纜索體系橋梁施工監(jiān)控管理流程探究

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［摘要］纜索體系橋梁施工監(jiān)控工作是確保橋梁安全科學(xué)施工，并保證最終成橋狀態(tài)滿足設(shè)計要求的重要手段。本文以某單索面獨塔斜拉橋為工程背景，結(jié)合該橋復(fù)雜的受力特性制定并詳細(xì)闡述了施工監(jiān)控工作的內(nèi)容，指明了施工監(jiān)控結(jié)構(gòu)計算工作的具體方法和流程，并根據(jù)該橋的實際管理效果提出了適用于同類纜索體系橋梁的施工監(jiān)控工作管理流程，此流程可有效規(guī)范該類型橋梁的施工監(jiān)控工作，提高工作效率。

［關(guān)鍵詞］纜索體系橋梁;單索面獨塔斜拉橋;施工監(jiān)控;管理流程

0引言

隨著交通運輸量的發(fā)展，以及城市橋梁景觀要求的提高，造型美觀、跨越能力出眾的纜索體系橋梁得到了越來越多人的青睞。纜索體系橋梁與傳統(tǒng)的梁橋相比，涉及到纜索張拉、體系轉(zhuǎn)換等復(fù)雜的施工工藝，同時為了保證成橋狀態(tài)符合設(shè)計要求，其施工過程的精度控制要求也更高［1］。因此橋梁施工監(jiān)控工作成為確保纜索體系橋梁的最終成橋狀態(tài)是否符合設(shè)計要求以及橋梁的施工質(zhì)量及耐久性的重要保證措施。橋梁施工監(jiān)控最早源于日本，以往的橋梁施工技術(shù)中并未突出施工監(jiān)控的內(nèi)容，主要是由于過去橋梁一般跨徑不大、結(jié)構(gòu)體系簡單，影響因素較小，施工控制對結(jié)構(gòu)最終施工質(zhì)量的影響不明顯，導(dǎo)致人們忽視了施工監(jiān)控的重要性。而對于纜索體系橋梁，由于其體系復(fù)雜，施工控制不力會對橋梁最終的質(zhì)量產(chǎn)生不可逆的影響［2－4］。隨著纜索體系橋梁施工的發(fā)展及需求的更新，施工控制從原來的施工單位、業(yè)主單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位等傳統(tǒng)四大參建方的行為逐漸衍生出了專門進(jìn)行施工過程控制的施工監(jiān)控單位這一新的參建方。然而現(xiàn)行規(guī)范對施工監(jiān)控單位的權(quán)責(zé)并沒有明確的規(guī)定，導(dǎo)致在監(jiān)控單位履行義務(wù)時常發(fā)生權(quán)責(zé)不清的情況［5］?；诖?，本文以某曲線單索面獨塔斜拉橋為工程背景，較為詳細(xì)地闡述了此類纜索體系橋梁施工監(jiān)控的主要內(nèi)容及管理流程，為其他同類纜索體系橋梁的施工監(jiān)控管理體系提供借鑒作用。

1工程概況

某80m跨徑曲面單索面獨塔斜拉橋，標(biāo)準(zhǔn)橋梁寬度為6．0m，具體布置為1．5m(景觀帶)+0．15m(欄桿)+4．2m(慢行道)+0．15m(欄桿)=6．0m，人群荷載:5．0kpa。橋面鋪裝采用防水層+5mm水性聚合物陶瓷顆粒。上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼箱型，主梁高為0．9m，結(jié)構(gòu)材料為Q355C鋼;主塔采用變截面鋼箱梁，結(jié)構(gòu)材料為Q420D鋼。下部結(jié)構(gòu)采用承臺肋式橋臺，鋼結(jié)構(gòu)橋墩，橋墩嵌在混凝土承臺中，承臺材料采用C30混凝土。橋梁結(jié)構(gòu)布置圖及主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1圖2所示。本橋施工工序如下:(1)3#橋臺預(yù)埋、基礎(chǔ)混凝土澆筑;主塔塔基施工;1#、2#橋墩基礎(chǔ)混凝土澆筑。(2)設(shè)置梁體吊裝支撐架，橋體吊裝。(3)塔體支撐架吊裝，塔體吊裝。(4)安裝并張拉斜拉索。(5)橋面系及附屬工程施工。

