钢管混凝土系杆拱桥施工控制

施权君 廖敏

（广西交通投资集团南宁高速公路运营有限公司，广西 南宁 530022）

钢管混凝土系杆拱桥施工控制

施权君 廖敏

（广西交通投资集团南宁高速公路运营有限公司，广西 南宁 530022）

钢管混凝土系杆拱桥施工，由于主桥结构复杂，技术含量高，施工难度大，要求在施工过程中对全过程进行施工控制。本文阐述了施工控制的目的、原理和方法及桥梁施工监控的要点、方法。

桥梁施工；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

桥梁结构理想的几何线型与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过施工时的浇筑过程的控制以及主梁标高调整来获得预先设计的应力状态和几何线型，是大跨桥梁施工中非常关键的问题。

尽管在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，但是由于施工中出现的诸多因素，事先难以精确估计，而且在实际施工过程中由于施工误差，会使实际结构与原设计不符。所以在施工中对桥梁结构进行实时监测，并根据监测结果对施工过程中的控制参数进行相应调整是十分重要的。已建成的桥梁中就出现过施工控制不好，造成桥梁内力分配不合理、主梁线形不和顺的情况，影响了桥梁的使用。

根据以往桥梁施工及控制经验，并根据该桥的具体情况，在施工过程中影响桥梁结构内力和线形的因素主要有以下几方面：

①桥梁施工临时荷载；②支架变形、基础沉降；③日照影响；④混凝土浇筑方量的控制；⑤预应力束张拉及预应力损失；⑥混凝土弹性模量确定；⑦混凝土徐变

当上述因素与估计不符，而又不能及时识别引起控制目标偏离的真正原因时，必然导致在以后阶段施工中采用错误的纠偏措施，引起误差累积。所以施工监测和控制是大跨桥梁施工过程中不可缺少的工序。

1.2 施工控制的原理和方法

桥梁施工控制包括主动控制和被动控制，所谓主动控制，是在预先分析各种风险因素及其导致目标偏离的可能性和程度的基础上，拟定和采取有针对性地预防措施；所谓被动控制是一种面对未来的控制，通过对产生偏差原因的分析，研究制定纠偏措施，以使偏差得以纠正，工程实施恢复到原来的计划状态，或虽然不能恢复到计划状态但可以减少偏差的严重程度。

在现实的桥梁控制中，仅仅采取被动控制措施，出现偏差是不可避免的，而且偏差可能有累积效应，即虽然采取了纠偏措施，但偏差可能越来越大，从而难以实现预定的目标。另一方面，主动控制的效果虽然比被动控制好，但仅仅采取主动控制措施却是不现实的，或者说是不可能的。因为施工过程中有相当多的风险因素是不可预见的，或者是无法定量和确认。因此，对于桥梁施工控制来说，主动控制和被动控制两者缺一不可，必须紧密结合。

对于桥梁施工监控的具体实施来说，主动控制表现为施工程序的制定，结构参数的确定等等。

被动控制则表现为一个施工~量测~判断~修正~预告~施工的循环过程，为了能够控制桥梁的外型尺寸和内力，首先必须安排一些基本的和必要的量测项目，其内容包括主梁各施工工况的标高、主梁部分控制断面的应力、结构温度场、气温以及对混凝土材料的一些常规试验。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，将产生误差的原因予以尽量消除，给出下一个工况的施工控制指令，在现场施工形成良性循环。

1.3 施工控制的工作内容

1.3.1 施工过程中整体结构安全性验算；

1.3.2 施工过程中相关数据的测试；

1.3.3 施工过程中下阶段施工预告；

1.3.4 施工过程中施工误差分析及成桥内力状态分析；

1.3.5 参加施工过程中重大技术会议；

1.3.6 撰写施工监控报告

1.4 施工控制计算

施工控制计算是施工监控的一个重要部分，是施工监控的前提。由于整个计算过程工作量较大，所以详细计算结果及分析将在施工监控实施方案中讨论，本大纲仅简单说明计算方法。

⑴恒载计算参数取值及修正。施工监控是个循环过程，必须根据测量、分析结果反复计算，这就牵涉到计算参数的不断修正，使计算模型更接近实际结构。在计算初期，我们一般采用设计参数或经验参数。

⑵支架变形计算参数取值及修正。支架变形主要包括支架的弹性变形和非弹性变形，其中非弹性变形相对难以控制，主要原因是支架安装误差和连接处变形所产生的。从结构安全和施工监控的角度考虑，支架使用前必须进行加载试验，在支架上作用相当于混凝土重量的荷载，以检验支架的受力性能和变形性能，同时也消除了一部分的支架非弹性变形。

