公路橋梁項(xiàng)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(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單、施工占地少、交通影響小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)變化較大，必須通過(guò)科學(xué)手段對(duì)其內(nèi)力狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，以有效指導(dǎo)頂推作業(yè)。基于此，文章針對(duì)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(cè)方法，總結(jié)了鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)要點(diǎn)，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(hào) U445.462文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）14-0129-03

0 引言

科技水平的不斷進(jìn)步，有效推動(dòng)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(shí)，為確保橋梁線形及力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)變形及受力監(jiān)測(cè)，全面了解鋼箱梁實(shí)際受力情況，以便及時(shí)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(duì)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(jì)成橋狀態(tài)的合理性，鋼箱梁頂推施工時(shí)，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(shí)墩支座反力直接反映結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)對(duì)二者實(shí)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(gè)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(jì)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(shí)執(zhí)行，全面識(shí)別并收集相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，對(duì)各環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)變形、受力情況及主梁位置偏差實(shí)施誤差分析，不斷優(yōu)化動(dòng)態(tài)控制模型，并實(shí)時(shí)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(diǎn)

頂推施工時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，鋼箱梁受力形式實(shí)時(shí)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(qiáng)過(guò)程監(jiān)控十分必要，但由于結(jié)構(gòu)體系不斷移動(dòng)，給施工監(jiān)控工作帶來(lái)較大困難，例如監(jiān)測(cè)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(cè)等十分不便。

3.2 鋼箱梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器的選擇

鋼箱梁頂推過(guò)程中，結(jié)構(gòu)某一點(diǎn)的應(yīng)力為監(jiān)控重點(diǎn)，是整個(gè)頂推過(guò)程中的警示系統(tǒng)，應(yīng)在主梁重要部位設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備，并在頂推時(shí)實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)施比較分析。現(xiàn)階段，普通橋梁建設(shè)過(guò)程中應(yīng)力監(jiān)控及力學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)采用的檢測(cè)設(shè)備主要是有線應(yīng)變計(jì)。

鋼箱梁頂推施工時(shí)，采用有線應(yīng)變計(jì)實(shí)施應(yīng)力監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取難度較大。如：某互通立交頂推作業(yè)時(shí)，其監(jiān)控設(shè)施使用JM3840無(wú)線應(yīng)變檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用無(wú)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(jì)設(shè)置于主梁重要部位，通過(guò)數(shù)據(jù)線連接應(yīng)變計(jì)與應(yīng)變儀，應(yīng)變儀發(fā)生信號(hào)，并利用天線接收地面信號(hào)，然后將信號(hào)信息傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。BDI應(yīng)變計(jì)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(cè)。利用無(wú)線應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可科學(xué)彌補(bǔ)有線應(yīng)變計(jì)存在的不足，此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于鋼箱梁頂推施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)尤為適用[5]。

3.3 彎、坡橋頂推過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)

3.3.1 坡橋頂推過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)難點(diǎn)

鋼箱梁結(jié)構(gòu)變形是最重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，實(shí)際施工時(shí)，應(yīng)對(duì)梁體變形實(shí)施科學(xué)監(jiān)測(cè)，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(cè)點(diǎn)標(biāo)高變化情況，其中“狀態(tài)一”為梁體未頂推時(shí)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(guò)圖2能夠看出，相同測(cè)點(diǎn)處標(biāo)高變化為H=Δh+h，式中Δh表示因坡度導(dǎo)致測(cè)點(diǎn)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(shí)鋼箱梁變形監(jiān)測(cè)，所測(cè)得標(biāo)高數(shù)據(jù)并非實(shí)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(duì)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高實(shí)施測(cè)量時(shí)，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(cè)量，其測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確。而對(duì)于坡度較大的橋梁頂推施工，時(shí)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(shí)，由于梁體位置較高，周邊無(wú)法找到合適的儀器架設(shè)位置，從而造成標(biāo)高控制無(wú)法采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量[6]。

3.3.2 彎、坡橋頂推過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)方法

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

為便于測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)換算，構(gòu)建如圖3所示坐標(biāo)系：以原點(diǎn)作為圓心，以初始檢測(cè)位置處的水平投影作為x軸，并以垂直于x軸方向?yàn)閥軸。其計(jì)算流程如下：

