桥梁施工监控的必要性和目的

葛海燕

(黑龙江省水利四处工程有限责任公司，黑龙江牡丹江157000)

1 工程概况

郁江主桥跨度布置为:(36+96+228+96+36)m，全长492 m。本桥为双索面斜拉钢桁连续梁桥，主梁为下承式钢桁梁，斜拉索采用平行钢束体系，锚固于主桁上弦节点，全桥为半漂浮体系，281～286号墩顶设有竖向支座，主塔与主梁间采用纵向阻尼约束体系，设置纵向阻尼器。斜拉桥主梁为钢桁梁，三角形桁架，两片主桁，桁间距15 m，桁高14 m，节间长度12 m。下弦平面采用正交异性钢板的整体道碴桥面结构，钢桥面板与带整体节点的主桁下弦杆通长连接，共同承受主桁内力。主塔塔高为102.5 m，其中桁梁以上塔高49.5 m，桁梁以下塔高40 m，采用 C50钢筋混凝土结构，每边设置8对拉索，主塔基础为20根Φ2.5 m的钻孔桩，283#、284#主墩位于河水中。

2 施工监控的必要性

桥梁施工监控不仅是桥梁施工技术的重要组成部分，也是确保桥梁施工宏观质量控制的关键及桥梁建设的安全保证，它在施工过程中起着安全预警、施工指导以及优化施工方案的作用。

桥梁在施工(安装)过程中结构体系将随施工阶段不同而变化，现场施工荷载状况、外界环境条件也是不断变化的，结构内力也随之发生变化。而结构的实际内力值与设计的理论内力值之间及结构的实际变位值与设计变位值也存在差异，使得实际桥梁在施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致，造成实际状态与设计状态不一致的主要因素有:

1)设计时设计参数的取值不可能与实际结构一致，比如结构自重、截面尺寸、混凝土弹性模量、施工荷载、索力和预应力等均是具有随机性的几何和物理常数，与设计值相比将或多或少地有所变化;

2)环境因素诸如温度、湿度的影响;

3)施工误差的影响;

4)结构计算模型简化和计算误差的影响;

5)量测误差的影响。

上述这些因素的影响在设计阶段一般没有也无法完全考虑和计及，只有在施工过程中根据结构的实际反应予以考虑，并需要在施工过程中对内力及变位进行监测监控，及时掌握结构实际状态，对施工步骤及控制条件作出调整，防止施工中的误差积累，保证成桥线形与结构安全。若不在施工过程中实施有效的控制，就有可能由于误差的积累致使成桥后结构的整体受力状态及线形严重偏离设计目标而影响结构的可靠性。因此，开展本项目的工作将具有重要的意义。

斜拉桥是高次超静定结构，每个节点位置的变化都会使施工线形偏离设计值，导致结构内力重新分配，使成桥内力偏离设计值。钢桁梁、索塔和拉索之间刚度相差十分悬殊，受拉索垂度、温度变化、风力、日照的影响、施工临时荷载等复杂因素干扰，使力与变形关系变得十分复杂，施工中虽可以采用多种计算方法，算出各施工阶段或步骤的索力和相应的梁体变形，但根据理论计算所给出的索力、线形指导施工时，构的实际变形却未必能达到预期效果。斜拉桥在施工中表现出来的这种理论与实际的偏差具有累积性，如不及时加以有效控制和调整，随着钢桁梁悬臂施工长度增加，钢桁梁标高最终会显著偏离设计目标，造成合龙困难，影响成桥的内力和线形。

本项目将以南广高铁郁江双线特大桥为控制对象，对其施工过程中结构的受力和变形进行有效的监测和控制，通过施工过程的数据采集和优化控制，从而为该桥的成功、顺利修建提供卓有成效的技术支持，为该桥的顺利投入运营和长期监控提供可靠的依据。

2.2 施工监控的目的

通过施工现场的结构测试，跟踪计算分析及成桥状态预测，得出合理的反馈控制措施，为施工过程决策提供技术依据，也为结构行为控制提供理论数据。

1)确保大桥施工过程结构的安全，实现钢桁梁高精度合龙。验证施工工序的可行性，在保证结构安全的基础上为施工提供更为方便、经济的施工方法。

2)使成桥后结构内力尽量逼近最优状态。

3)使成桥线形尽量逼近设计线形。

2.3 施工监控理念

郁江双线特大桥属于高次超静定结构，是由塔、梁、索三者共同组成的一个平衡体系，任何一方面状态的改变都会影响结构内力分配和主梁线形的变化，且施工中的每个工况的结构体系及荷载条件都不尽相同，结构的内力和变形也随之不断变化。同时由于桥梁结构的实际参数(如材料属性等)与设计值存在一些差异，加上现场施工荷载及环境变化的不确定性，将会使结构的应力状态和线形偏离设计值，这种偏离不仅影响桥梁的合龙，还会危及施工过程中结构的安全。

对于郁江双线特大桥这种结构复杂的大跨度钢桁梁斜拉桥，要实现施工控制的目标，必须实施行之有效的测试手段和控制方法。在该桥的施工控制中我们将采用先进的测试元件与仪器，以保证仪器本身的测试精度，并科学合理的选择测试时间与测试频率，以减少或分离日照和气温对现场测试与控制的影响，同时采用控制系统进行参数估计，并进行施工稳定性评价，使模拟的计算过程逐渐适应该桥的施工状态。通过采取以上测试与控制手段，为施工控制目标的实现提供了强有力的保障。

在郁江双线特大桥施工过程中，桥梁的实际状态与理想状态必然会存在一定的偏差。施工中结构偏离目标的原因涉及的范围极其广泛，包括设计参数误差(如材料特性、截面特性、主塔混凝土徐变系数等)、施工误差(如制造误差、索力张拉误差等)、测量误差、结构分析模型误差等。为了分析并减小这些误差，需要运用现代控制理论，把桥梁施工全过程看作为一个复杂的动态过程，根据结构理想状态、现场实测状态和误差信息状况进行误差分析，并制定可调变量的最佳调整方案，指导施工现场调整作业，使结构施工的实际状态趋于预定理想状态。在此基础上，可根据当前结构状态进行正装计算，预告今后施工可能出现的应力和变形状态及提供下一阶段的施工控制参数(索力、线形值等)。这就是施工控制的两大任务:即结构的前期预报和后期调整。由于每步施工都会引入新的误差，因此前期预报与后期调整是一个不断循环前进和消除内力和线形偏差的过程。

针对郁江双线特大桥的结构及施工特点，我们采用的控制理念将会融合自适应控制和预测控制优点，以使施工偏差最小为目标。根据施工全过程中实际发生的各项影响桥梁应力、变形和索力的参数，结合施工过程中测得的各阶段索力、应力与变形数据，及时分析各施工阶段中实测值与设计预测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进行施工，并确保在全桥建成以后桥梁的内力状态、线形状态与设计尽量相符。

［1］中南大学土木工程检测中心.南广高铁郁江双线特大桥施工监控方案［R］.长沙:中南大学土木工程检测中心，2009.