公路桥梁项目钢箱梁顶推施工监控技术探讨

白超

摘要 顶推施工技术具有机械设备简单、施工占地少、交通影响小、安全性高等优点，在公路桥梁工程建设中应用较为广泛。但由于顶推施工时，桥梁结构力学状态变化较大，必须通过科学手段对其内力状态实施监测，以有效指导顶推作业。基于此，文章针对钢箱梁施工监控技术进行综合探究，论述了顶推施工监控基本原则、系统组成，分析了弯、坡桥顶推施工的关键监测方法，总结了钢箱梁顶推施工监控技术要点，以期能有效提升顶推施工监控技术水平，保证公路桥梁建设顺利完成。

关键词 公路桥梁；钢箱梁；顶推施工；监控技术

中图分类号 U445.462文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0129-03

0 引言

科技水平的不断进步，有效推动了公路桥梁建设的发展。顶推施工技术作为钢箱梁施工的重要技术手段，能显著提升桥梁施工安全性、高效性，保证桥梁施工质量。钢箱梁顶推施工时，为确保桥梁线形及力学性能满足设计要求，应加强结构变形及受力监测，全面了解钢箱梁实际受力情况，以便及时采取有效措施，控制结构变形及受力情况处于理想状态，保证桥梁施工质量[1]。为此，该文针对钢箱梁施工监控技术展开综合探究，具有重要意义。

1 顶推施工监控基本原则

施工监控的主要目的在于确保设计成桥状态的合理性，钢箱梁顶推施工时，应采取力学状态与结构线形双重控制标准，其中，以结构线形为主要控制标准，以受力控制作为辅助。

（1）受力要求。钢箱梁应力与临时墩支座反力直接反映结构受力状态，实际施工时，应对二者实施严格控制，确保处于标准范围内，以有效确保结构安全。

（2）线形要求。线形具体包括高程、轴线位置两个方面，顶推施工中应严格控制，确保箱梁安装到位后，顶面高程、轴线偏差均符合设计要求[2]。

2 钢箱梁顶推施工监控系统组成

为有效确保钢箱梁顶推施工的顺利开展，应制定科学有效的控制流程。如某互通立交顶推施工，利用结构分析明确各环节施工控制目标，并落实执行，全面识别并收集相关技术指标，对各环节结构变形、受力情况及主梁位置偏差实施误差分析，不断优化动态控制模型，并实时下达监控命令，直至桥梁建成后受力及线形满足标准要求[3-4]。详细监控流程如图1所示。

3 弯、坡桥顶推施工的关键监控方法

3.1 顶推施工监控的难点

顶推施工时，桥梁结构始终处于运动状态，钢箱梁受力形式实时发生变化，为全面掌控钢箱梁受力情况，保证梁体顶推安全，加强过程监控十分必要，但由于結构体系不断移动，给施工监控工作带来较大困难，例如监测设备的安装、相关数据信息的获取及结构变形检测等十分不便。

3.2 钢箱梁应力监测仪器的选择

钢箱梁顶推过程中，结构某一点的应力为监控重点，是整个顶推过程中的警示系统，应在主梁重要部位设置监测设备，并在顶推时实时获取监测数据，实施比较分析。现阶段，普通桥梁建设过程中应力监控及力学试验检测采用的检测设备主要是有线应变计。

钢箱梁顶推施工时，采用有线应变计实施应力监测，其监测数据获取难度较大。如：某互通立交顶推作业时，其监控设施使用JM3840无线应变检测系统。该系统是利用无线应变仪完成相关数据信息的传输，将BDI应变计设置于主梁重要部位，通过数据线连接应变计与应变仪，应变仪发生信号，并利用天线接收地面信号，然后将信号信息传输至数据处理系统。BDI应变计具有较高耐高温性能，能够应用于温度较高条件下的施工监测。利用无线应变监测系统可科学弥补有线应变计存在的不足，此监测系统对于钢箱梁顶推施工应力监测尤为适用[5]。

