混凝土系杆拱桥施工监控方法

[摘 要]混凝土系杆拱桥是一种得到普遍采用的桥型,其施工较为复杂,施工过程中几何状态及结构稳定控制难度大.因此必须对施工全过程进行监测、实时跟踪分析和控制,以保证施工中的安全与稳定性,使桥梁达到设计的成桥状态.本文依托某大跨度混凝土系杆拱桥,探讨此类桥梁的施工监控方法.

[关 键 词]混凝土系杆拱桥施工全过程施工监控

中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）21-0206-02

1引言

钢筋混凝土系杆拱桥以其承载能力大、适应能力强、经济合理、施工快捷、外形美观等优点,最近十几年在国内得到普遍使用.系杆拱桥通过在系梁内施加预应力,抵消拱肋推力,使桥墩（台）无需承受推力,可以像连续梁一般修建桥墩（台）,为平原地区新添了一种优美的桥型,混凝土系杆拱桥因此成为皖江地区理想的桥梁结构型式之一[1].

由于混凝土系杆拱桥设计、施工难度较大、施工过程中几何状态及结构稳定控制难度大.因此必须对桥梁结构的施工全过程进行监测、实时跟踪分析和控制,以保证施工中的安全与稳定性,使桥梁达到设计的成桥状态[1].

本文以芜申运河当高桥主跨82m的混凝土系杆拱桥为例,介绍此类桥梁的常规施工监控方法,以期为今后的工程实践提供参考与借鉴.

2施工监控的基本理论与方法

施工监控的主要方法是：通过一定控制截面或部位的应变、挠度、支座位移、温度等因素进行监测,对施工过程的主要工序实行监控,以达到竣工线形与设计目标线形最大限度地吻合并满足设计要求,从而保证结构施工质量和进度[2].

目前施工控制已逐渐被工程界所重视,并形成了一些实用的控制方法.对于复杂结构的施工控制主要自适应控制方法,这种方法是在闭环反馈控制的基础上,再加上一个系统参数识别过程,即为施工――量测――参数识别――分析――修正――预测――施工的循环过程,即在施工过程中,比较结构测量的受力状态与模型计算结果,依据两者的误差进行参数调整（识别）,使模型的输出结果与实际测量的结果相一致.

利用修正的计算模型参数,重新计算各施工阶段的理想状态,按反馈控制方法对结构进行控制.在每一工况返回结构的量测数据之后,要对这些数据进行综合分析和判断,以了解已存在的误差,并同时进行误差原因分析.在这一基础上,将产生的误差的原因尽量予以消除,给出下一个工况的施工控制指令,使现场施工形成良性循环.这样,经过几个工况的反复识别后,计算模型就基本上与实际结构相一致了,在此基础上可以对施工状态进行更好的控制.

3依托工程概况

当高桥位于芜申运河航道里程桩号K34+100皖苏交界处,桥梁全长703米,主跨是82m下承式混凝土系杆拱桥,为刚性系杆刚性拱,计算跨径L等于80m,拱轴线为二次抛物线,矢跨比为1/5,矢高16m.桥梁宽度：0.5m（护栏）+9.0m（行车道）+0.5m（护栏）,设计桥梁全宽10.0m,双向1.5%横坡.

拱肋采用工字型截面,拱肋高1.4m、宽1.2m,系梁采用高1.8m,宽1.2m的箱型断面.全桥设置4道风撑以保证拱肋的横向稳定.其半桥立面及跨中断面如图3-1所示.

设计荷载为公路―Ⅱ级,主桥按7度进行抗震设防.

主要施工顺序如下：

（1）打入钢管桩,梁体采用贝雷支架系统支撑,浇筑系梁及横梁,并张拉相应阶段的系梁与横梁预应力.

（2）在系梁与横梁上搭设拱肋满堂支架,浇筑拱肋及风撑.拆除拱肋之前第一次张拉吊杆.

