下承式钢管混凝土系杆拱桥施工监控概述.pdf

第 3 7卷 ， 第 2期 2 0 1 2年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 7，No 2 Ap r， 2 0 1 2 下承式钢管混凝土系杆拱桥施工监控概述 范海军 ，曹建安 ，曹霖 ( 1 湖南省 吉茶高速公路建设开发有限公司 ， 湖南 吉首4 1 6 0 0 0 ； 2 中南大学 ，湖南 ， 长 沙4 1 0 0 7 5 ) 摘 要 】桥 梁施 工监控是保证 桥梁建设 安全 可靠 的重要环节。施工监控的 目的是要对 成桥 目标 进行有效 控 制 ， 修正在施工过程 中各 种参数误差 对成 桥 目标 的影响 ， 确保 成桥后结 构 内力 和线形满 足设计要 求 。系杆拱桥 结 构复杂 ， 施工工序多， 对施工的要求较高。系统的分析系杆拱桥的施工监控过程对以后的工程具有良好的借鉴意 义 。 关键词 】施 工监 控 ； 系杆拱桥 ； 钢管 混凝土 中图分类号 】u 4 4 8 2 2 5 文献标识码】A 文章编 号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 0 8 0 3 Ov e r v i e w o f Co n s t r u c t i o n M o n i t o r i n g a n d Co n t r o l f o r Ar c h Br i dg e wi t h Lo we r S up po r t e d S t e e l P i pe Co nc r e t e Ti pe F ANG Ha i j u n ，C AO J i a n a n ， CAO L i n ( 1 H u n a n P r o v i n c i a l J i c h a E x p r e s s w a y C o n s t r u c t i o n a n d D e v e l o p m e n t C o L t d ，J i s h o u H u n a n 4 1 6 0 0 0 ， C h i n a ； 2 C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ， C h a n g s h a ， H u n a n 4 1 0 0 7 5 ，C h i n a ) Ab s t r a c t C o n s t r u c t i o n m o n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f b r i d g e s o c c u p i e s a n i m p o r t a n t p o s i t i o n t o g u a r a n - t e e t h e b r i d g e c o ns t r u c t i o n s a f e wh o s e p u r p o s e i s t o c o n t r o l t h e g o a l s t o fin i s h a br i d g e e ffi c i e n t l y， c o r r e c t e v e r y k i n d s o f p a r a me t e r e r r o r s wh i c h i n flu e n c e s t h e g o a l s i n t he pr o c e s s o f c o n s t ruc t i o n， e n s u r e t h a t i n t e r - h a l f o r c e a n d l i ne a r o f t h e fin i s he d b r i d g e s a t i s fie s t h e de s i g n r e q u i r e me n t s Th e s t r u c t u r e o f t i e d a r c h b r i dg e i s c o mp l e x，t h e c o ns t ru c t i o n pr o c e s s i s t o o muc h，t h e r e qu i r e me n t s t o t h e c o n s t ruc t i o n i s t o o h i g h S y s t e m a n a l y s i s o n c o n s t r u c t i o n c o n t r o l p r o c e s s o f t i e d a r c h b r i d g e a r e g o o d f o r f u t u r e p r o j e c t s w i t h g o o d r e f e r e n c e Ke y w o r d s C o n s t ruc t i o n mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l ； T i e d a r c h b r i d g e ； C o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e 施工控制的 目的是对成桥 目标进行有效控制 ， 修正在施工过程中各种影响成桥 目标的参数误差对 成桥 目标的影响， 确保成桥后结构受力和线形满足 设计要求。良好 的桥梁施工监控不仅能确保桥梁建 设的工程质量 ， 而其为今后桥梁营运的安全性和耐 久性提供有价值的参考信息 。同时， 将 现场实测 数据与理论值对比， 可以起到安全预警 的作用 】 。 