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1、淮安大桥塔梁同步施工的监控技术摘要：福州淮安大桥采用了塔梁同步施工的新工艺，本文介绍了施工过程施工方法、监控原理和取得的成果，并对塔梁同步施工的关键技术进行阐述。关键词：斜拉桥 关键控制技术 塔梁同步1 概述改革开放以来，随着我国经济的迅速发展和科学技术的不断提高，我国桥梁的施工技术也得到了迅速的发展，尤其是斜拉索桥梁施工技术的快速发展，既要保证桥梁的施工质量与安全，也要关注施工的进度问题，因此，面对未来交通的建设要求，合理优化斜拉桥施工工业，提高施工进度和施工技术水平，同时改进和提高施工监控技术具有更为积极的意义。这里介绍的是福州市淮安大桥，其采用了国内较少使用的塔梁同步施工的新工艺，在福建
2、省桥梁施工中尚属首次，在国内也罕见。福州淮安大桥起自闽侯荆溪镇永丰村，向西南依次跨越甘洪路、闽江、规划建设的上下店路延伸段淮安头规划环岛路，止于淮安侧三环线主线落地点，是三环路重点控制性工程，同时也是福州三环路全线的闭合段工程。大桥总长640m，主塔高115m，桥面宽40m，设双向八车道和人行非机动车道，孔径布置为（45+67）m+416m+（67+45）m。边跨采用混凝土箱型加筋梁，分AB、C两节段现浇施工；中跨采用扁平钢箱加筋梁，共35榀，南北岸8榀在拼装平台上拼装，其余在桥面吊机拼装，钢砼结合面位于中跨侧主塔中心线10m处；下部结构采用钻孔桩承台基础。为双塔双索面钢砼混合斜拉桥，人行道两
3、侧安装不锈钢栏杆，其中外侧高1.2米，内侧高0.8米。大桥在闽江南北两岸，各修建了一个主塔桥墩，两座主塔均为A形塔，各高115米，主塔上下主墩为3.1米6.1米。两个主墩之间设置4道横撑，每道横撑采用两根直径为1.2米的钢管。主塔为A性塔，塔高115m，塔顶高度为+125m，承台顶高程置于地面以下，高程为+10.0m，主塔轮廓顺桥方向为一竖直等宽矩形，自上而下氛围上、中、下塔柱。塔柱外侧边线在承台顶的距离为46.834m。主塔混凝土采用C50。图1-1 淮安大桥主桥段总体布置图图1-2 主梁结构横剖面图图1-3 索塔一般构造图2 施工监控目的在工程建设项目管理中，施工过程质量管理是重要的关键环
4、节。施工过程质量管理的目的在于，用合理的成本，按规定的工期、规定的质量等级，以施工图纸和国家相关的施工规范为准则，建造符合质量要求的建筑产品。从建筑施工宏观上讲，施工监控包括图纸会审、施工技术交底、对原材料及半成品的质量监控、分部分项工程严格按规定施工、关键部位和薄弱环节的施工等方面。而路桥工程中的斜拉桥的设计与施工相关性很强，受许多因素所制约和影响，其中包括所采用的施工方法、材料性能、环境温度场、立模标高以及斜拉索的张拉索力等都直接影响成桥的实际线形与受力。桥梁监控的主要内容包括成桥理想状态确定，理想施工状态确定和施工实施控制分析。成桥理想状态是指在恒载作用下，结构达到设计线形和理想受力状态
5、；施工理想状态以成桥理想状态为初始条件，按实际施工相逆的步骤，逐步拆去每一个施工项对结构的影响，从而确定结构在施工各阶段的状态参数，一般由倒退分析法确定；施工适时控制是在施工时，根据施工理想状态，按一定的准则调整，通过对影响结构变形和内力主要设计参数的识别进行修正，使结构性能、内力达到目标状态。施工控制的主要目的就是结合实际的施工过程，通过参数识别与修正，使得理论计算值与实测值尽可能吻合，得以用理论值指导施工，对施工过程进行严密的监测，并采取切实可行的方法对施工过程进行调控，再由最后的最优控制，结合实际观测值，得出最优调整方案，最终完成整个控制过程。确保施工过程中结构的安全并让各指标满足设计规
