鋼管混凝土系桿拱橋施工控制

施權君 廖敏

（廣西交通投資集團南寧高速公路運營有限公司，廣西 南寧 530022）

鋼管混凝土系桿拱橋施工控制

施權君 廖敏

（廣西交通投資集團南寧高速公路運營有限公司，廣西 南寧 530022）

鋼管混凝土系桿拱橋施工，由于主橋結構復雜，技術含量高，施工難度大，要求在施工過程中對全過程進行施工控制。本文闡述了施工控制的目的、原理和方法及橋梁施工監控的要點、方法。

橋梁施工；施工控制

1 施工控制的目的、原理和方法

1.1 施工控制的必要性

橋梁結構理想的幾何線型與合理的內力狀態不僅與設計有關，而且還依賴于科學合理的施工方法。如何通過施工時的澆筑過程的控制以及主梁標高調整來獲得預先設計的應力狀態和幾何線型，是大跨橋梁施工中非常關鍵的問題。

盡管在設計時已經考慮了施工中可能出現的情況，但是由于施工中出現的諸多因素，事先難以精確估計，而且在實際施工過程中由于施工誤差，會使實際結構與原設計不符。所以在施工中對橋梁結構進行實時監測，并根據監測結果對施工過程中的控制參數進行相應調整是十分重要的。已建成的橋梁中就出現過施工控制不好，造成橋梁內力分配不合理、主梁線形不和順的情況，影響了橋梁的使用。

根據以往橋梁施工及控制經驗，并根據該橋的具體情況，在施工過程中影響橋梁結構內力和線形的因素主要有以下幾方面：

①橋梁施工臨時荷載；②支架變形、基礎沉降；③日照影響；④混凝土澆筑方量的控制；⑤預應力束張拉及預應力損失；⑥混凝土彈性模量確定；⑦混凝土徐變

當上述因素與估計不符，而又不能及時識別引起控制目標偏離的真正原因時，必然導致在以后階段施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差累積。所以施工監測和控制是大跨橋梁施工過程中不可缺少的工序。

1.2 施工控制的原理和方法

橋梁施工控制包括主動控制和被動控制，所謂主動控制，是在預先分析各種風險因素及其導致目標偏離的可能性和程度的基礎上，擬定和采取有針對性地預防措施；所謂被動控制是一種面對未來的控制，通過對產生偏差原因的分析，研究制定糾偏措施，以使偏差得以糾正，工程實施恢復到原來的計劃狀態，或雖然不能恢復到計劃狀態但可以減少偏差的嚴重程度。

在現實的橋梁控制中，僅僅采取被動控制措施，出現偏差是不可避免的，而且偏差可能有累積效應，即雖然采取了糾偏措施，但偏差可能越來越大，從而難以實現預定的目標。另一方面，主動控制的效果雖然比被動控制好，但僅僅采取主動控制措施卻是不現實的，或者說是不可能的。因為施工過程中有相當多的風險因素是不可預見的，或者是無法定量和確認。因此，對于橋梁施工控制來說，主動控制和被動控制兩者缺一不可，必須緊密結合。

對于橋梁施工監控的具體實施來說，主動控制表現為施工程序的制定，結構參數的確定等等。

被動控制則表現為一個施工~量測~判斷~修正~預告~施工的循環過程，為了能夠控制橋梁的外型尺寸和內力，首先必須安排一些基本的和必要的量測項目，其內容包括主梁各施工工況的標高、主梁部分控制斷面的應力、結構溫度場、氣溫以及對混凝土材料的一些常規試驗。在每一工況返回結構的量測數據之后，要對這些數據進行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差，并同時進行誤差原因分析。在這一基礎上，將產生誤差的原因予以盡量消除，給出下一個工況的施工控制指令，在現場施工形成良性循環。

1.3 施工控制的工作內容

1.3.1 施工過程中整體結構安全性驗算；

1.3.2 施工過程中相關數據的測試；

1.3.3 施工過程中下階段施工預告；

1.3.4 施工過程中施工誤差分析及成橋內力狀態分析；

1.3.5 參加施工過程中重大技術會議；

1.3.6 撰寫施工監控報告

1.4 施工控制計算

施工控制計算是施工監控的一個重要部分，是施工監控的前提。由于整個計算過程工作量較大，所以詳細計算結果及分析將在施工監控實施方案中討論，本大綱僅簡單說明計算方法。

⑴恒載計算參數取值及修正。施工監控是個循環過程，必須根據測量、分析結果反復計算，這就牽涉到計算參數的不斷修正，使計算模型更接近實際結構。在計算初期，我們一般采用設計參數或經驗參數。

⑵支架變形計算參數取值及修正。支架變形主要包括支架的彈性變形和非彈性變形，其中非彈性變形相對難以控制，主要原因是支架安裝誤差和連接處變形所產生的。從結構安全和施工監控的角度考慮，支架使用前必須進行加載試驗，在支架上作用相當于混凝土重量的荷載，以檢驗支架的受力性能和變形性能，同時也消除了一部分的支架非彈性變形。

