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施工，并保證最終成橋狀態(tài)滿足設計要求的重要手段。本文以某單索面獨塔斜拉橋為工程背景，結合該橋復雜的受力特性制定并詳細闡述了施工監(jiān)控工作的內(nèi)容，指明了施工監(jiān)控結構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、體系轉換等復雜的施工工藝，同時為了保證成橋狀態(tài)符合設計要求，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、結構體系簡單，影響因素較小，施工控制對結構最終施工質(zhì)量的影響不明顯，導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)控單位的權責并沒有明確的規(guī)定，導致在監(jiān)控單位履行義務時常發(fā)生權責不清的情況［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，標準橋梁寬度為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。上部結構主梁采用鋼箱型，主梁高為0．9m，結構材料為Q355C鋼;主塔采用變截面鋼箱梁，結構材料為Q420D鋼。下部結構采用承臺肋式橋臺，鋼結構橋墩，橋墩嵌在混凝土承臺中，承臺材料采用C30混凝土。橋梁結構布置圖及主梁標準橫斷面如圖1圖2所示。本橋施工工序如下:(1)3#橋臺預埋、基礎混凝土澆筑;主塔塔基施工;1#、2#橋墩基礎混凝土澆筑。(2)設置梁體吊裝支撐架，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
本工程主橋結構為獨塔單索面鋼箱梁斜拉橋，跨徑布置為80m，為結構體系復雜的纜索體系高次超靜定結構，設計對纜索體系橋梁的索力、線形都有較嚴的要求。對于斜拉橋來說，對應這種多種索力分布，在設計階段，設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實現(xiàn)設計的成橋狀態(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構，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)達到設計要求的重要手段。施工監(jiān)控具體工作及目的包括:(1)通過精細化仿真分析，對設計成橋目標進行復核，并根據(jù)確定的成橋目標計算施工各階段的理論目標，并制定合理的調(diào)整措施，保證結構成橋合理線形;(2)在施工過程中，對橋梁各施工階段的線型內(nèi)力及相關參數(shù)進行監(jiān)測，通過實測值與計算值的對比判斷施工過程結構是否安全、以及現(xiàn)階段狀態(tài)是否符合設計要求;(3)當出現(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，從而保證成橋時結構盡可能接近理想設計狀態(tài)，同時也確保施工期間主要構件結構安全，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的施工過程模擬確認各個施工工序的結構線形及內(nèi)力控制值。并基于計算結果實際指導施工，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，設計單位在橋梁設計時會提出成橋線型對應的成橋索力，施工監(jiān)控單位首先通過計算對設計成橋索力進行校核，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，需要與設計單位充分溝通，對成橋索力進行再一次確認。在確認了成橋狀態(tài)后，監(jiān)控單位需基于確認的成橋狀態(tài)進行施工過程計算，通過施工過程計算確認主梁的架設線型，主塔的架設線型、斜拉索的無應力長度、斜拉索的張拉順序等關鍵參數(shù)指導施工，具體計算流程如圖3所示。這些計算結果由監(jiān)控單位出具，需經(jīng)過設計單位及監(jiān)理單位復核后方可指導施工。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數(shù)據(jù)對計算模型進行不斷地修正，在符合施工誤差精度控制要求的基礎上對施工參數(shù)進行修正。
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)指導施工，還必須通過現(xiàn)場測試對施工過程進行必要的現(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)測包括主梁標高、主梁軸線。測試頻率:(a)主梁預制階段工廠線形測試;(b)主梁架設階段線形測試;(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，進行主塔位移監(jiān)測?？紤]到本項目主塔為空間塔，索塔塔柱布設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)二期恒載鋪設階段主塔水平位移變化。(3)索塔應力監(jiān)測在索塔塔柱底部截面、塔梁固結處以及其他可能出現(xiàn)較大應力的截面埋設傳感器，觀測索塔施工至關鍵部位、架設斜拉索等關鍵工況的應力，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，特別需要通過應力應變測點對此過程主塔的內(nèi)力變化進行實時監(jiān)控。應力采用弦式應變計測試。測試頻率:(a)主塔架設過程中主塔應力監(jiān)測;(b)斜拉索張拉階段，不同張拉過程中主塔應力監(jiān)測;(c)主梁支架拆除階段主塔應力監(jiān)測;(d)橋面板鋪設階段主塔應力監(jiān)測;(e)二期恒載鋪設階段主塔應力監(jiān)測。(4)主梁應力監(jiān)測在斜拉索張拉過程中又涉及到主梁的體系轉化，因此要關注主梁在復雜施工過程中的內(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行應變監(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果的準確性。斜拉索采用錨索計及頻率法相結合的測試方法。測試頻率:每個拉索張拉后測定張拉同側所有拉索的索力監(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行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果，對伸縮縫構造進行修正。主梁梁端位移采用拉線位移傳感器觀測，在主梁兩側梁端各設置兩個橫向位移測點和縱向位移測點。測試頻率:主梁架設完成后，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，進而預測溫度對結構撓度的影響。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構變形和內(nèi)力的影響，從而進行溫度修正及材料的線膨脹系數(shù)和熱導系數(shù)進行測試。
4施工監(jiān)控工作管理流程
為保證施工監(jiān)控工作的順利進行，及時、準確地按照監(jiān)控組提出的監(jiān)控數(shù)據(jù)進行施工，并將實施結果反饋給監(jiān)控單位進行誤差分析，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)控工作相關的單位主要包括建設單位、施工單位、監(jiān)理單位、設計單位幾個主要參建單位。施工監(jiān)控單位主要承擔施工過程的技術咨詢以及對施工單位部分現(xiàn)場定位和測試的復核工作。因此施工監(jiān)控工作由建設單位委托對施工監(jiān)控工作的推進更為有利。施工監(jiān)控推進過程中施工監(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，主要用于宏觀指導施工，一般由施工監(jiān)控單位直接上報建設單位，由建設單位根據(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線形等需要通過計算確認的施工指令性文件，此類結果需要監(jiān)控單位與設計單位通過獨立計算互相校核后傳遞給建設單位抄送給監(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)場復核數(shù)據(jù)后，得到的線形或工序的復核結果，如復核后發(fā)現(xiàn)結果不符合要求，可不通過建設單位直接通知監(jiān)理單位要求施工單位調(diào)整，直到此工序結束后將工作結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)分為三類進行不同的流程管理，可以更為高效地推進施工監(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服務。
5結語
纜索體系橋梁施工監(jiān)控工作是確保橋梁安全科學施工，并保證最終的成橋狀態(tài)滿足設計要求的重要手段。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)場復核測量兩類，且要重點關注各施工階段主梁、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，以便更為準確地指導施工。(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，更有利于施工監(jiān)控工作的開展。
參考文獻
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作者:張樹妹 單位:福州市城鄉(xiāng)建總集團有限公司