陈村特大斜拉索桥施工监测控制

陈村特大斜拉索桥施工监测控制

张涛

关键词：斜拉桥、斜拉索、施工监控

1.工程概况

陈村特大桥为广州至高明高速公路广州段内的一座塔梁墩固结体系矮塔斜拉桥，主桥为(120+218+120)m，位于广州市番禺区钟村镇至佛山市顺德区陈村镇一带，上跨陈村水道。

斜拉索在塔顶处采用分丝管鞍座抗滑锚固体系，在主梁处采用拉索群锚锚固体系。索面设置为单索面（双排索），布置在主梁的中央分隔带处,全桥共有68对斜拉索。

图1-1陈村特大桥结构布置（单位：cm）

2.监控目的

通过现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态预测得出合理的反馈控制措施，给施工过程提供决策技术依据，也为结构行为控制提供理论数据，从而正确地指导施工。

3.控制精度和调控原则

3.1控制精度

陈村特大桥各参数控制精度如表所示。

序号监控内容控制精度测量要求1塔柱顶、底中心偏位（mm）10在早晨光线明亮、日照时间不长、风速不大的时间进行2塔柱倾斜度（mm）103主塔锚固点高程（mm）±104斜拉索锚具轴线偏差（mm）±55施工中主梁轴线偏位（mm）5在2时～5时进行测量6施工中主梁立模标高（mm）57施工中主梁标高（mm）±208施工中主梁锚点标高（mm）±109施工完成后裸梁顶标高（mm）3010箱梁合龙前合龙段两侧箱梁相对高差（mm）2011箱梁合龙前合龙段两侧箱梁相对轴线偏差（mm）1012每根斜拉索各股钢绞线的离散误差（kN）±3％13横桥向相同编号斜拉索之间差值（kN）±1％14整索索力偏差（kN）±2％，且不大于50kN15混凝土应力误差（MPa）±15%；±1.5MPa（理论应力<10MPa时）-

3.2调控原则

标高与索力双控。由于主塔不高，塔的刚度较大，拉索与主梁的夹角较小，因此主梁的线形控制以调整挂篮立模高程为主，斜拉索张拉时以索力控制为主。

4.施工监控计算

4.1施工前期监控计算

（1）设计复核计算

为了保证施工监控计算的准确性，起到设计复核的作用，需对主要设计参数进行复核。

（2）合理成桥目标状态复核

在确定最优成桥索力时，应考虑：

①索力分布要尽量均匀。

②恒载状态。

③在恒载作用下，主塔的弯矩不能太大，并适当考虑活载的影响。

④荷载组合作用下，最大、最小应力均需在规范允许地范围内且有一定的安全储备。

⑤成桥状态桥面线形满足设计要求。

（3）施工监控预测计算，提供控制目标理论值

在确定合理的成桥目标状态后，划分详细的施工阶段，进行施工监控预测计算。通过施工监控预测计算可以得到理论施工过程各工况结构应力、内力、变形，将其与设计、规范值对比。

（4）结构参数敏感性分析

结构的关键参数对于结构力学行为的影响进行系统的研究，进而确定合理的施工控制方案，指导制造和安装节段关键制造参数的选取，以及施工过程中的参数识别及误差评定均是有重要意义的。

4.2、节段施工前计算

在节段施工之前，应对节段施工过程中结构的内力和变形进行预测，并作为节段施工过程控制的目标。

①斜拉索无应力下料长度计算

陈村特大桥采用钢绞线斜拉索，索在主塔处采用索鞍穿过形式，每根斜拉索分别锚固在边跨侧和中跨侧对应的索横梁上，并按照先单根后整束张拉的施工工序进行张拉。参照图4-1，斜拉索的下料长度（端到端）：

