赤峰市银河大桥施工监控

王洪涛

(辽宁省交通科学研究院有限责任公司 沈阳市 110015)

1 工程概况

赤峰市银河大桥为预应力混凝土现浇箱梁结构，桥梁全长295.02m，跨径布置为(2×40)m+(37+17+37)m+(3×40)m，中墩墩位线均与桥梁中心线正交，边墩墩位线与桥梁中心线成80°斜交。桥梁分左、右两幅设置，单幅桥宽21.5m，两幅桥之间中央分隔带宽3m，桥梁横断面全宽46m。在主桥第2联中央分隔带范围内设置桥塔及斜拉索，桥塔呈月亮造型，桥面以上塔高60m。桥梁总体布置如图1。

桥梁上部结构采用预应力混凝土现浇箱梁，梁高2.3m，单幅桥横断面采用单箱多室形式，顶板宽21.5m，底板宽16.87m。

主桥中墩采用曲线形柱式墩，单幅桥横桥向共设置两个墩柱，柱顶设置横系梁。墩柱下设置哑铃形承台，承台高2.5m，承台下设置直径1.8m钻孔灌注桩基础，每个墩位下共设置4根。

主塔塔高60m，立面轮廓由两个圆曲线组成，内弧半径26.67m，外弧半径30m。主塔为带凸面的矩形截面，凸面向外。横桥向塔脚宽2.8m，塔顶宽2m，中间范围横桥向宽呈线性过渡。主塔桥面以上采用钢结构，断面为单箱多室结构，塔脚采用混凝土结构，在桥面以上约20m长度范围内设置钢混过渡段。主塔塔脚为混凝土薄壁空心结构。

该桥斜拉索分为主塔内侧拉索和外侧拉索，外侧拉索布置在桥塔外侧，其上端锚固于主塔吊耳上，下端锚固于主梁下吊点上；内侧拉索布置于桥塔曲线内弧，上、下均锚固于主塔上，通过锚固位置及角度的变化，将拉索编织成有序的网状结构，来平衡外拉索传来的拉力。

主塔钢结构构件在工厂加工制作共分十七分段，各分段构件施工顺序参数见表1。

表1 现场吊装顺序及相关参数表

2 施工监控内容

施工控制的目的就是根据实际现场获取的参数和数据，对桥梁结构进行实时误差分析和结构验算；对每一施工阶段，根据分析验算结果给出结构应力及变形等施工控制参数，分析并调整施工误差状态，建立预警体系对施工状态进行安全评价和控制，保证桥梁结构的受力和变形始终处在安全合理的范围内，成桥后的结构内力和线形符合设计要求。

2.1 施工监控工作内容

(1)在主塔制作时提供无应力制造线形及节段尺寸。

(2)各施工阶段下主梁及主塔轴线偏位及变形情况。

(3)提供无应力状态下的内、外斜拉索的长度。

(4)提供索力初始张拉值及各施工阶段的调整索力值及索力变化值。

(5)各施工阶段下主梁及主塔各控制截面的应力或应变。

(6)各施工阶段下主墩沉降值。

(7)成桥状态各控制截面的应力、索力、主梁及塔柱的变位。

(8)施工过程中各阶段的监控仿真计算。

2.2 施工监控内容

具体施工监控内容主要包括：温度及风力监测、线形监测、应力监测、墩台沉降观测、混凝土裂缝观测、索力监测。

(1)温度监测

温度监测：温度变化，特别是日照温差的变化，对于斜拉桥这种超静定结构内力和变形的影响是复杂的。在施工阶段，日照温差对主塔变形和主梁挠度的影响尤其显著。为了解气温和桥梁各部位温度对各项测量的影响，各项测量进行时均进行气温和桥梁各部位温度的测量。

