公路橋梁項目鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)探討

白超

摘要 頂推施工技術(shù)具有機械設(shè)備簡單、施工占地少、交通影響小、安全性高等優(yōu)點，在公路橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛。但由于頂推施工時，橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)變化較大，必須通過科學(xué)手段對其內(nèi)力狀態(tài)實施監(jiān)測，以有效指導(dǎo)頂推作業(yè)。基于此，文章針對鋼箱梁施工監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行綜合探究，論述了頂推施工監(jiān)控基本原則、系統(tǒng)組成，分析了彎、坡橋頂推施工的關(guān)鍵監(jiān)測方法，總結(jié)了鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)要點，以期能有效提升頂推施工監(jiān)控技術(shù)水平，保證公路橋梁建設(shè)順利完成。

關(guān)鍵詞 公路橋梁；鋼箱梁；頂推施工；監(jiān)控技術(shù)

中圖分類號 U445.462文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2023）14-0129-03

0 引言

科技水平的不斷進(jìn)步，有效推動了公路橋梁建設(shè)的發(fā)展。頂推施工技術(shù)作為鋼箱梁施工的重要技術(shù)手段，能顯著提升橋梁施工安全性、高效性，保證橋梁施工質(zhì)量。鋼箱梁頂推施工時，為確保橋梁線形及力學(xué)性能滿足設(shè)計要求，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)變形及受力監(jiān)測，全面了解鋼箱梁實際受力情況，以便及時采取有效措施，控制結(jié)構(gòu)變形及受力情況處于理想狀態(tài)，保證橋梁施工質(zhì)量[1]。為此，該文針對鋼箱梁施工監(jiān)控技術(shù)展開綜合探究，具有重要意義。

1 頂推施工監(jiān)控基本原則

施工監(jiān)控的主要目的在于確保設(shè)計成橋狀態(tài)的合理性，鋼箱梁頂推施工時，應(yīng)采取力學(xué)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)線形雙重控制標(biāo)準(zhǔn)，其中，以結(jié)構(gòu)線形為主要控制標(biāo)準(zhǔn)，以受力控制作為輔助。

（1）受力要求。鋼箱梁應(yīng)力與臨時墩支座反力直接反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，實際施工時，應(yīng)對二者實施嚴(yán)格控制，確保處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以有效確保結(jié)構(gòu)安全。

（2）線形要求。線形具體包括高程、軸線位置兩個方面，頂推施工中應(yīng)嚴(yán)格控制，確保箱梁安裝到位后，頂面高程、軸線偏差均符合設(shè)計要求[2]。

2 鋼箱梁頂推施工監(jiān)控系統(tǒng)組成

為有效確保鋼箱梁頂推施工的順利開展，應(yīng)制定科學(xué)有效的控制流程。如某互通立交頂推施工，利用結(jié)構(gòu)分析明確各環(huán)節(jié)施工控制目標(biāo)，并落實執(zhí)行，全面識別并收集相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，對各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)變形、受力情況及主梁位置偏差實施誤差分析，不斷優(yōu)化動態(tài)控制模型，并實時下達(dá)監(jiān)控命令，直至橋梁建成后受力及線形滿足標(biāo)準(zhǔn)要求[3-4]。詳細(xì)監(jiān)控流程如圖1所示。

3 彎、坡橋頂推施工的關(guān)鍵監(jiān)控方法

3.1 頂推施工監(jiān)控的難點

頂推施工時，橋梁結(jié)構(gòu)始終處于運動狀態(tài)，鋼箱梁受力形式實時發(fā)生變化，為全面掌控鋼箱梁受力情況，保證梁體頂推安全，加強過程監(jiān)控十分必要，但由于結(jié)構(gòu)體系不斷移動，給施工監(jiān)控工作帶來較大困難，例如監(jiān)測設(shè)備的安裝、相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取及結(jié)構(gòu)變形檢測等十分不便。

3.2 鋼箱梁應(yīng)力監(jiān)測儀器的選擇

鋼箱梁頂推過程中，結(jié)構(gòu)某一點的應(yīng)力為監(jiān)控重點，是整個頂推過程中的警示系統(tǒng)，應(yīng)在主梁重要部位設(shè)置監(jiān)測設(shè)備，并在頂推時實時獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，實施比較分析。現(xiàn)階段，普通橋梁建設(shè)過程中應(yīng)力監(jiān)控及力學(xué)試驗檢測采用的檢測設(shè)備主要是有線應(yīng)變計。

鋼箱梁頂推施工時，采用有線應(yīng)變計實施應(yīng)力監(jiān)測，其監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取難度較大。如：某互通立交頂推作業(yè)時，其監(jiān)控設(shè)施使用JM3840無線應(yīng)變檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用無線應(yīng)變儀完成相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸，將BDI應(yīng)變計設(shè)置于主梁重要部位，通過數(shù)據(jù)線連接應(yīng)變計與應(yīng)變儀，應(yīng)變儀發(fā)生信號，并利用天線接收地面信號，然后將信號信息傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。BDI應(yīng)變計具有較高耐高溫性能，能夠應(yīng)用于溫度較高條件下的施工監(jiān)測。利用無線應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)可科學(xué)彌補有線應(yīng)變計存在的不足，此監(jiān)測系統(tǒng)對于鋼箱梁頂推施工應(yīng)力監(jiān)測尤為適用[5]。