3.3 弯、坡桥顶推过程中的变形监测

3.3.1 坡桥顶推过程中的变形监测难点

钢箱梁结构变形是最重要的监测指标，实际施工时，应对梁体变形实施科学监测，从而全面了解主梁受力特征，确保梁体结构安全。

图2所示为坡桥顶推测点标高变化情况，其中“状态一”为梁体未顶推时的状态，“状态三”为顶推完成后，梁体结构产生挠度变形的状态，“状态二”则为理想状态，主要是将钢箱梁看成刚性结构体系，顶推后结构保持不变的状态。通过图2能够看出，相同测点处标高变化为H=Δh+h，式中Δh表示因坡度导致测点位置标高降低，h则表示施工监控的挠度值。因此，坡桥顶推施工时钢箱梁变形监测，所测得标高数据并非实际变形量，需去除纵向坡度引起的变高降低值。

通常状况下，在对测点标高实施测量时，将塔尺设置于梁体上方，然后采用水准仪直接进行测量，其测量结果较为准确。而对于坡度较大的桥梁顶推施工，时常存在仪器架设困难的情况。如：某互通立交D匝道钢箱梁顶推施工时，由于梁体位置较高，周边无法找到合适的仪器架设位置，从而造成标高控制无法采用水准仪进行测量[6]。

3.3.2 弯、坡桥顶推过程中的变形监测方法

针对上述坡桥顶推施工时下挠难以监测，水准仪无法架设的情形，应科学制定监测方案。主要方法如下：利用全站仪代替水准仪进行检测，测点标高无法直接使用，变去掉纵坡引起的降低值，即h＝H?Δh。同时，利用全站仪能够测得测点坐标值，通过坐标换算得出变形监测相关数据。

为便于测点坐标换算，构建如图3所示坐标系：以原点作为圆心，以初始检测位置处的水平投影作为x轴，并以垂直于x轴方向为y轴。其计算流程如下：

圆心坐标为x0，y0；测点初读数为xc，yc，zc；测点实测值为xs，ys，zs；H=zc?zs测点总的高差；x1=xs?x0，y1=ys?y0；，rs——实测时的半径；x2=xc?y0，y2=yc?y0；，rc——初测时的半径；，，α——坐标系的转换角；，——局部坐标系下的实测值y坐标；，β——顶推移动节段的圆心角；ρ=sin?1sinβ，ρ——顶推移动节段的圆心角；l=ρ×rs，l——顶推移动节段的弧长；rs——测点半径；Δh=1×i；h＝H?Δh；h——挠度值；i——纵坡坡度。

上述运算流程较为简便，为确保梁体顶推施工时能够及时得到相关数据，需提前将上述运算流程录入Excel、Wps等相关处理软件中，同时将圆心坐标、测点位置初始检测坐标、纵坡坡度等相关指标录入处理系统，以便顶推施工时实时检测测点坐标，并录入处理系统，从而能够直接获得监控需要的测点挠度值。并且，通过以上运算已获得的测点半径，然后将测点的理论半径r录入上述处理系统，便可得到钢箱梁横向位移a=rs?r。因此，利用上述处理系统，并根据现场实际测得的坐标，能够及时、准确地得到梁体测点位置的挠度变化值及横向位移。此弯、坡桥顶推施工时钢箱梁变形监测方式相对简便，且具有较强的适用性，针对顶推施工过程中所有水准仪无法应用的情形，均可采用坐标换算及编程来实现。

4 钢箱梁顶推施工监控技术要点

4.1 钢箱梁变形量和横向偏移量的监测

采用上述分析得出的弯、坡桥顶推施工钢箱梁变形及横向位移监测方法，能够较为简便、高效地实现对钢箱梁变形及位移的监测。技术要点如下：

（1）钢箱梁测点布置：结合施工区域内实际情况，综合考虑高度、距离等各方面因素，选择合适位置设置固定的高程及横向位移监测点，并利用规格为60 mm×

60 mm的莱卡反光片进行标注。监测点布设时应尽可能地确保通视，当无法通视时，应适当平移监测点，并测出平移距离，以此为初始偏差输入处理系统，其监测点布置形式如图4～5所示。

