上承式空間曲面連拱橋施工監(jiān)控方法

蘇濤

(天津城建集團有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

上承式空間曲面連拱橋施工監(jiān)控方法

蘇濤

(天津城建集團有限公司工程總承包公司，天津市 300211)

拱橋具有特殊的線條美感，拱橋在城市橋梁中占有很大的比重，跨域能力及外觀效果均能滿足城市景觀的需要。上承式拱橋的特點是拱肋決定拱上建筑，從結(jié)構(gòu)受力安全和結(jié)構(gòu)線形兩方面均需要過程控制，施工監(jiān)控是必不可少的一項內(nèi)容，通過施工前模擬，將橋梁施工過程中的各種荷載、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、后期橫載充分考慮進行分析計算，提供相應的施工數(shù)據(jù)，施工過程中通過對坐標、高程、應力、應變的測量進行監(jiān)控，保證施工過程安全并最終滿足設計要求。

拱橋；空間曲面；結(jié)構(gòu)定位；施工監(jiān)控

1　概述

1.1上承式拱橋簡介

上承式拱橋具有悠久的歷史，隨著人們越來越重視橋梁的建筑美學,構(gòu)件截面復雜性的增大與拱肋的形式多樣,使上承式拱橋的施工監(jiān)控在保證橋梁施工的安全順利建成中起著重要的作用。上承式拱橋施工控制的目的就是確保橋梁施工中的快捷、安全并盡量使成橋后的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形與設計預期相符合。因此上承式拱橋的施工監(jiān)控是確保施工安全與成橋質(zhì)量至關(guān)重要的一環(huán)。本文以北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運河橋梁工程為背景,研究該橋施工控制內(nèi)容與方法，由于該橋結(jié)構(gòu)新穎，雙曲面拱肋，多根拱肋結(jié)合橫向聯(lián)系，拱上建筑線形多變，使整個橋梁對于監(jiān)控的研究有著特殊的意義。

1.2北京市通州區(qū)北關(guān)大道跨北運河橋梁工程簡介

北關(guān)大道跨北運河橋梁位于通州運河核心區(qū)規(guī)劃北關(guān)大道跨北運河處，橋梁方案為“千荷瀉露”的梁拱組合橋；橋梁全長360m，橋梁總面積17266m2。其中跨越主河槽的主橋橋長約210m，為30m+40m+70m+40m+30m的上承式鋼結(jié)構(gòu)連拱橋；引橋橋長約150m，為兩聯(lián)3×25m預應力混凝土梁橋。橋梁橫斷面形式復雜，主橋橋梁寬42.6～68m。人行道寬度及流水平臺沿著橋梁縱向不斷變化，1#和4#墩處橋梁全寬為53.4m，2#和 3#墩處橋梁寬度達全橋最寬，為68m。在步道及流水平臺變寬的過程中，各層步道高程逐漸分開，形成三層不同高度的步道，橋梁結(jié)構(gòu)三維圖如圖1所示。

2　施工監(jiān)控的目標

對該橋施工期間的線形、拱肋高程及應力等內(nèi)容進行有效的控制和調(diào)整，保證實際結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形始終處于可控、安全及合理的范圍內(nèi)，并且由這些施工狀態(tài)逐步演化到成橋后，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形均符合設計要求并且與理論期望值的誤差最小。根據(jù)該橋的具體情況，本橋施工監(jiān)控的目標有如下三個方面：

2.1標高控制

通過理論計算確定拱肋安裝標高，根據(jù)溫度及拱肋安裝順序給出施工標高，同時現(xiàn)場安裝過程中控制各部位安裝標高誤差在允許范圍內(nèi)。

2.2空間坐標控制

在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全的前提下，考慮綜合工況下的橋梁各部位的安裝位置及幾何形狀，提供預偏值作為施工控制坐標校核，通過現(xiàn)場安裝反饋數(shù)據(jù)，對比理論計算再進行適當微調(diào)。

2.3結(jié)構(gòu)應力控制

在施工過程中，隨時監(jiān)測結(jié)構(gòu)各主要受力部位的應力，確保應力在容許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)在施工期間的安全性。實測應力同時可以修正施工監(jiān)控理論計算的參數(shù)取值，校核理論分析的準確性。

3　施工監(jiān)控程序

采用MIDASCIVIL計算程序，按各項參數(shù)的理論值或?qū)崪y值計算下一階段的施工監(jiān)控參數(shù)，如立模標高、各步驟的索力張拉值、各步驟的索塔標高等。

