斜拉桥施工控制技术分析

张俊志

（邢台路桥建设总公司，河北邢台 054001）

0 引言

斜拉桥作为可以跨越超长距离的桥梁结构之一，其结构主要由主塔与斜索组成的桥梁结构，虽然其跨越能力与结构性能十分突出，但由于该结构桥梁施工时桥梁的稳定性难以控制，如施工工艺不当极易出现坍塌事故。因此，为保证斜拉桥的安全施工，施工单位应加强对斜拉桥施工控制技术的分析研究。

1 斜拉桥施工控制的目的和任务

（1）斜拉桥是一种高次超静定桥梁结构，在斜拉桥的具体施工中，会由于桥梁结构参数与设计值的差异，以及施工中桥梁荷载的不确定性，导致斜拉桥结构内力和位移的计算结果偏离设计要求。若施工过程中不能及时加以控制和调节，不仅会对斜拉桥的使用性能造成影响，甚至还会危及斜拉桥的使用安全。所以，斜拉桥施工控制技术的主要目的就是保证斜拉桥结构内力、线性与设计要求一致，以保证其使用安全[1]。

（2）斜拉桥施工控制的主要任务是通过计算和施工中的控制办法，对斜拉桥结构的目标状态与实施状态进行调整控制，从而使斜拉桥结构内力、线性与设计要求保持一致。其中，施工中的控制方法必须遵循保证斜拉桥结构施工安全与施工周期的原则，具体的控制手段应与斜拉桥本身的结构特点综合确定，一般根据斜拉桥本身的结构特点，合理确定施工中允许的误差范围，然后在施工中以监控为主，从而完成斜拉桥施工控制的任务，监控的主要项目包括主梁的轴线、标高、索塔的偏差、索力等。

2 斜拉桥施工控制方法

2.1 自适应控制法

（1）在斜拉桥施工过程中，如施工中的混凝土弹性模量、混凝土材料的比重、材料的徐变系数等施工参数与设计要求的施工参数相差较大，容易导致斜拉桥施工后的受力状态与理想的受力状态不符，从而难以满足施工要求。为解决此类问题，施工单位可以采用自适应控制法，该方法主要是由自适应结构的闭环基础以及系统辨识完成，通过自适应控制法的应用，可以有效地控制斜拉桥施工后的受力状态[2]。

（2）自适应控制系统实现控制的主要原理是，先对斜拉桥施工中的施工参数进行计算，若经计算后，斜拉桥结构的受力状态与计算模型的计算结果存在明显出入，此时施工人员将误差参数输入至系统辨识中，经多次辨识后，系统可以实现对计算模型的自动调整，施工人员依据调整后的计算模型，可重新计算并获取斜拉桥理想受力状态下的施工过程，并以此作为根据控制斜拉桥的受力状态。

2.2 开环控制法

开环控制法主要用于结构简单的斜拉桥中，其主要控制原理是通过设计过程估算获得斜拉桥结构的恒载与活载，并依据估算结果计算获取斜拉桥的预拱度。然后在施工过程中依据获取的预拱度开展作业，在施工过程中斜拉桥的预应力、预拱度、构件重量均是单向决定，且桥梁每个主梁的位置、索力均通过分析确定后安装，其安装精度很高，且桥梁的力学结构施工单位可以完全掌握。因此，利用开环控制法施工后的斜拉桥，其结构内力与线性完全可以满足设计要求[3]。

2.3 反馈控制法

斜拉桥在施工过程中，施工单位应注意其施工效果是否符合设计要求，如果发现斜拉桥的施工状态与理想状态出现偏差，此时必须及时采取措施进行调整，否则斜拉桥的结构内力与线性将不断偏离，从而难以满足设计要求，若直接投入使用可能会造成安全事故。针对此类情况，施工单位进行控制时可采取反馈控制法，其主要控制原理是通过对施工中实际出现的偏差进行计算，并与设计的要求值相对比，得到偏差值并实现对偏差的纠正，此类控制法多用于钢斜拉桥施工中，通过反馈控制可及时调整斜拉桥结构的形态、内力、张拉力等，以有效保证斜拉桥的施工精度。