（3）结构达到一定强度后,拆除拱肋支架,从两端对称吊装桥面板.

（4）吊装完成后浇注中横梁二期混凝土使桥面板与结构形成整体,并张拉相应阶段的吊杆、系梁与横梁预应力.

（5）拆除贝雷支架以及桥面系施工.

4施工监控主要项目与方法

本桥的施工监控主要内容有（1）几何形状监测；（2）结构变形监测；（3）结构受力监测；（4）吊杆索力检测.

4.1几何形状监测

几何形态监测的目的主要是获取已形成的实际几何形态.大桥的几何形态监测工作内容主要有：拱轴线、桥面标高,吊点位置等.它是施工控制中调整及预报的关键,是现场施工数据采集的重要部分.

以上测量均可以通过精密水准仪测量得出,支架施工的系杆拱几何形状控制关键是在于模板架设时候的精准程度,特别需要注意的是拱轴线的测量,实际施工时拱肋曲线形状是以直代曲实现,这就需要将拱肋节段划分的足够精细,偏差应不超过1cm.

4.2结构变形检测

混凝土系杆拱的结构变形监测对象为拱肋与系梁,拱肋与系梁的变形响应可以反映结构整体的刚度与受力情况.具体变形观测点布置可以根据监控与测量布置,拱肋与系梁测点数量不宜少于5个.本项目拱肋设置7个变形观测点,系梁在每两根吊杆之间设置一个变形观测点（图4-1）.观测点可以采用预埋短钢筋,并在露出梁体的钢筋端部涂抹红色标记,以便观测.露出梁体外的钢筋长度不宜超过5cm,以免影响施工.

4.3结构受力情况监测

施工监测过程中应力观测是整个控制工作的主要内容之一,为此应力测量工作应作为施工的一个工序来完成,测量所得的数据应经有关人员分析认可后方可进行下一工序的施工.同时还要做到：所有观测记录都注明日期、时间、工况、气温、桥面特殊施工荷载和其他突变因素等.混凝土系杆拱桥应力监控过程中,测试数据量大,影响因素多,因此必须根据结构的受力特点和施工阶段的受力变化,选择控制截面,对结构进行有效的监控测试,力争做到既保证施工安全,又不影响施工.通过基于实测参数的计算分析并考虑环境的影响,综合分析原因,判断结构在后续的施工工序中是否安全,以便于作相应的处置对策.

本项目拱肋设置5个应力监测截面,分别位于拱脚附近、四分点与跨中位置,系梁布置3个应力监测截面,分别位于拱脚附近与跨中位置

4.4索力检测

混凝土拱桥吊杆是拱桥的重要构件,为保障拱肋内力分布处于最佳状态,因此吊杆拉索是施工监控实施中监测与调整的重要参数之一.吊杆大多是分批张拉,每次张拉吊杆都将对已张拉吊杆产生影响,因此吊杆索力的调整是一项复杂的工序.[4]这时候对索力进行监控与控制就显得尤为必要,只有通过对吊杆张拉过程进行监测,才能得到吊杆索力之间的影响程度,进而保证吊杆索力调整的顺利进行.

目前常用的吊杆索力测量仪器为环境激振仪（也称索力动测仪,图4-3、4-4）来监测吊杆在各施工阶段的张力.

5结语

对混凝土系杆拱桥进行全过程的施工监控是必要的,其施工监控方法与项目可以总结为：

（1）通过立模标高控制结构几何形状的控制,使得结构达到设计形状要求.

（2）通过拱肋与系列变形的监测,控制结构在施工中的变形,达到控制结构施工中的稳定性,并使得桥梁成桥后符合设计线形.

（3）通过对拱肋与系列施工过程中的应力监测,掌握结构在施工过程中的受力情况,保证施工安全性.

（4）吊杆索力的监测是保证吊杆达到设计成桥索力的必要工序,是吊杆索力调整的重要手段.