(2)风力监测

利用手持式风速计对现场风力情况进行全程监测，测点位置为第3、4孔跨中桥面位置，共2个测点，掌握风力变化对桥塔应力及变形的影响。

(3)线形监测

线形监测主要包括主塔、主梁线形监测等内容。

①主塔线形监测

监测点布置：在主塔钢结构每个预制节段上、下游侧面的焊缝位置附近以及塔顶位置，各设置2个线形监测点，用以监测主塔在各施工阶段各方向变位，具体布置形式见图2。

②主梁轴线偏位、标高监测

监测点布置：主梁线形监测点标记宜采用Φ20mm钢筋，埋置在预定测点上，钢筋露出外面部分需要磨圆处理，标记样式见图3。

(4)应力监测

应力测试截面一般选择结构模型计算的控制截面确定，原则上包括以下几个方面：主梁成桥状态下的最大正、负弯矩截面，主塔及其塔脚的应力控制截面以及从设计角度考虑的其他控制截面。

①主塔应力监测

主塔应力监测，主要监测以下部位：主塔钢结构各焊缝位置、主塔最大弯拉应力截面(该截面通过有限元软件计算得到)、主塔钢混过渡段、主塔拉索索力较大区。

②主梁应力监测

主梁应力监测主要包括：跨中正弯矩应力处、主梁负弯矩应力处、外拉索下定位点处应力。

(5)索力监测

斜拉索索力的大小直接影响结构线形及结构内力，本次监控采用间接法—频率法进行索力测试。

3 施工监控方法

为了对施工监控过程结构线形、内力及应力的分析和控制，采用有限元软件Midas/Civil建模分析并对施工过程进行模拟。赤峰市银河大桥施工过程模拟分析主要采用正装计算法，根据实际的施工顺序进行有限元模拟分析，这种方法可以将整个桥梁的施工按时间顺序进行真实的模拟，从而得到较为准确的各阶段施工内力和线形数据，进而指导每一步施工。模型中主塔钢结构、钢混过渡段、主梁等采用梁单元模拟，斜拉索采用桁架单元，共划分810个单元，节点962个，有限元模型如图4所示。

该桥采用自适应与反馈结合的控制方法，当现场监控得到的受力状态与理论计算模型不符时，此时分析原因并调整计算模型参数，使理论计算结果与监测结果一致，得到修正后的计算模型，重新计算各施工阶段的理论状态，经过几个工况的反复辨识后，就得到与实际结构相符的计算模型，从而更好地对施工过程进行监控。

4 施工监控结果

4.1 线形监控结果

(1)主塔线形监测结果

在施工监控过程中，主塔线形均控制在相应监控指令要求的范围内，实测值与设计值吻合较好，在成桥阶段，主塔偏位值控制在5.5～26.8mm，小于控制目标30mm的要求，成桥阶段线形监测结果见表2(限于篇幅限制，只给出部分结果)。

表2 成桥阶段线形监测结果

(2)主梁线形监测结果

主梁高程测量时采用水准仪，主梁轴线偏位测量时采用全站仪及棱镜。根据实测结果，该桥成桥后桥面实测高程与设计高程的最大偏差为12mm，小于15mm的要求。主梁轴线偏位最大为7mm。

4.2 应力监测结果

(1)主塔应力监测结果

在桥梁施工监控过程中，各制作段间焊缝应力均小于相应的计算值，成桥阶段各焊缝处应力见图5、图6，钢混结合段处应力见表3。从图5、图6及表3可以看出，主塔钢结构各焊缝处应力及钢混结合段处应力均小于理论计算值。

(2)主梁应力结果

预应力混凝土箱梁(以左幅为例)成桥状态应力见图7，拉索下吊点应力见图8。从图7、图8可以看出，成桥状态箱梁梁底应力小于设计值，拉索下吊点应力小于设计值。

(3)斜拉索索力测试结果

在满足设计文件要求的前提下，考虑斜拉索的垂度及索弹性伸长量等因素计算得到拉索的无应力索长，在拉索安装完成后，对拉索初张拉及成桥索力进行监控，成桥状态下索力结果见图9、图10。

从图9、图10看到，根据现场实测索力，成桥索力的实测值与设计值符合良好，索力的误差控制在5%以内。

5 结语

银河大桥在各个施工阶段中结构的变形和受力始终处于安全合理的范围内。成桥后，桥面实测高程与设计高程的最大偏差为12mm，小于15mm的要求，主梁轴线偏位最大为7mm。索塔结构的累计变形为26.8mm，满足小于30mm的要求，成桥索力的实测值与理论值的误差控制在10%的容许范围之内。该桥监控结果良好。