按規(guī)定程序檢測各項數(shù)據(jù)，如結(jié)構(gòu)變形、主梁應力、結(jié)構(gòu)溫度、施工荷載等。將這些數(shù)據(jù)進行整理并輸入計算程序做跟蹤分析。

比較理論計算結(jié)果和實測結(jié)果的差別，分析出現(xiàn)偏差的原因，調(diào)整參數(shù)取值重新計算，縮小兩者的差別。按調(diào)整后的各項參數(shù)計算下一步驟的施工監(jiān)控數(shù)據(jù)。

4　監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測對象

4.1施工環(huán)境監(jiān)測

溫度是橋梁結(jié)構(gòu)施工過程的重要荷載源。根據(jù)橋型、橋位和施工特點，溫度是必須監(jiān)測的內(nèi)容，對其進行監(jiān)測有利于施工控制參數(shù)分析及誤差分析，大氣溫度采用溫度計測量。

4.1.1監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測橋址處環(huán)境溫度。

4.1.2監(jiān)測目的

（1）分析并預測環(huán)境溫度對變形(如拱肋及主梁位移等)的影響。

（2）預測在橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的極限環(huán)境溫度荷載。

4.1.3監(jiān)測方法

根據(jù)施工控制的需要，利用溫度計與紅外線測溫槍非連續(xù)地監(jiān)測大氣溫度（用人工非連續(xù)采集數(shù)據(jù)）。

4.2主梁標高及變形監(jiān)測

4.2.1監(jiān)測內(nèi)容

主梁標高及變形監(jiān)測是施工監(jiān)控中最重要的反饋指標之一。主梁監(jiān)測包括制造過程與安裝施工過程的監(jiān)測，主梁監(jiān)測的主要內(nèi)容包括主梁安裝完成后高程、附屬及橋面系施工完成后的高程、成橋標高等。施工過程中的幾何測量工作主要由施工單位實施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，安排進行關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的幾何測量，負責提供幾何測量的方案及相關(guān)表格，并對測量結(jié)果進行計算分析，提出誤差解決方案，此過程需監(jiān)理單位配合施工單位對幾何測量結(jié)果進行必要校核。

4.2.2監(jiān)測目的

（1）為及時、直觀地評價主梁施工狀態(tài)提供資料。

（2）為評價橋面線形提供資料。

（3）為施工控制線形的誤差分析提供測試數(shù)據(jù)。

4.2.3監(jiān)測方法

采用高精度水準測量或三角高程監(jiān)測等人工監(jiān)測的方式對主梁進行豎向、橫橋向及順橋向水平變形的監(jiān)測。

4.2.4技術(shù)要求

對全站儀、棱鏡以及水準儀等的技術(shù)要求由專門的施工測量人員進行操作，并由監(jiān)理單位對測量結(jié)果進行復核。

4.2.5施工要求

（1）在橋面系精確匹配時利用水準儀及全站儀對橋面系的變形進行人工測量。

（2）橋面系安裝的其他工況，利用水準儀及全站儀對橋面系高程進行人工測量。

（3）光學儀器的安裝技術(shù)要求由施工單位提出。

主梁標高測點布置如圖2所示。

4.3拱肋變形監(jiān)測

4.3.1監(jiān)測內(nèi)容

拱肋幾何測點的變位，校核拱上荷載對拱肋的影響；施工過程中拱肋的幾何測量工作主要由施工單位實施，施工監(jiān)控單位根據(jù)施工控制工作的需要，要求施工單位對重要施工控制階段的幾何變形進行復測檢驗。

測量工作應在早晨日出前進行，以消除日照影響；風載作用引起的水平振動應在測量時予以消除。在拱肋架設完成后，在每個吊點位置設置永久性的變位觀測點，定期觀測主拱變形，以觀測不平衡荷載、日照等因素對主拱變位的影響。橋梁通車后也應定期觀測主拱變位。拱肋合攏時間必須在夜間（溫度恒定情況下）進行。