圓心坐標(biāo)為x0，y0；測(cè)點(diǎn)初讀數(shù)為xc，yc，zc；測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)值為xs，ys，zs；H=zc?zs測(cè)點(diǎn)總的高差；x1=xs?x0，y1=ys?y0；，rs——實(shí)測(cè)時(shí)的半徑；x2=xc?y0，y2=yc?y0；，rc——初測(cè)時(shí)的半徑；，，α——坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換角；，——局部坐標(biāo)系下的實(shí)測(cè)值y坐標(biāo)；，β——頂推移動(dòng)節(jié)段的圓心角；ρ=sin?1sinβ，ρ——頂推移動(dòng)節(jié)段的圓心角；l=ρ×rs，l——頂推移動(dòng)節(jié)段的弧長(zhǎng)；rs——測(cè)點(diǎn)半徑；Δh=1×i；h＝H?Δh；h——撓度值；i——縱坡坡度。

上述運(yùn)算流程較為簡(jiǎn)便，為確保梁體頂推施工時(shí)能夠及時(shí)得到相關(guān)數(shù)據(jù)，需提前將上述運(yùn)算流程錄入Excel、Wps等相關(guān)處理軟件中，同時(shí)將圓心坐標(biāo)、測(cè)點(diǎn)位置初始檢測(cè)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(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)撓度值。并且，通過(guò)以上運(yùn)算已獲得的測(cè)點(diǎn)半徑，然后將測(cè)點(diǎn)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(chǎng)實(shí)際測(cè)得的坐標(biāo)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地得到梁體測(cè)點(diǎn)位置的撓度變化值及橫向位移。此彎、坡橋頂推施工時(shí)鋼箱梁變形監(jiān)測(cè)方式相對(duì)簡(jiǎn)便，且具有較強(qiáng)的適用性，針對(duì)頂推施工過(guò)程中所有水準(zhǔn)儀無(wú)法應(yīng)用的情形，均可采用坐標(biāo)換算及編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 鋼箱梁頂推施工監(jiān)控技術(shù)要點(diǎn)

4.1 鋼箱梁變形量和橫向偏移量的監(jiān)測(cè)

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(cè)方法，能夠較為簡(jiǎn)便、高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼箱梁變形及位移的監(jiān)測(cè)。技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）鋼箱梁測(cè)點(diǎn)布置：結(jié)合施工區(qū)域內(nèi)實(shí)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(cè)點(diǎn)，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(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)應(yīng)盡可能地確保通視，當(dāng)無(wú)法通視時(shí)，應(yīng)適當(dāng)平移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并測(cè)出平移距離，以此為初始偏差輸入處理系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置形式如圖4～5所示。

（2）測(cè)試工況：在橋梁頂推施工的各個(gè)階段，對(duì)鋼箱梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)值實(shí)施測(cè)量。當(dāng)其中任一階段頂推完成后，對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)施復(fù)測(cè)。并將實(shí)測(cè)值與理論值實(shí)施對(duì)比，同時(shí)實(shí)施糾偏處理。

4.2 鋼箱梁應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

鋼箱梁頂推施工時(shí)，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(cè)過(guò)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(shí)施處治。

（1）測(cè)試方法：采用JM3840無(wú)線應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并配備BDI應(yīng)變計(jì)。

（2）測(cè)點(diǎn)布置：該橋梁工程鋼箱梁應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)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(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)）與23 m（與第二、第三次頂推作業(yè)最大懸臂長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)）位置設(shè)置應(yīng)變計(jì)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)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(shí)踐，全面探究了鋼箱梁頂推施工監(jiān)控方法及難點(diǎn)，針對(duì)鋼箱梁頂推施工中普通應(yīng)力檢測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)困難的情況，提出了采用無(wú)線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法，有效解決了上述問(wèn)題。并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，證實(shí)了無(wú)線應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。此外，將其他施工經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)：鋼箱梁撓度難以直接測(cè)量，水準(zhǔn)儀架設(shè)困難，從而提出采用全站儀測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)頂推前的初始坐標(biāo)及頂推時(shí)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(shí)，針對(duì)頂推施工過(guò)程中所有水準(zhǔn)儀無(wú)法應(yīng)用的情形，均可采用坐標(biāo)換算及編程來(lái)實(shí)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(cè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)應(yīng)結(jié)合施工區(qū)域內(nèi)實(shí)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(cè)點(diǎn)，采用全站儀觀測(cè)監(jiān)控的方案；鋼箱梁應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，需嚴(yán)格按結(jié)構(gòu)體關(guān)鍵截面、現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行科學(xué)的測(cè)點(diǎn)布置，采用JM3840無(wú)線應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并配備BDI應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)力數(shù)據(jù)的采集和分析。

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