（2）测试工况：在桥梁顶推施工的各个阶段，对钢箱梁监测点坐标值实施测量。当其中任一阶段顶推完成后，对所有监测点实施复测。并将实测值与理论值实施对比，同时实施纠偏处理。

4.2 钢箱梁应力应变监测

钢箱梁顶推施工时，梁体结构受力状态与其位置情况均处于不断变化之中，并且随梁体的逐渐推进，应力变化更加显著，因此若监测过程中产生受力异常状况，应立即暂停顶推施工，全面排查并分析异常原因，从而采取科学手段实施处治。

（1）测试方法：采用JM3840无线应变监测系统，并配备BDI应变计。

（2）測点布置：该桥梁工程钢箱梁应力应变监测断面依次选择距离梁体前端截面15 m（与首次顶推作业最大悬臂长度相对应）与23 m（与第二、第三次顶推作业最大悬臂长度相对应）位置设置应变计。监测点均匀布设于梁体纵隔板和边腹板位置的上下表面。其应变监控界面与测点布设情况如图6～7所示。

5 结论

综上所述，该文论述了顶推施工监控基本原则和系统组成，并依托工程实践，全面探究了钢箱梁顶推施工监控方法及难点，针对钢箱梁顶推施工中普通应力检测设备监测困难的情况，提出了采用无线应力监测系统的方法，有效解决了上述问题。并结合实际工程应用，证实了无线应力监测系统的可行性。此外，将其他施工经验总结如下：

（1）结合坡桥钢箱梁顶推施工的基本特征，分析了其变形监控的难点：钢箱梁挠度难以直接测量，水准仪架设困难，从而提出采用全站仪测量监测点顶推前的初始坐标及顶推时的空间坐标，并将相关数据提前录入数据处理系统，利用坐标换算得到钢箱梁挠度值及横向位移；同时，针对顶推施工过程中所有水准仪无法应用的情形，均可采用坐标换算及编程来实现，并列出了坐标换算的具体流程，为后续相关人员提供借鉴。

（2）钢箱梁顶推施工监控技术主要内容：钢箱梁变形量及横向位移监测过程中，监测点布设时应结合施工区域内实际情况，综合考虑高度、距离等各方面因素，选择合适位置设置固定的高程及横向位移监测点，采用全站仪观测监控的方案；钢箱梁应力的监测，需严格按结构体关键截面、现场工况进行科学的测点布置，采用JM3840无线应变监测系统，并配备BDI应变计进行应力数据的采集和分析。

参考文献

[1]李敏. 公路桥梁工程中钢箱梁顶推的施工技术[J]. 建筑技术开发， 2022（16）： 137-139.

[2]陈春强. 桥梁钢箱梁顶推施工技术控制措施分析[J]. 中国设备工程， 2022（6）： 215-216.

[3]晏文兰， 李国珍. 公路桥梁钢箱梁顶推施工技术[J]. 运输经理世界， 2020（4）： 116-118.

[4]璩社群. 论公路桥梁钢箱梁顶推施工与质量控制原则[C]//《建筑科技与管理》组委会. 2020年9月建筑科技与管理学术交流会论文集， 2020： 68-69.

[5]陈示光. 桥梁工程钢箱梁顶推施工技术[C]//《施工技术》杂志社， 亚太建设科技信息研究院有限公司. 2021年全国工程建设行业施工技术交流会论文集（下册）. 《施工技术（中英文）》编辑部， 2021： 141-144.

[6]杨楠. 公路桥梁钢箱梁顶推施工质量控制探讨[J]. 四川水泥， 2021（2）： 253-254.