大跨度预应力混凝土斜拉桥施工监控方法及内容

大跨度预应力混凝土斜拉桥施工监控方法及内容
发表时间：2016-04-05T14:40:42.500Z 来源：《基层建设》2015年21期供稿作者：王兴球[导读] 中山市地方公路管理总站大桥合龙精度高，建成后大桥线形优美，成桥线形与设计目标线形吻合一致。

中山市地方公路管理总站
摘要：以大南沙特大斜拉桥为背景，根据斜拉桥的结构特点确定施工控制内容，通过对几何变形、索力、应力和温度的监测确保施工的顺利进行。

关键词：斜拉桥；施工工艺；索力；应力监测；施工控制
Abstract：Using Nansha Xiaolan River cable-stayed bridge as the background，according to the structural characteristics of cable-stayed bridge，based on the supervisory control of geometric deformation，cable force，stress and temperature to insure the construction process.
Keywords：cable-stayed bridge；construction technology；cable force；stress monitoring；construction control 一、工程概况
大南沙特大桥主桥为（90+200+90）m三跨双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥，全长380m。

为单向行驶右幅桥，斜拉索布置在主梁两侧成空间双索面。

桥幅布置为：（1.2m索带）+（0.5m防撞护栏）+（14.5m车行道）+（0.5m防撞护栏）+（1.2m索带）=全桥总宽17.9m。

主梁采用预应力混凝土肋板式结构，主梁纵向按全预应力砼结构设计，横梁按部分预应力砼A类构件设计，桥面板按钢筋砼构件设计。

为确保该施工阶段的安全与质量，必须对其整个施工过程进行有效监测，才能获得理想的测试结果。

二、施工控制
监控过程是与施工一一对应的。

在各施工阶段中，通过各项测试取得反结构态的各种参数，和理论设计值相比较，发现偏离，采取相应措施及时纠偏，防止误差积累，所以监控过程是以理论设计值为基准的维持动态平衡的过程。

其测试内容包括：施工记录，线形测量，索力测量，温度场测量，应力应变测量和高程测量。

下面文章将分别讲述各项测试内容。

三、几何变形监测
几何形态监测的目的主要是获取（识别）已形成的结构的实际几何形态，其内容包括标高、跨长、结构或拉索的安装位置、结构变形或位移等。

它对施工控制、预报非常关键。

目前用于桥梁结构几何形态监测的主要仪器包括水准仪、经纬仪、全站仪等。

通常采用测距精度和测角精度不低于规定值（如±（2mm+2ppm）和±2’’）的全站仪并结合固定高亮度发光体照准目标作为需要全过程动态跟踪监测的三维几何形态参数（如索塔位置、主索鞍位置、主缆索和加劲梁线形、索夹位置等；斜拉桥索塔位置、斜拉索锚固位置、加劲梁平面位置（线形）等；桥梁中轴线线形、连续刚构桥墩位、悬臂施工主梁的平面位置等）的监测手段；采用精密水准仪和全站仪测量等作为一般的标高、变形（位）等的监测手段。

为确保桥梁施工放样和几何控制的精度，施工现场一般都建立有高精度的施工平面和高程控制网。

在上述控制网的基础上，根据结构几何形态参数监测工作的可实现性和现场操作便利性要求，在进行局部控制网优化处理后，便可形成一个形变监测控制网，并以此作为结构几何形态参数监测的控制基准。

形变监测控制网的精度满足设计、规范以及施工控制本身的要求。

可以对监控控制点进行加密其精度确保满足施工监控的要求。

中山大南沙特大桥主梁线形控制实施过程如下：在悬臂施工过程中，通过施工控制计算预测，对各悬臂梁段的施工同步发布立模标高预拱度指令，指示下一阶段主梁预抬高度、做好挂篮变形等的施工测量工作，同步应力测试工作；实时施工误差分折、参数调整等，在整个悬臂浇筑期间，监控组共发布节段立模标高控制指令多份。

经过现场分析，每经过一个节段，都要准确的对建成的模型进行分析和计算模型对照，利用模糊模型预测机制，得出下个节段的理论应该的预拱度。

这一计算工作在桥梁整个施工过程中需要实时调整这些调整既包括各个直接的实时测贵参教也包括根据实侧数据通过反位分析等而得的辨识参数，还要视实际施工情况对计算模型、计算方法及计算内容等做出调整。