4.3.2監(jiān)測目的

（1）為評價拱肋線形及受力情況提供資料。

（2）為分析施工控制的線形誤差提供實測數(shù)據(jù)。

4.3.3監(jiān)測方法

采用棱鏡或其他光學測量裝置監(jiān)測拱肋幾何控制測點的三維位移。

拱肋幾何控制點的布置如圖3所示：每個拱肋的拱腳處、拱肋1/4點處、拱頂處設置幾何控制測點。

圖3　拱肋幾何控制點的布置圖

4.3.4技術(shù)要求

（1）拱肋位移控制測點測試裝置及安裝技術(shù)要求由專門的測量人員完成。

（2）拱肋位移控制測點測試裝置（如反光片）應可靠地固定在結(jié)構(gòu)上，施工過程中不得松動，拱肋涂裝過程中應注意避讓。

（3）利用全站儀進行拱肋三維變形的定期監(jiān)測，對拱肋位移測點進行測量。

（4）拱肋位移測試工況：

a.拱肋合攏后。

b.主梁安裝后。

c.橋面系安裝后。

d.橋面鋪裝完成后。

（5）為減小溫度影響，所有測量工作均應在日出前完成。

拱肋標高測點布置如圖4所示。

圖4　拱肋標高測點順橋向布置圖

4.4結(jié)構(gòu)應變（應力）監(jiān)測

4.4.1監(jiān)測內(nèi)容

橋梁各控制截面的應變（應力）。

4.4.2監(jiān)測目的

應變（應力）監(jiān)測的主要目的在于為計算橋梁在施工過程中的安全性指標提供預警信息。

4.4.3監(jiān)測方法

應力測試與主梁、主拱施工同時進行，因而要求測試元件必須具備長期穩(wěn)定性好、抗損傷性能好、設置定位容易及對施工干擾小等性能。在主梁和主拱上選取若干斷面，在每個斷面上布置若干應變計。應變傳感器采用基康儀器有限公司生產(chǎn)的BGK-4000與BGK-4200型弦振式應變計及其配套的應變讀數(shù)儀進行（圖5～圖7），這套設備的特點是高精度（<1.0με）、大量程（3000 με）、抗干擾能力強、能在嚴寒條件下工作、可長期觀測、可同時量測測點的應變和溫度。儀器設備如圖5、圖6、圖7所示。

圖5　BGK-4000振弦式弧焊型應變計

圖6　BGK-4200振弦式埋入型應變計

圖7　BGK-408振弦式讀數(shù)儀

4.4.4測點布置

全橋應力測量斷面的位置如圖8所示，測量斷面布置在混凝土拱肋、鋼拱肋、立柱位置，拱肋應力測試斷面為斷面1-1與4-4；直立柱與斜立柱應力測試斷面為斷面5-5與6-6。斷面1-1～4-4及6-6布置8個應變計，斷面5-5布置12個應變計，用應變計測量其應力分布，全橋共用應變計52個。

圖8　拱肋應力監(jiān)測點斷面布置圖

應變計在混凝土拱肋橫斷面上的布置如圖9所示。

應變計在立柱橫斷面上的布置如圖10所示。

圖10　立柱應力測點橫斷面布置圖(單位：cm)

4.4.5施工要求

（1）測試截面的測試元件導線采用PVC塑料套管保護，測試元件導線線頭集中引出處應設置保護裝置，以避免后續(xù)施工過程中對測試元件導線線頭的損壞。

（2）測試元件的安裝、設置由監(jiān)控單位成員現(xiàn)場指導，并布設導線；施工各方應提供對元件安裝與測試中交通、照明、人員工作安全的協(xié)助。

（3）測試元件的安裝、固定要可靠，施工中要注意對測試元件的保護，應注意避免焊接電弧灼傷測試元件、測試線路，澆筑混凝土時振搗棒不得靠近測試元件及導線。

（4）嚴禁非測試人員擅自移動測試元件及線路；嚴防盜竊測試元件、線路和儀器；嚴禁在測試元件附近使用高溫或強電磁設備；嚴禁在測試元件附近堆放施工材料；嚴禁敲打、擠壓等方式破壞測試元件。

5　結(jié)　語

施工監(jiān)控工作對拱橋施工的重要性比較突出，通過計算及施工過程控制，橋梁從施工過程到最終成橋均處于安全受控狀態(tài)，最終實現(xiàn)了設計理念。對于結(jié)構(gòu)復雜的橋梁來講，設計、施工單位是主導，監(jiān)控工作是不可或缺的一部分，它起到承上啟下的作用，施工過程中可以對設計成果進行復核，也能跟施工單位緊密結(jié)合，這對工程順利實施具有重要意義。

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U445

B

1009-7716（2016）11-0096-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.027

2016-08-08

蘇濤（1982-），男，天津人，工程師，從事市政橋梁施工工作。