6、范的要求。因为斜拉桥采用塔梁同步施工技术在国内比较罕见，因此要确保施工期间结构安全，并能保证在成桥竣工时主梁线形、索塔偏位、混凝土应力及墩柱沉降等各项指标均满足设计规范的要求，就要对预应力混凝土斜拉桥施工监控方法作更深的研究，采取前进分析、倒退分析、误差分析等更有效的方法对斜拉桥参数进行识别与修正，进行更精确的有限元建模与理论计算分析，对施工过程进行更精准的调控。3 施工监控的原理施工监控的原理可以用图2-1表示。施工调控施工监测数据对比分析参数识别参数修正理论计算参数输入图2-1 施工监控原理图3.1参数输入斜拉桥施工监控的参数包括混凝土的比重、混凝土的弹性模量、斜拉索的弹性模量、钢材的比重
7、、钢材的弹性模量、混凝土的热膨胀系数、钢材的热膨胀系数。其中混凝土的比重、斜拉索的弹性模量、混凝土的热膨胀系数及钢材的热膨胀系数是主要的，而混凝土的比重是最核心的参数。对于斜拉桥施工监控，这些参数取的是其名义值，即只要求参数值的组合能使得理论计算数据与施工实测数据很好地吻合。如混凝土的比重，其中包含混凝土密实度的影响、模板膨胀的影响及结构尺寸施工误差的影响等因素。最初进行结构离散有限元建模时输入的参数取设计参数，后面则根据实测数据与理论计算数据的对比分析，对参数作识别与修正，将修正后的参数重新输入，进行下一轮的理论计算，争取实测数据与理论计算的数据之间的误差最小。3.2理论计算按照施工监控的要
8、求，参照将斜拉桥结构进行离散建立有限元模型，并根据实际的施工过程和监测需要划分施工过程，将斜拉桥的相关参数输入进行仿真计算。从开始计算到现在一共进行了3次模型和参数的识别与调整。模型的调整主要是对挂篮的模拟方法和因应施工过程的改变。现在理论计算值与实测值已经吻合的很好，斜拉索第三次张拉到设计值时，实测标高与理论计算的标高差值一般不大于5mm。3.3施工调控将理论计算得到的数据以施工控制指令的形式下发用以指导施工，再从施工过程反馈调整计算参数。由于有限元建模计算与实际结构及环境之间必然存在差异，所以在将理论计算数据应用到实际的施工过程中时需要对施工过程进行调控。3.4施工监测斜拉桥施工监控过程中
9、需要监测的项目包括主梁的线形（标高和轴线）、斜拉索拉力、索塔的偏位、索塔控制截面的应力、主梁控制截面的应力、墩柱的沉降。3.5数据对比分析数据对比分析是斜拉桥施工监控的核心工作。将每一工况的实测的数据与理论计算的数据对比分析，将不同工况的实测数据对比分析。根据比较分析的结果对参数进行识别与修正，并对施工过程进行调控。对比挂篮前移定位阶段的实测数据与理论计算数据可以分析判断挂篮的自重、桥梁结构特别是挂篮结构的模拟的准确性；对比第一次和第二次张拉斜拉索阶段的实测数据与理论计算数据可以分析判断挂篮的刚度、混凝土梁的刚度、斜拉索的弹性模量及混凝土的比重取值的准确性；对比浇筑混凝土阶段的实测数据与理论计
10、算数据可以分析判断斜拉桥施工监控的核心参数混凝土比重的取值是否准确；对比体系转换阶段的实测数据与理论计算数据可以分析判断混凝土弹性模量、斜拉索弹性模量及施工阶段的调控措施是否准确。不同工况下数据的横向对比及纵向对比可以分析判断桥梁整体结构模拟的准确性、施工调控措施的有效性、监控成果的优良性及结构的安全性。3.6参数识别与修正根据理论试算和数据对比分析的结果对斜拉桥施工监控的参数进行识别与修正。首先通过理论试算找出对斜拉桥结构响应影响明显的参数。一般对预应力混凝土斜拉桥结构响应影响最明显的参数是混凝土的比重，变化量为0.05就会对主桥的线形和索力产生很大的影响。而其它参数的影响则相对要小的多。如
11、斜拉索的弹性模量由1.8变为2.1MPa，主梁的线形变化量一般在10mm之内。混凝土弹性模量的改变对主梁线形的影响更小。所以斜拉桥施工监控参数的识别与修正一般只是针对混凝土的比重。混凝土比重的取值既包括混凝土的真实比重，还包括模板的变形影响、主梁高度控制不准确的影响等因素。4 施工监控的方法本项目施工主要监测包括以下内容：1）结构仿真计算：按施工过程对结构进行仿真计算。2）线形监测：包括平面线形监测和挠度（高程）监测、主塔线形监测。3）应力监测：在大桥上部结构（箱梁）的控制界面布置应力量测点。4）索力监测：斜拉索张拉后的每个阶段都要对索力进行严格的监测。5）温度测试：在梁体上布置必要的观测点以
