，并做好測(cè)試位置記錄，設(shè)定為測(cè)量點(diǎn)。測(cè)試前，要先修正比例系數(shù)，做好標(biāo)定，便于計(jì)算準(zhǔn)確，能夠更準(zhǔn)確、更真實(shí)地反映實(shí)際索力。經(jīng)大量實(shí)踐證明，環(huán)境因素對(duì)頻率測(cè)試影響較大，在整個(gè)測(cè)試環(huán)節(jié)，應(yīng)避免外界干擾。本次測(cè)試，需進(jìn)行5 次結(jié)果記錄，將無(wú)效數(shù)據(jù)剔除，其他數(shù)據(jù)以平均值為準(zhǔn)[2]。

5.2 索力控制結(jié)果

在矮塔斜拉橋施工控制中，斜拉索初張力控制極為重要。索力的大小將直接影響主梁受力及變形情況。為此，應(yīng)根據(jù)相關(guān)要求，做好斜拉索初張力控制工作。論文以20#墩為研究對(duì)象，其初張力控制結(jié)果如表2所示。

表2 斜拉索初張力對(duì)比表

由表2可知，整體來(lái)講，斜拉索初拉力控制良好，大部分偏差均小于5%，僅個(gè)別偏差較大，甚至出現(xiàn)超張拉情況，與相關(guān)梁段標(biāo)高、應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合可知，主梁線型及應(yīng)力均在可控范圍內(nèi)，為此，可在二次調(diào)索階段對(duì)索力誤差進(jìn)行集中調(diào)整[3]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，論文基于施工控制理論，詳細(xì)闡述了矮塔斜拉橋的施工控制過(guò)程，并主要介紹了線型、應(yīng)力及索力控制的實(shí)施及控制結(jié)果，可得結(jié)論如下：

①本工程為一座雙塔三跨預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，經(jīng)決定可選擇懸臂澆筑法施工，在本橋施工控制中主梁線型控制及混凝土應(yīng)力控制最為重要。為此，通過(guò)數(shù)據(jù)采集及計(jì)算、對(duì)比，論文主要對(duì)施工階段、主梁關(guān)鍵截面及斜拉索初拉力等監(jiān)測(cè)控制結(jié)果進(jìn)行了分析，以期通過(guò)測(cè)量，合理控制誤差。

②經(jīng)線型控制可知，主梁線型控制情況良好，與理論計(jì)算預(yù)期基本吻合，整體來(lái)講可達(dá)到準(zhǔn)確控制的目標(biāo)。

③通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)橋梁關(guān)鍵截面應(yīng)力，表明應(yīng)力監(jiān)測(cè)具有長(zhǎng)期性、復(fù)雜性，環(huán)境因素等對(duì)其影響較大，從而會(huì)出現(xiàn)一定誤差，但整體來(lái)講，誤差在可控范圍內(nèi)。

④針對(duì)索力控制，論文僅對(duì)斜拉索初拉力進(jìn)行了分析，經(jīng)監(jiān)測(cè)可得，全橋拉索初拉力均與設(shè)計(jì)規(guī)范要求相符，誤差大部分在5%以內(nèi)，僅極個(gè)別出現(xiàn)超張拉情況，可在二次調(diào)索階段對(duì)索力誤差進(jìn)行集中調(diào)整。