2.4 事后调整控制法

（1）事后调整法控制法主要是在斜拉桥施工过程中以及施工完成后进行，先由施工人员将斜拉桥施工完成，待质量验收时检测其受力状态，若发现如设计要求存在差异，再安排施工人员进行调整控制，返修至斜拉桥的受力状态满足设计要求为止，此方法主要用于部分特殊的斜拉桥结构中。如小型、方便调整的斜拉桥工程[4]。

（2）事后调整控制法从不同时间点来讲可分为2种控制方式。第1种控制主要在斜拉桥每个分项工程完工后，如经检测发现分项工程存在差异，立即安排施工人员进行调整控制，满足要求后再开展下一步施工；第2种控制主要发生在斜拉桥整体施工完成后，此时安排检测人员检查其受力状态，如与设计要求不符，及时进行整改，但此方法实际操作难度大、成本高，且容易发生安全施工。因此，斜拉桥实际施工中多采用第1种方式。

3 影响斜拉桥施工控制的因素

3.1 结构参数

（1）结构参数是斜拉桥施工控制仿真分析中使用的基础数据，若斜拉桥的结构参数准确性存在问题，则斜拉桥的施工控制工作势必受到巨大的影响。虽然在斜拉桥实际控制施工中其用到结构参数与设计要求的结构参数存在差异，但差值在可容许的范围内，因此，其控制工作可以顺利进行。如果差值超出容许范围，则将难以实现斜拉桥的施工控制。常用的斜拉桥结构参数包括材料弹性模量、材料容重、结构截面尺寸、材料热膨胀系数、结构预加应力、索力等6种[5]。

（2）材料弹性模量是通过对斜拉桥混凝土取样，并利用实验室的分析确定其弹性模量的大小，弹性模量的偏差直接影响斜拉桥的垂直度；材料容重是引起斜拉桥结构内力和变形的关键因素，不同的集料、钢筋含量都会对材料的容重造成影响；结构截面是计算结构内力与变形的关键参数，如截面尺寸数据存在误差，势必影响施工控制效果。

（3）材料的热膨胀系数是指材料的膨胀性能，对钢斜拉桥的施工控制具有较大的影响；预加应力是预应力混凝土斜拉桥的关键参数，与主梁受力有很大的关联；索力是直接影响下拉桥结构受力的关键参数，当前斜拉桥施工控制中普遍采用油压表读数控制，但油压表的读数误差较大，难以有效保证索力的准确性[6]。

3.2 材料徐变

斜拉桥施工中不可避免会使用到混凝土材料，而混凝土材料具有收缩、徐变的基本特性，其收缩、徐变的主要影响因素包括混凝土的配合比、周围环境的湿度、养护的龄期、承受荷载的大小等，混凝土收缩、徐变的发生对斜拉桥的施工控制具有一定的影响。在斜拉桥施工控制过程中，混凝土的收缩、徐变量越大则斜拉桥的变形就越大，同时由于斜拉桥属于超静定结构，混凝土的收缩、徐变量增大还会使其结构内部产生内力重分布，从而严重影响斜拉桥施工控制效果[7]。

3.3 温度变化

斜拉桥施工控制过程中，施工单位在不同温度的情况下检测斜拉桥的内力、变形情况，其检测结果势必会存在差异，表明周围环境的温度对斜拉桥施工控制具有一定的影响。如施工控制过程中忽略了对温度的管控，则很难有效地保证斜拉桥的施工质量，针对温度的把控，施工单位在检测斜拉桥内力、变形情况时，固定选取每天早晨为实测采集数据的时间，对温差较大的情况可根据实际温度推迟或提早检测时间，从而保持检测温度恒定，避免温度对斜拉桥施工控制的影响。

3.4 施工因素

3.4.1 施工方案

斜拉桥是一种高次超静定的桥梁结构，其施工时采用的施工方法及桥梁的安装顺序，均与斜拉桥成型后的恒载内力及变形情况相关。在施工阶段斜拉桥的结构体系及荷载状态在不断发生变化，此时其结构内力与线性也在随之变化，若此时贸然改变施工档案，则势必影响斜拉桥整体结构的状态，因此，施工控制过程中要注意施工方案对斜拉桥的影响。