其中：为单端工作长度，尚应考虑锚索计等预埋件的影响值；为张拉弹性伸长量；为垂度影响的伸长量；、为锚板的厚度，由制造厂家提供，参照相关锚具资料对数据进行校核。

图4.1-1斜拉索下料长度示意

②斜拉索上、下端锚管方向确定

由于斜拉索垂度效应的影响，斜拉索在上、下端锚管位置处的空间角度不能直接按照直线索计算。

③主梁、主塔立模标高基础数据计算

考虑主梁和主塔施工过程中的累计位移值，现场挂篮变形量，施工临时荷载、不同块段重量、人为调整值等。

④斜拉索初始张拉力、张拉后索力、后续调索力计算；

⑤主塔各节段施工完成后的数据计算；

⑥主梁各节段施工完成后的数据计算；

⑦边跨合龙前后结构应力、索力及线形数据计算；

⑧中跨合龙前后结构应力、索力及线形数据计算；

⑨铺装过程结构应力、索力及线形数据计算；

⑩施工过程中调索前后结构应力、索力及线形数据计算。

4.3、节段施工后计算

在节段施工完毕，需要根据实际的测试和测量结果，得出一组消除各种误差因素后结构的实际状态数据，并与预测值进行对比分析，找出差值，对计算模型进行修正。

①对节段施工后反馈的施工信息分析，确定施工误差状态

②结构响应分析评估和结构状态评估

节段施工后根据当前施工状态下的边界、荷载对当前结构进行结构响应分析评估和结构状态评估。

③计算参数的识别与修正

根据节段施工后的各参数测量误差值识别模型中预定的计算参数，对预定的计算参数进行修正，调整计算模型。

④误差分析与调整根据上一节段的施工误差，进行误差分析，根据误差分析结果对下一节段可能存在的施工误差的制定有针对性的调整措施。

⑤实施计算调整控制目标

根据计算参数修正后的计算模型进行实时计算，根据计算结果调整下一块段的控制目标值。

⑥确定施工误差容许度指标和应力预警机制

混凝土应力监测结果平均应力误差小于±15%，当应力水平达到80%材料允许强度（包括拉应力）或超过上述误差范围时应提供预警，以确保大桥的安全施工。

4.4成桥阶段的计算复核

根据实际参数取值，考虑既有施工误差等影响，计算桥梁的成桥状态线形、应力和稳定性，并按照设计规范进行运营状态验算，得出运营阶段荷载组合内力情况，将计算结果与设计成桥内力和线形比较，做出成桥状态分析评估和施工监控成果评价，为桥梁运营阶段的监测养护管理等工作提供初始结构状态。

5.监控主要内容

5.1线形监控

线形监控重点为主塔几何位置和主梁几何位置。主梁施工工序多，工艺复杂，主梁的设计线形、预拱度线形以及斜拉索的张拉吨位和次数均会对主梁结构受力和结构线形造成影响。施工监控充分考虑各种因素的影响，准确的结构分析，并采取合理有效的监控措施确保上述环节控制到位是保证线形的有效对策。对于平面线形控制，应准确计算平面坐标，采用高精度仪器进行放样和控制。

5.2应力监控

应力控制包括主梁、主塔的应力监测，其中斜拉索的应力由索力控制，而主梁和主塔通过设置应力传感器进行应力监测。通过实际监测与理论计算结果进行对比分析，实时把握实际的局部区域应力状况。

5.3施工索力的监控与调整

斜拉桥要经历分阶段施工的过程，结构的荷载在施工过程中逐级加载，每一个施工阶段都可能伴随着结构的变形。因此，要求施工控制理论分析必须准确模拟斜拉索，确定合理的斜拉索初张力及张拉顺序，保证施工过程中主塔柱间受力平衡，并结合理论计算和监测结果进行对比分析，对各阶段斜拉索张拉力进行调整。通过理论分析和现场实测，把握结构变形规律，进行误差分析和识别，准确预测初张力效果，是保证标高与索力双控效果的一个重要措施。

5.4稳定性监控

根据桥梁施工的实际状况，对施工过程中的主要环节进行结构稳定性分析，保证施工过程中的稳定性。计算分析主要包括：箱梁、索塔临时结构（或杆件）稳定性验算；施工中的结构（局部和整体）稳定性验算和控制；影响施工中结构（含临时）稳定的因素分析、监测与控制。此外，并对施工过程中桥面临时荷载进行严密调查和控制，严防主梁在施工过程中不对称荷载导致的扭转失稳。

5.5合龙控制

现场实际调查当地的气温、湿度等状况，考虑混凝土浇筑等影响因素，通过连续观测，包括合龙口的长度、宽度及温度监测，选择气温稳定的时间段作为合龙时机。对合龙方案进行对比分析，充分考虑到合龙前后结构内力变化，采用对主梁受力最有利的合龙方案，分析合龙误差的影响因素，并对温度效应等影响因素进行敏感性分析，确保高精度合龙。

6.施工监控分析报告说明

（1）几何误差分析报告，包括几何误差计算、误差形态分析、误差预测等；

（2）斜拉索索力误差分析报告，包括索力误差计算；

（3）应力测试结果分析报告，包括应力和温度场的测试结果、结构施工安全度评价或安全预警报告；

（4）施工监控建议，包括对总体施工误差和安全状态的评价、对容许施工误差度的调整等内容。

（5）全桥竣工后将对施工监控工作进行总结，提交施工监控的总结报告。

7.结语

施工监控理想目标是主梁标高和斜拉索索长（或索力）同时满足精度要求（即所谓的“双控”），但由于存在主梁重量偏差、施工荷载、材料特性等因素的影响，往往很难同时达到上述两项目标。如何综合考虑这些影响因素，保证现场索力测试时测控精度满足工程要求，确保索力测试的准确、可靠，使主梁、主塔、斜拉索处于合理受力状态，是斜拉桥监控的一个难点。

针对每段实际施工工序及施工监测获取的数据，对桥梁进行实时平差、分析和验算，并根据分析结果及时调整施工监控指令，以确保结构逐段施工符合设计要求。

合龙控制是一个关键工序，合龙精度往往是评价监控工作成败的一个重要指标。合龙过程是一个体系转换的过程、因此要求施工监控考虑各种影响因素，为合龙确定出最佳方案和时机。

实时对监控结果进行整理，按要求以预警报告、月报的形式送达各方。每个主塔、主梁节段施工完毕后、一次索力和线型通测后监控单位对监控结果进行评价并提供报表。工程结束时，提交完整的监控总报告及电子文档。