2施工監(jiān)控的必要性

本工程主橋結(jié)構(gòu)為獨塔單索面鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為80m，為結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜的纜索體系高次超靜定結(jié)構(gòu)，設(shè)計對纜索體系橋梁的索力、線形都有較嚴(yán)的要求。對于斜拉橋來說，對應(yīng)這種多種索力分布，在設(shè)計階段，設(shè)計人員在多種索力分布中找出一個主梁及主塔內(nèi)力最為合理的索力分布作為成橋索力。施工過程中如何通過合理的張拉方案及施工順序?qū)崿F(xiàn)設(shè)計的成橋狀態(tài)是斜拉橋施工中的重難點。本工程項目作為無背索獨塔下拉橋斜拉橋，主塔和主梁均為鋼箱結(jié)構(gòu)，剛度較小，微小的索力偏差就會引起主塔及主梁較大的變形，索塔梁的非線性效應(yīng)明顯。同時，拉索、主塔以及主梁剛度相差懸殊，拉索受溫度、垂度等多方面因素的影響。而主梁及主塔的線形又與施工臨時荷載有著密切的聯(lián)系。因此施工監(jiān)控工作首先要通過施工過程模擬計算出各施工階段對應(yīng)的索力、梁體及主塔變化。在施工過程中及時根據(jù)實測索力、線形及各項實測參數(shù)對理論模型進(jìn)行修正，形成與實際狀況更為接近的理論模型，并基于此模型指導(dǎo)施工。因此對于工程背景獨塔斜拉橋來說，施工過程的監(jiān)測和控制是保證橋梁最終成橋狀態(tài)達(dá)到設(shè)計要求的重要手段。施工監(jiān)控具體工作及目的包括:(1)通過精細(xì)化仿真分析，對設(shè)計成橋目標(biāo)進(jìn)行復(fù)核，并根據(jù)確定的成橋目標(biāo)計算施工各階段的理論目標(biāo)，并制定合理的調(diào)整措施，保證結(jié)構(gòu)成橋合理線形;(2)在施工過程中，對橋梁各施工階段的線型內(nèi)力及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，通過實測值與計算值的對比判斷施工過程結(jié)構(gòu)是否安全、以及現(xiàn)階段狀態(tài)是否符合設(shè)計要求;(3)當(dāng)出現(xiàn)較大誤差或參數(shù)發(fā)生變化時，及時對施工誤差進(jìn)行分析判斷，對斜拉橋張拉力及張拉次數(shù)、主塔和加勁梁安裝標(biāo)高等予以調(diào)整和控制，保證橋梁各部件的內(nèi)力線型等在各施工階段處于安全范圍內(nèi)，并對后續(xù)施工方案提出調(diào)整建議，從而保證成橋時結(jié)構(gòu)盡可能接近理想設(shè)計狀態(tài)，同時也確保施工期間主要構(gòu)件結(jié)構(gòu)安全，保障施工質(zhì)量與工期。

3施工監(jiān)控工作內(nèi)容

基于上文所述的施工監(jiān)控的必要性，要求施工監(jiān)控單位首先需要通過精細(xì)的施工過程模擬確認(rèn)各個施工工序的結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力控制值。并基于計算結(jié)果實際指導(dǎo)施工，并在施工過程中通過分析實際線形及內(nèi)力的變化不斷修正計算模型，使得最終的成橋狀態(tài)滿足設(shè)計要求。因此工程背景橋梁的施工控制工作可以分為計算分析工作和現(xiàn)場測試工作兩大方面。

3．1計算分析工作

對于斜拉橋來說，同樣的成橋線型會有多種索力分布方式，設(shè)計單位在橋梁設(shè)計時會提出成橋線型對應(yīng)的成橋索力，施工監(jiān)控單位首先通過計算對設(shè)計成橋索力進(jìn)行校核，驗證是否是最優(yōu)索力，是否可以通過合理的施工工序予以實現(xiàn)。如監(jiān)控單位通過計算對成橋索力有不同看法，需要與設(shè)計單位充分溝通，對成橋索力進(jìn)行再一次確認(rèn)。在確認(rèn)了成橋狀態(tài)后，監(jiān)控單位需基于確認(rèn)的成橋狀態(tài)進(jìn)行施工過程計算，通過施工過程計算確認(rèn)主梁的架設(shè)線型，主塔的架設(shè)線型、斜拉索的無應(yīng)力長度、斜拉索的張拉順序等關(guān)鍵參數(shù)指導(dǎo)施工，具體計算流程如圖3所示。這些計算結(jié)果由監(jiān)控單位出具，需經(jīng)過設(shè)計單位及監(jiān)理單位復(fù)核后方可指導(dǎo)施工。在完成以上計算工作的同時，監(jiān)控單位還必須根據(jù)施工過程中實測主塔及主梁架設(shè)數(shù)據(jù)對計算模型進(jìn)行不斷地修正，在符合施工誤差精度控制要求的基礎(chǔ)上對施工參數(shù)進(jìn)行修正。