3.4.2 施工误差

（1）梁段误差：斜拉桥梁段的重量是施工控制中的关键参数，如梁段的重量与设计要求相差过多，则斜拉桥施工完成后其性能势必会遭受影响，而在斜拉桥梁体浇筑施工中，采用的模板普遍具有一定的弹性，浇筑时容易发生弹性变形，导致混凝土的实际浇筑量增加，致使梁段的重量增加，从而使梁段的重量出现误差，影响斜拉桥施工控制精度[8]。

（2）临时荷载误差：斜拉桥施工过程中会使用很多的机械工具，如挂篮。在挂篮施工中如果不能对挂篮的大小、位置、加载卸载时间明确规定，则在斜拉桥施工控制过程中就难以对挂篮荷载产生的误差进行有效的误差识别与预测，从而会直接影响施工控制的精度。此外，采用挂篮施工时由于挂篮的刚度还会对施工中的平顺性造成影响，因此，在斜拉桥施工控制过程中要充分重视临时荷载的影响，避免产生较大的误差，影响控制精度。

（3）测量误差：斜拉桥施工中需要先进行测量放样，再开展施工作业，而测量放样的精度对斜拉桥的施工质量具有重大的影响，也会对施工控制的精度产生影响，测量中很多的数据均通过仪器获得，仪器的精确性存在问题，则测量精度就难以保证，从而难以有效地保证斜拉桥的控制精度。

3.4.3 施工监测

斜拉桥施工控制过程中采用的最常规控制手段为施工监测，监测的内容包括桥梁结构的温度、应力变化、变形情况等。在监测过程中很多数据难免会存在误差，这可能是因为采用的检测设备不精准、安装不到位、采集的数据不准确、采集的环境不一致等，而因施工监测中的误差，可能会导致斜拉桥结构中的实际参数发生变化，从而影响施工控制的效果。为避免此类问题，施工单位应安排专业人员负责此项工作，保证检测设备、环境满足要求，从而保证监测质量。

3.4.4 施工管理

（1）斜拉桥施工过程不可避免地需要开展管理工作，合理的施工管理可以有效地保证施工进度、质量，而不合理的施工管理可能会造成施工进度缓慢，如本应在固定时间完成合龙施工的施工段，因管理不到位延误了几个小时，从而导致材料发生徐变问题，最终影响斜拉桥的施工质量。因此，施工管理对斜拉桥施工控制具有很大的影响，针对斜拉桥的施工管理影响大体可分为施工前管理、施工中管理以及施工后管理，其中上述因合龙施工管理不到位，就属于施工中的管理影响。

（2）针对斜拉桥施工前的管理影响而言，在斜拉施工前，施工单位需要做好组织管理工作，没有合理的组织管理，斜拉桥施工人员、流程、方案就无法得以保证，从而导致后续施工难以进行。因此，施工前斜拉桥的管理工作时保证斜拉桥施工质量的基础，若没能做好斜拉桥施工前的管理，则整个施工过程均无法有效地开展，即使可以开展斜拉桥施工，则施工中也会存在人员配置不合理、施工流程出现差错等问题[9]。

（3）对于斜拉桥施工后的施工后管理而言，其主要是针对斜拉桥质量检测及验收阶段的管理，斜拉桥施工完成后必须安排专业的人员对工程质量进行检测，如经检测存在质量问题，必须进行返工处理，在此阶段管理中，管理人员应对质量检测的每个步骤进行监督，同时检查各项检测数据，从而保证整个检测过程的合理性，若在施工后的检测中没能有效开展管理工作，则很可能导致斜拉桥质量检测的数据不准确，一旦经过验收投入运营后，就容易发生质量问题，甚至发生安全事故。

4 结语

斜拉桥的结构体系比其他桥梁更为复杂，在斜拉桥施工过程中其内力和位移变化更为频繁，且施工中很多因素对结构质量的影响十分严重，若施工单位不能采取合理的控制措施，极易导致斜拉桥的运营出现问题。因此，在目前斜拉桥施工控制中，仍存在着许多需要解决的问题，各建设单位只有不断地加强对斜拉桥施工控制技术的研究，才能进一步保证斜拉桥的施工质量，推动我国桥梁工程的进一步发展。