矮塔斜拉橋施工控制及關鍵技術研究

李杰

河南省新縣公路事業(yè)發(fā)展中心，中國·河南 信陽 464000

1 引言

論文依托某矮塔斜拉橋，對其施工過程中的線型控制、應力控制及索力控制進行了探討。做好矮塔斜拉橋施工控制研究對推動橋梁工程事業(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

2 工程概況

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

預應力混凝土箱梁中，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、墩帽等部位。根據(jù)設計要求，斜拉索選擇環(huán)氧噴涂無黏結平行鋼絞線索，15.2mm 為單股鋼絞線直徑，兩端屬于張拉端?？梢缘退沙阡摻g線為預應力鋼絞線，1860MPa 為標準強度。材料特性如表1所示。

表1 主橋材料特性值

矮塔斜拉橋的設計與施工關系密切，客觀角度來講，設計參數(shù)與施工參數(shù)之間存有差異，將會出現(xiàn)實際施工狀態(tài)與理論預測狀態(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。在施工過程中通過監(jiān)測、優(yōu)化控制，可對鋼拱橋塔與梁段指標進行預測，合理控制施工誤差。

3 主梁線型控制分析

3.1 主梁線型控制實施

本橋選擇懸臂澆筑法施工，依托各梁段立模標高來調(diào)整主梁的線型控制。為此，在澆筑環(huán)節(jié)，在各個懸澆塊段端部頂板位置進行觀測點設置，共5 個，具體如圖1所示。完成每一個施工階段后，應及時讀取線型情況。

圖1 主梁標高和軸線測點布置示意圖（cm）

3.2 主梁線型控制結果

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應力張拉后2 個階段，經(jīng)檢測可知，相比理論預測情況，主梁線型實際情況基本吻合，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)梁面標高理論值與實際值對比分析，可知兩者標高基本吻合，無見較大波動。僅極個別位置誤差較大，可達到31mm，但仍處于可控范圍，在完成本節(jié)段后，基本可達到理論標高位置。

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，通過對比分析主梁梁面標高的理論值與實際值，可有效控制拉索區(qū)梁段梁面標高，誤差不大，僅在極個別位置誤差較大，達到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，僅極個別位置誤差較大。且隨著施工進度的不斷推進，實際梁面標高變化均勻，相比理論值，始終處于抬高階段，在施工8#節(jié)段時，波動較大，但仍在可控范圍內(nèi)[1]。

4 關鍵截面應力控制分析

4.1 關鍵截面應力控制的實施

通過主梁關鍵截面應力監(jiān)測的方法進行矮塔斜拉橋應力監(jiān)控。論文監(jiān)測工具為埋入式混凝土應變傳感器，其特點為量程大、精度高，且具有良好的自身防破損能力。通過該儀器，可對混凝土的絕對應變值、相對零點差值進行準確測量，隨后按照混凝土應力應變關系進行截面應力的計算，在該計算過程中，需做好測量應變溫度修正工作，則其修正公式如下：

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

根據(jù)要求，主梁傳感器布設位置，如邊跨跨中周圍、0#節(jié)段根部、主跨四分點周圍，正應力監(jiān)測截面測點共9 個，并將埋入式振弦應變傳感器埋設到各個截面頂?shù)装逄帲?2個。此外，為保證橋塔根部截面應力監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，決定將8 個傳感器設于每座橋塔，共16 個。

4.2 關鍵截面應力控制結果

根據(jù)施工順序嚴格執(zhí)行關鍵截面應力監(jiān)測，結果如下：

第一，主梁截面應力測試結果。每個施工階段完成預應力鋼束張拉后，0#節(jié)段截面應力情況表明，在主梁根部截面的應力水平，在整個施工過程中屬于可控范圍。在初期階段，頂板應力水平相對不高，與理論值具有較大差距。伴隨施工進度的不斷加快，截面應力發(fā)展穩(wěn)定，且仍在安全范圍之內(nèi)。在初期張拉完成后，底板應力將產(chǎn)生拉應力，偏低，總體逐步向截面受壓方向發(fā)展。因為早期應力水平偏低，混凝土收縮徐變、溫度效應影響較大，導致實測值大于理論值，但總體來講，應力值仍滿足規(guī)范要求。

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

5 斜拉索索力控制分析

5.1 索力控制的實施

為充分了解施工環(huán)節(jié)斜拉索內(nèi)力情況，對斜拉索所有張拉階段的內(nèi)力進行控制及預測評價，需做好矮塔斜拉橋斜拉索索力監(jiān)控。根據(jù)要求，測試成橋后的索力，對比設計值，便于再次合理調(diào)整索力。本工程測量時采用振動頻率法，以索力動測儀主要索力測試的儀器，此設備可對整根斜拉索的振動頻率進行準確測試，并依照索力—頻率換算公式進行索力值計算，具體公式如下：

其中，T 為測試索力值；K 為比例系數(shù)；W 為斜拉索單位長度質(zhì)量；L為斜拉索計算長度；Fn為斜拉索n階振動頻率。

完成各階段斜拉索張拉施工后，需及時測試索力，直接在斜拉索表面綁扎動測儀即可，并做好測試位置記錄，設定為測量點。測試前，要先修正比例系數(shù)，做好標定，便于計算準確，能夠更準確、更真實地反映實際索力。經(jīng)大量實踐證明，環(huán)境因素對頻率測試影響較大，在整個測試環(huán)節(jié)，應避免外界干擾。本次測試，需進行5 次結果記錄，將無效數(shù)據(jù)剔除，其他數(shù)據(jù)以平均值為準[2]。

5.2 索力控制結果

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，應根據(jù)相關要求，做好斜拉索初張力控制工作。論文以20#墩為研究對象，其初張力控制結果如表2所示。

表2 斜拉索初張力對比表

由表2可知，整體來講，斜拉索初拉力控制良好，大部分偏差均小于5%，僅個別偏差較大，甚至出現(xiàn)超張拉情況，與相關梁段標高、應力監(jiān)測數(shù)據(jù)相結合可知，主梁線型及應力均在可控范圍內(nèi)，為此，可在二次調(diào)索階段對索力誤差進行集中調(diào)整[3]。

6 結語

綜上所述，論文基于施工控制理論，詳細闡述了矮塔斜拉橋的施工控制過程，并主要介紹了線型、應力及索力控制的實施及控制結果，可得結論如下：

①本工程為一座雙塔三跨預應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力控制最為重要。為此，通過數(shù)據(jù)采集及計算、對比，論文主要對施工階段、主梁關鍵截面及斜拉索初拉力等監(jiān)測控制結果進行了分析，以期通過測量，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，與理論計算預期基本吻合，整體來講可達到準確控制的目標。

③通過持續(xù)監(jiān)測橋梁關鍵截面應力，表明應力監(jiān)測具有長期性、復雜性，環(huán)境因素等對其影響較大，從而會出現(xiàn)一定誤差，但整體來講，誤差在可控范圍內(nèi)。

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