四、索力监测
大跨度桥梁采用斜拉桥、悬索桥等缆索承重结构越来越广泛，特别是跨径在500m以上时基本上是斜拉桥、悬索桥一统天下。

斜拉桥的斜拉索、悬索桥主缆索及吊索索力是设计的重要参数，也是施工监控实施中需要监测与调整的施工控制参数之一。

索力量测效果将直接对结构的施工质量和施工状态产生影响。

要在施工过程中比较准确地了解索力实际状态，选择适当的量测方法和仪器，并设法消除现场量测中各种误差因素的影响非常关键。

可供现场索力量测的方法目前主要有以下几种：（1）压力表量测法（2）压力传感器量测法（3）磁通量法（4）光纤光栅法（5）振动频率量测法。

4.1.施工要点
在实施振动频率法量测索力时，由于实际索股的振动是复杂的，即便是采用人工激振的方法也不一定能激发出索股基频的自由振动，而随机环境的激振更使索股产生复合振动，同时索股的刚度、挠度、斜度、温度对测量频率也是有一定的影响，因此，需在随机信号测量与处理技术基础上，对环境随机激振的振动信号进行测量与处理分析，获得被测索股的频率参数，再进行索力的分析计算，并进行数据对比分析，获得不同长度索股的修正系数，然后再进行大量的索力量测。

4.2.索力调整
斜拉桥成桥恒载索力将直接决定其内力分布，索力的合理与否是衡量设计优劣的重要标准之一。

通过斜拉桥索力优化，可以得到合理的成桥索力，称之为设计索力。

然而，设计索力还必须通过施工来实施。

一般情况下，斜拉索是在不同的施工阶段逐根进行张拉安装的。

在每一个施工阶段中，如何确定当前拉索的张拉力，以确保施工完毕时所有斜拉索的索力都达到设计索力，就是确定斜拉索施工张拉力的任务。

确定斜拉桥施工张拉力的方法有：（1）倒退分析法（2）正装迭代法。

五、应力应变监测
结构截面的应力（包括混凝土应力、钢筋应力、钢结构应力等）监测是施工监测的主要内容之一，它是施工过程的安全预警系统，无论是拱桥、梁（刚构）桥，还是斜拉桥和悬索桥，其结构某指定点的应力也同其几何位置一样，随着施工的推进，其值是不断变化的。

在某一时刻的应力值是否与分析（预测）值一致，是否处于安全范围是施工控制关心的问题，解决的办法就是进行监测。

一旦监测发现异常情况，就立即停止施工，查找原因并及时进行处理。

中山大南沙特大桥应力观测的主要内容包括：（1）主梁应力、应变的观测。

（2）主塔应力、应变观测。

为了确保大南沙特大桥在施工过程的结构安全，及时掌握结构的受力状态，结合现场实际情况，拟在主塔设置8个测试断面、混凝土主梁设置11个测试断面，共计19个断面布置应变传感器，以测量主塔及主梁的应变（应力）值。

主梁边跨截面分别为1/4处、1/2处和左边主塔左侧附近，中跨分别为左边主塔右侧附近、1/4处、1/2处、3/4处和右边主塔左侧附近；主塔应力测点布置在下塔柱底部和上塔柱底。

其中因为现时工程状况原因，两个主塔的下塔柱底部和19#桥塔上桥柱底部的应力测试断面使用表面式钢弦式应变传感器，其他应力测试断面均使用埋置式钢弦式应变传感器。

六、温度测试
对于大跨度桥，特别是斜拉桥、悬索桥等，其温度效应是十分明显的。

如斜拉桥斜拉索在温度变化时其长度将相应伸长或缩短，直接影响主梁标高；悬索桥主缆线形及矢高将随温度的改变而变化，索塔也可能因温度变化而发生变位，这些都会对主缆的架设、吊杆下料长度计算确定等产生很大影响；悬臂施工连续刚构（梁）桥标高也将随温度的变化发生上（下）挠。

因此，在大跨度桥梁施工过程中对结构的温度进行监测，寻求合理的立模、架设等时间，修正实测的结构状态的温度效应，对桥梁按目标施工和实施施工监控是十分重要的。

目前，结构温度的测量方法较多，包括辐射测温法、电阻温度计测温法、热电偶测温法等。

每种方法的测量范围、精度和测量仪器的体积及测量繁杂程度都有所不同，通常应选用体积小、附着性好、性能稳定、精度高且可进行长距离传输监测的测温元件。

结语
中山大南沙特大桥上部结构的悬臂浇注施工过程中，通过对主梁关键截面和主塔关键截面应力的监测以及主梁标高、斜拉索索力的复测，及时地掌握了结构的受力和变形状况，保证了大桥的施工质量和结构安全，取得了良好的效果。

大桥合龙精度高，建成后大桥线形优美，成桥线形与设计目标线形吻合一致，为大桥的成功建成和江珠高速公路顺利通车打下良好的基础。

参考文献：
[1]华南理工大学中山大南沙特大桥施工监控项目课题组．中山大南沙特大桥施工控制总结报告．2015
Team of Supervisory Control of Nansha Xiaolan River cable-stayed bridge of South China University of Technology（in Chinese）。