3．2現(xiàn)場測試工作

施工監(jiān)控單位不但需要通過計算及時出具上文所屬的施工監(jiān)控參數(shù)指導(dǎo)施工，還必須通過現(xiàn)場測試對施工過程進(jìn)行必要的現(xiàn)場監(jiān)測，主要工作如下:(1)主梁線形監(jiān)測主梁線形監(jiān)測包括主梁標(biāo)高、主梁軸線。測試頻率:(a)主梁預(yù)制階段工廠線形測試;(b)主梁架設(shè)階段線形測試;(c)斜拉索張拉階段主梁線形測試;(d)主梁支架拆除階段主梁線形測試;(e)二期恒載鋪設(shè)階段主梁線形測試。(2)塔頂水平位移監(jiān)測在主塔施工完成后的整個施工過程中，進(jìn)行主塔位移監(jiān)測。考慮到本項目主塔為空間塔，索塔塔柱布設(shè)2個塔頂位移觀測點。同時在塔柱安裝2個傾角計實時監(jiān)測主塔在各施工階段傾角變化。測試頻率:(a)主塔架設(shè)過程中主塔水平位移監(jiān)測;(b)斜拉索張拉階段，不同張拉過程中主塔水平位移變化監(jiān)測;(c)主梁支架拆除階段主塔水平位移變化;(d)二期恒載鋪設(shè)階段主塔水平位移變化。(3)索塔應(yīng)力監(jiān)測在索塔塔柱底部截面、塔梁固結(jié)處以及其他可能出現(xiàn)較大應(yīng)力的截面埋設(shè)傳感器，觀測索塔施工至關(guān)鍵部位、架設(shè)斜拉索等關(guān)鍵工況的應(yīng)力，特別是在斜拉索張拉過程中，主塔會受到不平衡水平力的作用，特別需要通過應(yīng)力應(yīng)變測點對此過程主塔的內(nèi)力變化進(jìn)行實時監(jiān)控。應(yīng)力采用弦式應(yīng)變計測試。測試頻率:(a)主塔架設(shè)過程中主塔應(yīng)力監(jiān)測;(b)斜拉索張拉階段，不同張拉過程中主塔應(yīng)力監(jiān)測;(c)主梁支架拆除階段主塔應(yīng)力監(jiān)測;(d)橋面板鋪設(shè)階段主塔應(yīng)力監(jiān)測;(e)二期恒載鋪設(shè)階段主塔應(yīng)力監(jiān)測。(4)主梁應(yīng)力監(jiān)測在斜拉索張拉過程中又涉及到主梁的體系轉(zhuǎn)化，因此要關(guān)注主梁在復(fù)雜施工過程中的內(nèi)力變化，在主梁選取每段斜拉索與主梁交界處、支點等重點測試斷面進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測。測試頻率:(a)主梁施工階段，主梁的內(nèi)力監(jiān)測;(b)斜拉索張拉階段，不同張拉過程中主梁內(nèi)力監(jiān)測;(c)主梁支架拆除階段主梁內(nèi)力監(jiān)測;(d)二期恒載鋪設(shè)階段主梁內(nèi)力監(jiān)測。(5)索力監(jiān)測斜拉索張拉力直接影響主梁的內(nèi)力和線形，在施工控制中，必須確保斜拉索測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。斜拉索采用錨索計及頻率法相結(jié)合的測試方法。測試頻率:每個拉索張拉后測定張拉同側(cè)所有拉索的索力監(jiān)測張拉過程索力變化，并定期對所有拉索索力進(jìn)行測定。(6)主梁梁端位移監(jiān)測施工過程及成橋時對梁端的縱向位移進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，對伸縮縫構(gòu)造進(jìn)行修正。主梁梁端位移采用拉線位移傳感器觀測，在主梁兩側(cè)梁端各設(shè)置兩個橫向位移測點和縱向位移測點。測試頻率:主梁架設(shè)完成后，在斜拉索張拉，二期恒載施工階段均對梁端位移測點進(jìn)行監(jiān)測。(7)溫度場監(jiān)測測試索塔內(nèi)、外，主梁內(nèi)、外及拉索大氣溫度，測定溫度分布隨時間和橋梁位置的變化規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測溫度對結(jié)構(gòu)撓度的影響。同時在各控制工況下測試溫度場，根據(jù)實測溫度場計算溫度對結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的影響，從而進(jìn)行溫度修正及材料的線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)系數(shù)進(jìn)行測試。

