矮塔斜拉桥施工监控技术

李云杰 李长鑫 陈瑜

摘 要：随着我国桥梁施工技术的发展，矮塔斜拉桥以其新颖的桥型被更多的采用。本文依托九江新建快速路一期跨昌九高速矮塔斜拉桥的施工监控，对矮塔斜拉桥的施工控制方法以及施工控制中的计算方面问题进行讨论。斜拉桥通过建立全面的监测系统，采用Midas软件对全桥仿真计算，在实际施工控制过程中，对斜拉桥进行应力、索力、标高的精确复核测量，得到现场实际数据。矮塔斜拉桥的线形、应力、索力控制均达到设计和使用要求，可为以后同类桥型施工监控提供可借鉴的方案。

关键词：矮塔斜拉桥;施工监控;线性监测;索力监测

一、引言

斜拉桥施工做好施工控制才能保证桥梁施工安全进行。矮塔斜拉桥的监控包括索力、线形和应力的监控，施工中必须全面考虑才能顺利完成合龙，和设计成桥状态相符。[1]施工控制需按照合理方法对每一阶段的内力和变形进行预测计算，为施工控制提供参考依据，在使用监测手段在施工过程中跟踪监测采集实际值，提供预测值与实测值比较找出偏差位置和原因，及时调整纠偏，避免发生事故。[2]

二、调控手段

斜拉桥的施工控制通过计算预测、施工复核、分析识别、偏差修正、预测的循环过程。对于矮塔斜拉桥的内力和线形，主要通过调控各施工阶段主梁立模标高和调整张拉索力，以变形和索力控制为主，同时兼顾内力控制。[3]

三、工程施工概述

九江快速路系统（一期）部分斜拉桥主桥桥跨布置为（65+120+65）m双塔矮塔斜拉桥，塔、梁、墩固结体系，采用C55预应力混凝土箱梁结构。主桥主跨跨越既有昌九高速，采用悬臂挂篮现浇施工方法，共设28对斜拉索。桥梁立面布置示意如下图所示。

四、施工监控的内容

施工监控的工作内容如下：①建立桥梁计算模型，根据设计资料和现场实际情况，计算桥梁的理论线形数据和关键截面应力数据;②通过理论计算和实测数据，提供主梁各施工节段的控制标高（预拱度），并对定位标高进行复核;③相应部位安装传感器元件，监测悬臂工过程中主塔、主梁（预应力混凝土箱梁）控制截面上的应力应变;④监测施工过程中各工况下主塔、箱梁各节段的变形和挠度：⑤监测施工过程中桥梁各控制裁面的应力状态及线形状态，对危险施工工况提出预警;⑥施工过程中各工况索力测量;七复核高程控制基准点，全过程线形测量;⑧监测各种施工工况下结构的温度变化;⑨重点部位的裂缝观察。

五、施工监控仿真计算

模型参数和整体說明：全桥主梁分2个T构同时对称悬臂施工，悬臂施工阶段0#块墩顶为固结。先边跨合龙，后中跨合龙。中边跨合龙方式都以挂篮替代吊架的方式合龙，合龙完成后再拆除挂篮。全桥主梁部分54个单元，为梁单。拉索部分索单元28个。墩搭部分为梁单元。整个施工阶段按照施工工序和计算，共划分为52施工阶段。仿真计算软件：Midas/Civil 2018。

六、仿真计算结果

（一）主梁节段施工预拱度

根据悬臂施工的特点，各节段在挂篮前移、浇筑混凝土和预应力张拉过程中，主梁线形一直处于动态变化当中，为使主梁在合龙时能够把合龙误差控制在限定范围内，且使得后期成桥线形满足设计要求，在梁段悬臂浇筑过程中设置一定施工预拱度。[4] 本项目通过计算模型计算的FCM预拱度控制计算见表1。

七、主梁节段施工监控

（一）主梁节段标高立模指令

立模指令中，梁底立模标高=梁底设计标高+挂篮变形预抬值+施工预拱度。

关于挂篮变形预抬值，主要以预压试验结果和梁段挠度变形结合工程经验综合得出。施工预拱度，从设计图纸中成桥预拱度余弦曲线和施工仿真计算的预拱度得出。选择在在早上5：30～7：30，温度相对稳定，箱梁梁端长度随温度变化小时完成挂篮立模标高放样和箱梁挠度变形测量复核。

（二）主梁立模时平面轴线和立模标高的复核

主梁节段立模指令中的立模高程只给出梁端底部的高程，监控复核高程时通过在主梁节点挠度测点预埋的方式为在测点处焊接钢筋头，焊接固定在梁段钢筋上，顶部磨圆露预埋高度高出3cm。每个截面焊接5个（梁顶3个，梁底2个）。

（三）主梁节段挠度监测：主梁挠度监测采用水准仪测量，精度1mm。主梁挠度测点测量时机。

（1）梁段浇筑前（此时梁端承重不仅包括挂蓝前移后重量，而且包括模板钢筋的重量），采集初值;（2）主梁节段浇筑完（桥面新浇凝土强度达到站人条件后，监控单位测量浇筑后梁端挠度）;（3）纵向预应力束张拉完后;（4）斜拉索张拉完后;3.主梁挠度测点测量时间主梁挠度测量时，要避免日照温差影响，通常在早上8：00前进行，并根据日出日落时间随季节变化的规律，适时调整最佳的测量时间。[4]

（四）主梁截面应变和温度测点的布置

拟选用型号为JMZX-215（温度）的埋入式应变计测量主梁截面应变。其量程为±1500με，灵敏度为1με。同时此型号传感器同时也可测量梁体温度，量程为-30℃～150℃，灵敏度为0.5℃。应变和温度传感器的安装在0#块截面端部（0#块与1#块截面交界面），1/4L（6#与7#块交界面）以及1/2L（跨中合龙段中部）布置主梁截面应变计。主梁传感器测点布置9个截面，每个截面5个测点。

八、监控实施成果与结论

本文以九江新建快速路跨昌九高速矮塔斜拉桥为研究对象，采用Midas计算软件对桥梁结构的受力、变形进行仿真计算分析，计算结果成功应用与施工监控。主要结论如下：（1）施工通过科学的测量系统控制标高测量的精确到位。主桥悬臂施工顺利合拢，合拢段最大高差15mm，线形和设计成桥状态相符。（2）斜拉桥索力监测通过传感器测得可靠原始测量数据，经过修正后的索力与设计目标索力值的偏差在允许的范围内，均在规范允许5%范围内，索力控制达到要求。（3）主梁应力监测通过预埋的应力传感器进行测量，监测结果显示，各施工阶段，监测断面的应力均在合理范围之内，确保了桥梁结构的施工安全。

参考文献：

[1]李赞荣（导师：王建华）;长安大学，硕士（专业：桥梁与隧道工程）;矮塔斜拉桥施工监控技术研究，2008。

[2] 王军，郄才富，张自然.预应力砼部分斜拉桥施工监控技术研究[J].兰州铁道学院学报，2002，f6）：73～77。

[3]信丽华，林玉森.矮塔斜拉桥施工监控技术研究.西部探矿工程，2006。

[4]徐君兰.大跨度桥梁施工控制.北京：人民交通出版社，2000。