3.3 彎、坡橋頂推過程中的變形監(jiān)測

3.3.1 坡橋頂推過程中的變形監(jiān)測難點

鋼箱梁結(jié)構(gòu)變形是最重要的監(jiān)測指標(biāo)，實際施工時，應(yīng)對梁體變形實施科學(xué)監(jiān)測，從而全面了解主梁受力特征，確保梁體結(jié)構(gòu)安全。

圖2所示為坡橋頂推測點標(biāo)高變化情況，其中“狀態(tài)一”為梁體未頂推時的狀態(tài)，“狀態(tài)三”為頂推完成后，梁體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生撓度變形的狀態(tài)，“狀態(tài)二”則為理想狀態(tài)，主要是將鋼箱梁看成剛性結(jié)構(gòu)體系，頂推后結(jié)構(gòu)保持不變的狀態(tài)。通過圖2能夠看出，相同測點處標(biāo)高變化為H=Δh+h，式中Δh表示因坡度導(dǎo)致測點位置標(biāo)高降低，h則表示施工監(jiān)控的撓度值。因此，坡橋頂推施工時鋼箱梁變形監(jiān)測，所測得標(biāo)高數(shù)據(jù)并非實際變形量，需去除縱向坡度引起的變高降低值。

通常狀況下，在對測點標(biāo)高實施測量時，將塔尺設(shè)置于梁體上方，然后采用水準(zhǔn)儀直接進(jìn)行測量，其測量結(jié)果較為準(zhǔn)確。而對于坡度較大的橋梁頂推施工，時常存在儀器架設(shè)困難的情況。如：某互通立交D匝道鋼箱梁頂推施工時，由于梁體位置較高，周邊無法找到合適的儀器架設(shè)位置，從而造成標(biāo)高控制無法采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量[6]。

3.3.2 彎、坡橋頂推過程中的變形監(jiān)測方法

針對上述坡橋頂推施工時下?lián)想y以監(jiān)測，水準(zhǔn)儀無法架設(shè)的情形，應(yīng)科學(xué)制定監(jiān)測方案。主要方法如下：利用全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測，測點標(biāo)高無法直接使用，變?nèi)サ艨v坡引起的降低值，即h＝H?Δh。同時，利用全站儀能夠測得測點坐標(biāo)值，通過坐標(biāo)換算得出變形監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)。

為便于測點坐標(biāo)換算，構(gòu)建如圖3所示坐標(biāo)系：以原點作為圓心，以初始檢測位置處的水平投影作為x軸，并以垂直于x軸方向為y軸。其計算流程如下：

圓心坐標(biāo)為x0，y0；測點初讀數(shù)為xc，yc，zc；測點實測值為xs，ys，zs；H=zc?zs測點總的高差；x1=xs?x0，y1=ys?y0；，rs——實測時的半徑；x2=xc?y0，y2=yc?y0；，rc——初測時的半徑；，，α——坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換角；，——局部坐標(biāo)系下的實測值y坐標(biāo)；，β——頂推移動節(jié)段的圓心角；ρ=sin?1sinβ，ρ——頂推移動節(jié)段的圓心角；l=ρ×rs，l——頂推移動節(jié)段的弧長；rs——測點半徑；Δh=1×i；h＝H?Δh；h——撓度值；i——縱坡坡度。

上述運算流程較為簡便，為確保梁體頂推施工時能夠及時得到相關(guān)數(shù)據(jù)，需提前將上述運算流程錄入Excel、Wps等相關(guān)處理軟件中，同時將圓心坐標(biāo)、測點位置初始檢測坐標(biāo)、縱坡坡度等相關(guān)指標(biāo)錄入處理系統(tǒng)，以便頂推施工時實時檢測測點坐標(biāo)，并錄入處理系統(tǒng)，從而能夠直接獲得監(jiān)控需要的測點撓度值。并且，通過以上運算已獲得的測點半徑，然后將測點的理論半徑r錄入上述處理系統(tǒng)，便可得到鋼箱梁橫向位移a=rs?r。因此，利用上述處理系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場實際測得的坐標(biāo)，能夠及時、準(zhǔn)確地得到梁體測點位置的撓度變化值及橫向位移。此彎、坡橋頂推施工時鋼箱梁變形監(jiān)測方式相對簡便，且具有較強的適用性，針對頂推施工過程中所有水準(zhǔn)儀無法應(yīng)用的情形，均可采用坐標(biāo)換算及編程來實現(xiàn)。

4 鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)要點

4.1 鋼箱梁變形量和橫向偏移量的監(jiān)測

采用上述分析得出的彎、坡橋頂推施工鋼箱梁變形及橫向位移監(jiān)測方法，能夠較為簡便、高效地實現(xiàn)對鋼箱梁變形及位移的監(jiān)測。技術(shù)要點如下：

