浅谈三跨飞燕式异形钢拱桥的施工监控、监测

一、概述

章江大桥属赣州市重点工程，是一座集城市交通和城市景观功能于一体的城市主干道桥梁。为确保章江大桥的施工安全和施工质量，发挥指导施工和调整有关设计参数的作用，直接配合现场施工，必须高度重视该桥的施工监测、监控工作，确保该结构施工的安全可靠。

二、监控的目的、基本思路和方法

（一）施工监控的目的

1.验证施工是否符合设计要求或处在安全范围内。

2.为施工提供可靠的数据，指导施工工艺。

3.识别结构的实际状态和参数，掌握环境作用对结构的影响规律，结合施工监控计算，指导系杆及吊杆的张拉等。

4.施工监测结果还可以作为桥梁施工质量和技术水平评定的主要依据。

（二）监控的基本思路和方法

监控一方面是保证各施工阶段的安全、可靠和施工质量；另一方面是结合测试分析和模拟计算，对施工过程中结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序。监控的基本过程和思路为：

1.收集设计、施工文件，对施工全过程进行模拟计算，得出各主要阶段的变形和应力状态数据，并作成数据或图形文件存放。

2.会同设计、监理和施工单位优化施工监控方案，报送业主审查。

3.监控前准备工作：材料、设备购置、仪器标定、传感器的安装、测试系统调试。

4.监测：监测包括两个方面：一是对施工过程中的关键工序进行实时跟踪监测，确保关键施工的安全、可靠和施工质量；二是阶段性状态监测，当施工到某一相对稳定的状态时，测试结构的线型、变位、应力状态和动力特性。

5.监控：对比施工模拟计算和阶段性监测的实测值，分析偏差原因，利用模型段的实测参数和动力特性的测试分析参数，并考虑环境作用的影响，对下一步施工的结构变形和应力状态进行预测，确定下一阶段的调整量。其基本思路和方法如图1所示：

图1 监控计算分析原理图

三、监控的项目、方法

（一）监测监控目标

施工监控的目的就是通过控制计算和现场监测等手段对拱肋、吊杆内力和变形，桥面系的标高进行计算分析和预测，并实施有效地监测，为施工提供施工控制信息，以保证整个结构在施工过程的安全并达到设计线形。施工监控的内容包括施工控制计算和施工监测。

1.施工控制目标。将可以直接量测的拱肋线形和应力定为控制目标，即：空钢管拱肋控制轴线=制造轴线 （拱轴线+预制曲线）-空钢管无铰拱自重挠度曲线；空钢管两铰拱自重作用下的应力 （或符合设计要求），两者以线形控制为主，应力控制为辅。

2.控制计算主要内容。（1）空钢管节段安装至合拢、卸架过程各阶段内力、应力、挠度及安装标高计算（包括温度影响）；（2）灌注管内混凝土过程各阶段内力、应力、挠度计算（包括温度影响）；（3）钢管混凝土拱肋和吊杆在安装桥面铺装等各阶段内力、应力、挠度及轴线偏位计算（包括温度影响）；（4）空钢管在最大悬臂状态及两铰拱状态时横向风力影响和稳定性计算；（5）不同施工阶段系杆张拉索力的确定；（6）体系形成过程需要的其他计算。

为确保桥梁施工的安全和拱肋线型、合龙内力状态偏离设计目标不超过允许范围，不致影响结构在施工及运营阶段的安全度，以及为积累资料、推动我国桥梁技术不断向前发展，对施工全过程进行严密的监测和严格的控制非常必要。

大桥施工监测及监控是保证施工安全和施工质量的重要手段。同时亦为同类桥梁的设计、施工积累经验，提供科学依据，为桥梁长期使用建立必要的技术档案。

（二）监测监控项目

1.根据大桥初步的施工方法，施工全过程重点监测如下几个大方面的内容：（1）线形监测：包括控制网和水准点的复核：各阶须安装标高和拱肋的测量；扣塔顶的偏移测量；大气温度对拱轴、系杆及吊杆弯形影响测量。（2）应力测试：主要是对拱肋的拱脚、L/8、2L/8、3L/8、拱顶截面进行应力测试。贴片位置在节间的中部，拱脚附近应增加节点处的帖片。鉴于应力测试的不稳定性，测试应注意：起始初度数必须可靠和准确；设法排除温度影响，可采用各阶段应变增量的方法。（3）吊杆、系杆内力监测：一般采用脉动频率仪对吊杆及系杆各阶段张力进行量测，也可采用设计同意的其他方法，关键是保证测量方法的正确性和测量精度。（4）监测主墩全过程的变位情况；观测拱肋全过程的X、Y、Z方向的变位情况；监测拱肋特征断面的上下缘应力；测量系杆张拉的摩阻力及系杆跨中钢绞线应力状态。