1.5 施工控制误差分析

误差分析是施工监控的难点，也是施工监控三大系统中相对最不成熟的部分，主要原因是测试数据较少而影响因素较多的矛盾引起的。例如，引起主梁标高较低的因素较多，诸如混凝土超方、支架变形较大、预应力张拉力不够、临时荷载引起、日照影响等等，在诸多的因素中，仅仅通过标高测量或者应变测量是很难判断出原因的。所以，为了得到更准确的分析，必须增加测点，增加测试工况，增加测试内容，这无形中就增加了监控的成本。在目前情况下，如何在保证结构安全、内力合理、保证线形和顺的前提下节约成本是我们追求的目标。这就要求我们在监控过程中善于抓主要矛盾，忽略次要矛盾。既要满足设计要求，又要节约费用，我们以往桥梁的监控经验将是我们进行施工监控的宝贵财富。

2 桥梁施工监控的要点

桥梁在施工过程中，会有很多影响因素，这些影响因素对不同的结构、不同的施工方法，产生的施工误差也不同。实际施工中必须抓住主要矛盾，只有解决了主要矛盾，才能做到经济有效。因此，监控计算与监测手段也是要针对不同情况而分别对待，将有限的资源投入到对主要误差的控制中。

2.1 主拱制作、架设与浇筑钢管混凝土监控

主拱钢管在制作时，需考虑预拱度。

对于柔拱刚梁结构，拱肋架设难度并不大，因为梁已经完成，在桥面上搭设支架即可。这一阶段主要控制拱轴线的成形，拱肋坐标可以通过千斤顶调整，全站仪观测获得。拱轴线坐标获得后，应将数据迅速反馈给设计单位，判断是否对吊杆的长度进行调整。

钢管混凝土浇筑须两侧对称进行，混凝土达到强度后，须进行密实度测量。

主要控制：设置主拱预拱度、主拱合龙定位观测、主拱应力。

2.2 吊杆张拉

对于柔拱刚梁结构，吊杆张拉非常关键。因为柔拱刚梁加吊杆形成的内部多次超静定结构，主梁的受力是否合理将很大程度上取决于吊杆力的大小。但是，与柔梁结构相比，刚梁结构的吊杆力往往不容易控制。这是因为吊杆在张拉过程中，会产生吊杆力的耦合，即张拉某根吊杆，其余吊杆力会迅速降低，并且其降低程度是计算所很难把握的。因此，对吊杆力的监测将是关键。

一般设计文件要求吊杆张拉分5次进行，不过最终应由监控单位根据测试结果确定张拉次数，这其中既取决于张拉千斤顶的数量，也取决于每次张拉吊杆力的数值。监控单位建议，为了更好地保证吊杆力的准确性，最终一次吊杆力调整须放在桥面铺装后进行。

主要控制：吊杆张拉监测、主拱应力、主梁标高变化。

次要控制：主梁应力、预应力张拉。

3 施工监测的方法

施工监测是施工监控中一部分，，所进行的测试内容也是围绕施工控制进行的。为了保证整个施工控制的顺利进行，需要进行如下测试内容：

3.1 主拱轴线测试

3.1.1测 点布置：主拱在四分点、跨中、四分之三断面上布置6个测点。

3.1.2 测试方法：采用全站仪，测量精度5″/2+3ppm。

3.1.3 测试周期：测试工况为全桥合龙时、张拉吊杆过程及铺装完成后。

3.2 主拱断面应变测试

3.2.1 测点布置：主拱在拱脚、四分点、跨中等五个断面布置测点，每个断面布置4个测点，共20个测点。

3.2.2 测试方法：考虑到数据的长期稳定性，采用弦式应变计及其读数仪。数据采集可考虑人工读数，也可考虑自动读数，视现场具体情况而定。读数精度0.1MPa。

3.2.3 测试周期：如果是自动读数，可以达到每分钟一次，人工读数只能每工况读一次。

3.3 吊杆力测试

3.3.1 测点布置：每个吊杆均为一个测点，共24个测点。

3.3.2 测试方法：吊杆力测试采用环境随机振动法，即将加速度传感器绑轧在吊杆上，通过振动频率判断吊杆力。

由于振动法对于拱桥吊杆这种长度较短的索结构，误差相对较大，本单位一方面采用有限元刚度修正法，另一方面采用现场与千斤顶共同标定法可以解决测试误差，在其他桥梁测试证实，测试精度可达95%以上。

3.4 温度测试

温度测试采用两种方法，其一是测试主梁结构温度，在混凝土内埋设温度测点，位置同应变计测点；其二测试气温，在桥面和箱拱内放置温度计。测量精度控制在0.5℃以内。