（1）鋼箱梁測點布置：結(jié)合施工區(qū)域內(nèi)實際情況，綜合考慮高度、距離等各方面因素，選擇合適位置設(shè)置固定的高程及橫向位移監(jiān)測點，并利用規(guī)格為60 mm×

60 mm的萊卡反光片進(jìn)行標(biāo)注。監(jiān)測點布設(shè)時應(yīng)盡可能地確保通視，當(dāng)無法通視時，應(yīng)適當(dāng)平移監(jiān)測點，并測出平移距離，以此為初始偏差輸入處理系統(tǒng)，其監(jiān)測點布置形式如圖4～5所示。

（2）測試工況：在橋梁頂推施工的各個階段，對鋼箱梁監(jiān)測點坐標(biāo)值實施測量。當(dāng)其中任一階段頂推完成后，對所有監(jiān)測點實施復(fù)測。并將實測值與理論值實施對比，同時實施糾偏處理。

4.2 鋼箱梁應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

鋼箱梁頂推施工時，梁體結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與其位置情況均處于不斷變化之中，并且隨梁體的逐漸推進(jìn)，應(yīng)力變化更加顯著，因此若監(jiān)測過程中產(chǎn)生受力異常狀況，應(yīng)立即暫停頂推施工，全面排查并分析異常原因，從而采取科學(xué)手段實施處治。

（1）測試方法：采用JM3840無線應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，并配備BDI應(yīng)變計。

（2）測點布置：該橋梁工程鋼箱梁應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測斷面依次選擇距離梁體前端截面15 m（與首次頂推作業(yè)最大懸臂長度相對應(yīng)）與23 m（與第二、第三次頂推作業(yè)最大懸臂長度相對應(yīng)）位置設(shè)置應(yīng)變計。監(jiān)測點均勻布設(shè)于梁體縱隔板和邊腹板位置的上下表面。其應(yīng)變監(jiān)控界面與測點布設(shè)情況如圖6～7所示。

5 結(jié)論

綜上所述，該文論述了頂推施工監(jiān)控基本原則和系統(tǒng)組成，并依托工程實踐，全面探究了鋼箱梁頂推施工監(jiān)控方法及難點，針對鋼箱梁頂推施工中普通應(yīng)力檢測設(shè)備監(jiān)測困難的情況，提出了采用無線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的方法，有效解決了上述問題。并結(jié)合實際工程應(yīng)用，證實了無線應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。此外，將其他施工經(jīng)驗總結(jié)如下：

（1）結(jié)合坡橋鋼箱梁頂推施工的基本特征，分析了其變形監(jiān)控的難點：鋼箱梁撓度難以直接測量，水準(zhǔn)儀架設(shè)困難，從而提出采用全站儀測量監(jiān)測點頂推前的初始坐標(biāo)及頂推時的空間坐標(biāo)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)提前錄入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，利用坐標(biāo)換算得到鋼箱梁撓度值及橫向位移；同時，針對頂推施工過程中所有水準(zhǔn)儀無法應(yīng)用的情形，均可采用坐標(biāo)換算及編程來實現(xiàn)，并列出了坐標(biāo)換算的具體流程，為后續(xù)相關(guān)人員提供借鑒。

（2）鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)主要內(nèi)容：鋼箱梁變形量及橫向位移監(jiān)測過程中，監(jiān)測點布設(shè)時應(yīng)結(jié)合施工區(qū)域內(nèi)實際情況，綜合考慮高度、距離等各方面因素，選擇合適位置設(shè)置固定的高程及橫向位移監(jiān)測點，采用全站儀觀測監(jiān)控的方案；鋼箱梁應(yīng)力的監(jiān)測，需嚴(yán)格按結(jié)構(gòu)體關(guān)鍵截面、現(xiàn)場工況進(jìn)行科學(xué)的測點布置，采用JM3840無線應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)，并配備BDI應(yīng)變計進(jìn)行應(yīng)力數(shù)據(jù)的采集和分析。

參考文獻(xiàn)

[1]李敏. 公路橋梁工程中鋼箱梁頂推的施工技術(shù)[J]. 建筑技術(shù)開發(fā)， 2022（16）： 137-139.

[2]陳春強. 橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)控制措施分析[J]. 中國設(shè)備工程， 2022（6）： 215-216.

[3]晏文蘭， 李國珍. 公路橋梁鋼箱梁頂推施工技術(shù)[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2020（4）： 116-118.

[4]璩社群. 論公路橋梁鋼箱梁頂推施工與質(zhì)量控制原則[C]//《建筑科技與管理》組委會. 2020年9月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會論文集， 2020： 68-69.

[5]陳示光. 橋梁工程鋼箱梁頂推施工技術(shù)[C]//《施工技術(shù)》雜志社， 亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司. 2021年全國工程建設(shè)行業(yè)施工技術(shù)交流會論文集（下冊）. 《施工技術(shù)（中英文）》編輯部， 2021： 141-144.

[6]楊楠. 公路橋梁鋼箱梁頂推施工質(zhì)量控制探討[J]. 四川水泥， 2021（2）： 253-254.