1.5 施工控制誤差分析

誤差分析是施工監控的難點，也是施工監控三大系統中相對最不成熟的部分，主要原因是測試數據較少而影響因素較多的矛盾引起的。例如，引起主梁標高較低的因素較多，諸如混凝土超方、支架變形較大、預應力張拉力不夠、臨時荷載引起、日照影響等等，在諸多的因素中，僅僅通過標高測量或者應變測量是很難判斷出原因的。所以，為了得到更準確的分析，必須增加測點，增加測試工況，增加測試內容，這無形中就增加了監控的成本。在目前情況下，如何在保證結構安全、內力合理、保證線形和順的前提下節約成本是我們追求的目標。這就要求我們在監控過程中善于抓主要矛盾，忽略次要矛盾。既要滿足設計要求，又要節約費用，我們以往橋梁的監控經驗將是我們進行施工監控的寶貴財富。

2 橋梁施工監控的要點

橋梁在施工過程中，會有很多影響因素，這些影響因素對不同的結構、不同的施工方法，產生的施工誤差也不同。實際施工中必須抓住主要矛盾，只有解決了主要矛盾，才能做到經濟有效。因此，監控計算與監測手段也是要針對不同情況而分別對待，將有限的資源投入到對主要誤差的控制中。

2.1 主拱制作、架設與澆筑鋼管混凝土監控

主拱鋼管在制作時，需考慮預拱度。

對于柔拱剛梁結構，拱肋架設難度并不大，因為梁已經完成，在橋面上搭設支架即可。這一階段主要控制拱軸線的成形，拱肋坐標可以通過千斤頂調整，全站儀觀測獲得。拱軸線坐標獲得后，應將數據迅速反饋給設計單位，判斷是否對吊桿的長度進行調整。

鋼管混凝土澆筑須兩側對稱進行，混凝土達到強度后，須進行密實度測量。

主要控制：設置主拱預拱度、主拱合龍定位觀測、主拱應力。

2.2 吊桿張拉

對于柔拱剛梁結構，吊桿張拉非常關鍵。因為柔拱剛梁加吊桿形成的內部多次超靜定結構，主梁的受力是否合理將很大程度上取決于吊桿力的大小。但是，與柔梁結構相比，剛梁結構的吊桿力往往不容易控制。這是因為吊桿在張拉過程中，會產生吊桿力的耦合，即張拉某根吊桿，其余吊桿力會迅速降低，并且其降低程度是計算所很難把握的。因此，對吊桿力的監測將是關鍵。

一般設計文件要求吊桿張拉分5次進行，不過最終應由監控單位根據測試結果確定張拉次數，這其中既取決于張拉千斤頂的數量，也取決于每次張拉吊桿力的數值。監控單位建議，為了更好地保證吊桿力的準確性，最終一次吊桿力調整須放在橋面鋪裝后進行。

主要控制：吊桿張拉監測、主拱應力、主梁標高變化。

次要控制：主梁應力、預應力張拉。

3 施工監測的方法

施工監測是施工監控中一部分，，所進行的測試內容也是圍繞施工控制進行的。為了保證整個施工控制的順利進行，需要進行如下測試內容：

3.1 主拱軸線測試

3.1.1測 點布置：主拱在四分點、跨中、四分之三斷面上布置6個測點。

3.1.2 測試方法：采用全站儀，測量精度5″/2+3ppm。

3.1.3 測試周期：測試工況為全橋合龍時、張拉吊桿過程及鋪裝完成后。

3.2 主拱斷面應變測試

3.2.1 測點布置：主拱在拱腳、四分點、跨中等五個斷面布置測點，每個斷面布置4個測點，共20個測點。

3.2.2 測試方法：考慮到數據的長期穩定性，采用弦式應變計及其讀數儀。數據采集可考慮人工讀數，也可考慮自動讀數，視現場具體情況而定。讀數精度0.1MPa。

3.2.3 測試周期：如果是自動讀數，可以達到每分鐘一次，人工讀數只能每工況讀一次。

3.3 吊桿力測試

3.3.1 測點布置：每個吊桿均為一個測點，共24個測點。

3.3.2 測試方法：吊桿力測試采用環境隨機振動法，即將加速度傳感器綁軋在吊桿上，通過振動頻率判斷吊桿力。

由于振動法對于拱橋吊桿這種長度較短的索結構，誤差相對較大，本單位一方面采用有限元剛度修正法，另一方面采用現場與千斤頂共同標定法可以解決測試誤差，在其他橋梁測試證實，測試精度可達95%以上。

3.4 溫度測試

溫度測試采用兩種方法，其一是測試主梁結構溫度，在混凝土內埋設溫度測點，位置同應變計測點；其二測試氣溫，在橋面和箱拱內放置溫度計。測量精度控制在0.5℃以內。