2.综合钢管拱的制造，具体讲拟对该桥的施工过程进行以下方面的检测：（1）中跨、次中跨拱肋分段吊装时拱脚及各节段拼接处标高测量；（2）中跨、次中跨拱肋合龙后拱脚截面，L/4截面及拱顶截面的应力和各节段拼接处标高测量；（3）中跨、次中跨拱肋灌注混凝土后各控制截面的应力及线型测量；（4）中跨、次中跨拱肋架设的各阶段温度测量；（5）各架设阶段内力和线型的监控计算；（6）工地焊接质量复检；（7）结构体系温度场测量；（8）钢管内填充混凝土密实度测定；（9）桥面板铺装后，各控制截面应力和挠度测量。

（三）监测监控方法

对上述项目的监测监控，可归结为通过对结构内力和应力、线型、温度场等测试以及无损检测，了解结构在施工各个阶段的受力特性、温度场情况、线型以及施工质量，从而对结构构件在施工过程中的性能及安全做到心中有数，并通过与计算结果或设计状态的比较，发现偏差，找出产生偏差的原因并采取切实可行的措施纠偏，以达到对结构在施工各阶段的有效控制，确保桥梁施工的安全，确保施工的质量，并为同类桥梁的设计、施工积累经验。

1.拱肋线型、应力。（1）拱肋线型对其受力有重大影响，过大的偏差会严重降低结构的安全度，尤其是稳定安全度。线型测量采用全站仪或电子经纬仪进行。首先于拼装前预先在拱肋节段上做标记，在拼装及合龙阶段监测并调整拱肋线型，使其与设计目标的偏差不超过允许值。合龙结束及支架拆除后，测量裸拱的线型。（2）各阶段各截面应力测量的基本方法是电测法（电阻应变测量），但有的荷载阶段持续时间长，用电阻应变测量方法仪器的零点漂移和环境变化对测量结果影响较大，需配以手持式应变测量方法，此方法基本上是一种机械式测量方法，即拱肋应力测量采用电测与手持应变仪相结合的方法进行。在钢管拱脚、L/8、L/4、3L/8截面，合龙段钢拱肋中间截面（L/2）设应变计测点。其中，拱脚、L/4、L/2截面加设手持应变仪测点。对应力变化较大而时间较短的过程，用电测法可快速测得拱肋应力，达到适时监测结构施工应力的目的，并为调整扣索张拉力提供依据。在合龙阶段，通过拱肋应力与线型双重测量，优化合龙状态，保证拱肋受力合理。（3）在泵送混凝土过程、拱上施工加载时，监测拱肋应力。应力测点还可用于成桥静动载试验。（4）拱肋支架反力测量，支反力的准确与否直接影响拱肋线型及内力状态。支架反力可以采用频率法测量。拆除支架时按同样的方法进行监测。（5）钢管拱内混凝土的应力测量用钢弦式应变进行测量。

2.线型变化测量。由于本桥的施工方法是分段吊装，每一段的实际标高与设计值有出入，而此值与下一段的标高又有直接关系。因此，每段吊装前后都应当对线型进行测量，使其精度满足误差要求。测量的方法是用全站仪对每段的端点进行三向坐标测量。

3.结构温度及温度场测量。温度对拱结构的线型及内力影响较大，每个工序的控制无一不受温度影响，均须考虑温度变化及温度场物分布而对控制目标进行修正，包括合龙状态的调整。（1）在钢拱肋上布置温度测点，采用定温计与埋设温敏元件相结合的方法进行。拱肋选取L/8、3L/8截面。（2）温度场的变化对钢管拱面内、外的位移变化都有直接影响，超静定部分的内力也受温度的影响。因此应该测量每个架设阶段温度场的变化。温度测量是在钢管拱外表粘贴感温元件，用数字式测温仪测量。

4.焊缝检查。工地焊接条件差，焊接质量不易保证，尤其是对接焊缝。焊接缺陷会严重降低结构强度，尤其是受拉区的疲劳强度。

钢管拱对接焊缝的质量非常重要，它关系到施工安全和工程的成败，必须认真对待，所以要求施工焊工艺按一类焊缝（设计要求）进行，并严格遵守图纸要求，对于接焊接头，所有焊缝均要进行超声波检查，并抽取总数量不少于5%的焊缝用X射线拍片检查。

5.监控计算。在吊装过程中，根据各阶段的实际结构，材料参数和临时设施的位置和重量，用专用监控程序计算每个吊装段的端点标高和控制截面的受力状态，与实际监测结果对比，调整和修改吊装指令，指导施工，保证桥梁结构及人民生命财产的安全。

计算程序可自动考虑温度场的变化，材料和结构的非线型影响。把主拱肋考虑为曲梁单元，程序可随施工阶段自动计算。

（四）监测监控的组织管理

施工监测监控工作量很大，专业性较强，资料、数据处理量很大。为了能对各工序进行及时有效的控制决策，这就要求随时提供处理后的数据，从而指导施工。为达到此目的，将充分利用我局现代管理手段，采用专用管理软件、建立施工监测监控组织，做到管理的科学化、专业化，以确保监测监控工作的正常实施并达到预期目的。

四、结语

施工监控涉及面广、技术难度大，它涉及设计、计算、施工方案和施工组织设计、传感器技术、测试技术和数据处理等方面。本施工单位将与业主一起选择有资质和能力的单位实施。