12、获得准确的温度变化规律。4.1线型监控1)主梁挠度观测和墩柱沉降观测均采用建筑变形测量规范（JGJ8-2007）中的二级变形测量精度指标，即：沉降观测点测站高差中误差不大于0.5mm；挠度观测点坐标中误差不大于3.0mm。2)布设3个水准基准点。埋设于基岩或原土层中，如图3-1、3-2所示。经过实地踏勘，有条件时，也可将水准基点设置在坚固的、永久性建筑物上。并布置3个主梁挠度固定观测点(于上部结构合适位置处，需现场勘定)。3)基准网按城市测量规范CJJ8-99中二等水准测量要求进行，采用蔡司DiNi12电子水准仪，视线长度50m，前后视距差1.0m，任一测站上前后视距累积差3.0.相对基准点布
13、置在0号块顶板中心位置。各个施工梁段取前端横断面作为挠度测试断面。每个施工梁段横桥向布置3个测点，测点布置于梁顶面，将元件焊接于梁体钢筋笼上高于桥面混凝土5cm以上，并埋钢管保护。布置形式如图3-3。控制标高取在梁底面。图3-3a 测试断面纵向布置图(单位：m)图3-3b 测点横向布置图(单位：cm)4）测量工况和时间安排对于每节段主梁的测量工况有：挂篮前移后、安装并第一次张拉对应斜拉索后、浇注完节段混凝土后第二天、转移锚固斜拉索后。每次测量时只测最前端的五段主梁的控制点标高。一般每隔五个施工节段回头全部测一次。索力调整前后及合拢后全部测。测量时间一般都安排在20：005：00之间，以排除日照
14、局部温差的影响。图3-4 墩柱沉降观测点布设示意图4.2索力监控在斜拉索的震动频谱图上，各阶频率是等间距的，其间距等于基频f1。在实际测量过程中，可以充分利用这个特性。但只有与缆索振动的频谱特征一致的频谱图，才确认为缆索振动的频谱图。索力的测量同时采用两种方法，在张拉千斤顶的尾部安装压力传感器，在索上绑扎加速度传感器。压力传感器可以准确测得斜拉索的拉力。加速度传感器测得索的振动，通过索力计可以分析得到斜拉索的拉力。因斜拉索两端的固定方式、加速度传感器的绑扎位置、索的垂度及其它白噪声的影响，通过索力计分析得到的索力与实际索力之间有一定误差，所以测量时要以压力传感器的测量值为准来校核索力计和油泵。
15、校核得到的索力计系数在以后的测量过程中要用。对于每节段主梁施工，索力监控的过程包括：每安装及张拉一对斜拉索、浇注1/2主梁节段混凝土测一次、主梁节段混凝土浇筑完后的次日测一次、转移锚固斜拉索时测一次。一般每次只测最前端5对斜拉索索力。每隔五个主梁施工段回头全部测一次。另外在合拢和调整索力后也要回头全部测一次。除浇筑1/2主梁节段混凝土外，其它工况的测量时间都在20：008：00之间进行，以排除局部温差的影响。4.3 混凝土应力监控应力监测是大跨度桥梁施工监测的主要内容之一，是施工过程中的安全预警系统的重要组成部分，是对桥梁实际受力状态进行评判和确保施工安全顺利的主要依据。结构中某点的应力也同其几何位置一样，随着施工段的推进，其值是不断变化的。在施工过程中某一时刻应力值与分析(预测)值是否一致，或是否处于安全范围之内是施工监测关心的问题。因此应对桥梁结构控制截面布设应力测点，以观测在施工过程中控制截面的应力变化及分布情况，保证施工顺利进行以及成桥后结构受力状态满足设计要求。4.5.2主塔应力主塔布置4个应力测试截面，每个截面主塔的每个外角处布置一个，即每个截面布置6个测点，一共布置48个测点。位置详见图3-6。布置钢弦式数码应变计，导线引至桥面，以方便测读。主塔内的应变计要沿所要测量的应力方向布置，不能随结构斜度布置。