4施工監(jiān)控工作管理流程

為保證施工監(jiān)控工作的順利進(jìn)行，及時、準(zhǔn)確地按照監(jiān)控組提出的監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行施工，并將實施結(jié)果反饋給監(jiān)控單位進(jìn)行誤差分析，必須建立一個完善的施工監(jiān)控管理流程。工程背景橋梁的施工監(jiān)控管理流程如圖4所示。跟施工監(jiān)控工作相關(guān)的單位主要包括建設(shè)單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位幾個主要參建單位。施工監(jiān)控單位主要承擔(dān)施工過程的技術(shù)咨詢以及對施工單位部分現(xiàn)場定位和測試的復(fù)核工作。因此施工監(jiān)控工作由建設(shè)單位委托對施工監(jiān)控工作的推進(jìn)更為有利。施工監(jiān)控推進(jìn)過程中施工監(jiān)控單位需要提供的資料分為三大類，其中第一類為施工監(jiān)控大綱、聯(lián)系單、簡報、以及施工監(jiān)控總報告等資料，主要用于宏觀指導(dǎo)施工，一般由施工監(jiān)控單位直接上報建設(shè)單位，由建設(shè)單位根據(jù)實際項目需求抄送給各參建單位。第二類為成橋狀態(tài)，施工過程計算書，以及施工各階段主梁架設(shè)線形等需要通過計算確認(rèn)的施工指令性文件，此類結(jié)果需要監(jiān)控單位與設(shè)計單位通過獨立計算互相校核后傳遞給建設(shè)單位抄送給監(jiān)理單位，由監(jiān)理單位發(fā)放至施工單位，監(jiān)理單位和施工單位對這類文件有異議也可直接反饋至監(jiān)控單位。第三類資料為監(jiān)控單位通過現(xiàn)場復(fù)核數(shù)據(jù)后，得到的線形或工序的復(fù)核結(jié)果，如復(fù)核后發(fā)現(xiàn)結(jié)果不符合要求，可不通過建設(shè)單位直接通知監(jiān)理單位要求施工單位調(diào)整，直到此工序結(jié)束后將工作結(jié)果形成簡報匯報給業(yè)主。對于斜拉橋、懸索橋這類纜索體系橋梁將施工監(jiān)控工作根據(jù)工作性質(zhì)分為三類進(jìn)行不同的流程管理，可以更為高效地推進(jìn)施工監(jiān)控工作，避免不必要的冗繁程序，更為高效地為項目的推進(jìn)服務(wù)。

5結(jié)語

纜索體系橋梁施工監(jiān)控工作是確保橋梁安全科學(xué)施工，并保證最終的成橋狀態(tài)滿足設(shè)計要求的重要手段。本文以某單索面獨塔斜拉橋為工程背景，闡述了該橋的施工監(jiān)控工作及施工監(jiān)控管理流程，得出以下結(jié)論:(1)纜索體系橋梁施工監(jiān)控工作主要可以分為計算分析工作和現(xiàn)場復(fù)核測量兩類，且要重點關(guān)注各施工階段主梁、主塔線形變化及拉索索力的變化，并及時用實測數(shù)據(jù)修正施工過程計算模型，以便更為準(zhǔn)確地指導(dǎo)施工。(2)為了便于施工監(jiān)控工作的開展，施工監(jiān)控工作宜由建設(shè)單位委托。(3)纜索體系橋梁施工監(jiān)控工作可根據(jù)工作性質(zhì)不同分為三大類，且不同的工作類別可按不同的管理流程來推進(jìn)，更有利于施工監(jiān)控工作的開展。

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作者:張樹妹 單位:福州市城鄉(xiāng)建總集團(tuán)有限公司