为了达 到施工监控 的 目的， 首先必须通过计算 来确定桥梁结构施工过程中每个阶段在受力 和变形 方面的理论状态 ， 以此方依据 来控制施工过程 中每 个阶段的结构行为 ， 使其最终 成桥线形和受力状态 满足设计要求。本文中以某一下承式钢管混凝土系 杆拱桥为工程背景 ， 以此来简要说明下承式钢管混 凝土系杆拱桥的施工监控过程。桥型总体布置见图 1。 1 施工监控流程 在各施工 阶段 中， 根 据施工 阶段状 态变量 ( 控 制点位移、 控制截 面应力 ) 的实测值 与相应理论值 的差值对影响参数进行误差识别 ； 根据已施工部分 的影响参数识别结果 ， 对未施工部分的相应参数进 行误差预测 ； 计算影响参数 的误差对成桥状态 的影 响， 求出各节段标高 的调整值 。通过理论计算 结果和实际监控测量数据的比对 ， 利用监控理论 ， 对 理论影响计算结果的若干参数进行识别和调整 ， 最 终使得理论计算结果和实际测量结果比较吻合。施 工监控流程见图 2 。 收稿日期 2 0 1 2 0 2 1 0 作者简介】范海军 ( 1 9 7 4 一) ， 男 ， 湖南宁乡人 ， 高级工程师 ， 从事公路工程建设技术与管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 范海军 ， 等 ： 下承式钢管混凝土 系杆拱 桥施工监控概述 9 确 定监 控 目的 、内容 建立监控模型及确定控制参数 施工监控的理论计算 不满足参数要求 施 工过程 监控 满足参数要求 继续施 工并 监 控 图 1 下承式钢管混凝土 系杆拱桥桥 型总体布置 图 F i g u r e l The o v er a l l l a y o u t o f t he a r c h b r i d g e t y pe 立即停止施工，查明原因 及时采取有效措施处理 图 2 施 工监控流 程图 Fi g ur e 2 Th e flo wc h a o f c o n s t r u c t i o n mo ni t o ring 2系梁线形监 控 线形监控是大跨度预应力混凝土梁施工控制的 核心之一 ， 施工监控单位根据模板预压结果 和理论 分析数据 ， 计算出立模标高 ， 通过实测模板 的变形 ， 得出系梁成桥线形 ， 因此 ， 确定好线形控制测点很重 要 。 测点布置主要考虑以下几个因素 ： 能够有效控制箱梁截面尺寸， 使结构尺寸满 足设 计要 求 。 能够精确测量并反应模板完整的挠度变形 情况 ， 以便于理论上分析、 计算悬浇梁段各部位的立 模标高。 方便箱梁悬浇梁段各部位标高精确定位 放 样 。 避开容易被施工破坏的地方。 各现浇段模板测点布置见图 3 。 图 3 立模标高测点布置示意图编号 Fi g ur e 3 Th e me as u r i n g p o i n t s n umb e r s o f f o r mwo r k e l e v a t i o n 成桥高程误差见 图 4 。 ： 80 0 0 。 。 。 。9 09 l 8 - “ u u 。 0 “ I1“ 8 1 2 1 62 02 4 2 8 3 2 3 64 04 44 8 5 25 66 06 46 8 7 2 7 6 8 08 4 8 8 距 9 9 5 支座 图 4 系梁施工节段成桥高程控制误差图 Fi g u r e 4 Co n t r o l e r r o r s o f t h e t i e be a ms e l e v a t i o n i n t he p r o c e s s o f c o ns t r uc t i o n 3 拱肋线形监控 ( 见表 1 ， 表 2 ) 本桥拱肋分为 4段现场拼装 ， 首先 ， 根据节段长 度 ， 考虑预拱度计算 出上管上缘、 下管下缘以及测量 专用标志点三维坐标。用全 站仪采用施工放样程 序 ， 直接测定 ， 直到满足有关规范要求。 表 1 左钢管拱肋线形监测结果 Ta b l e 1 Li n e a r S mo ni t o r i n g r e s ul t o f t h e l e f t s t e e l p i pe a r c h r i b m = 呈m 加 O O O 0 O 0 O 0 O O 0 0 O 0 0 O 0 0 目、 删 靼嵇黼 恒 镊 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 公路工程 3 7卷 4应力监测 理论应力的计算就是 以某截面为特定截面， 计 算这个截面 的特殊位置上的应力在各个施工阶段增 量， 为了获得各施工阶段结构应力变化的实际情况 ， 在施工时 ， 就在特定截面安装了若干个应变计 ， 目的 是为了与理论值进行对 比， 以保证施工安全 。如果 实测应力多个点大于或小于理论应力 1 0 以上， 必 须进行警示预报。结构的应力测试结果一方面用来 评价施工质量 ， 另一方 面还可用于桥梁施工过程 中 结构安全和竣工后的跟踪监测 ， 进 一步完善桥梁设 计理论 。对预应力混凝土桥梁而言 ， 由于混凝土材 料 的非均匀性 和不稳定性 ， 受设计参数 ( 如材料 特 性、 密度、 截 面特性等参数 ) 、 施 工状况 ( 施工荷 载、 混凝土收缩徐变、 预应力损失、 温度 、 湿度、 时间等参 数) 和结构分析模 型等诸多 因素 的影响 ， 结构 的实 际应力与设计应力很难完全吻合 ， 即计算应力不可 能准确反映结构的实际应力状态。因此 ， 在预应力 混凝土结构 的应变实际测试中， 通过系统识别 、 误差 分析与处理 ， 使测试应力不断地接近于实际 ， 从而较 准确地掌握结构的真实应力状态 。 根据结构 的特点 ， 系梁 上分别在拱脚、 1 4跨 、 跨中、 3 4跨、 拱脚处共 5个截面 上布置应力测 点 ， 支座和跨 中截面上 布置 8个应力测点 ， 1 4和 3 4 截面布置 4个应力测点 ， 共布置 3 2个应力测点。拱 肋上在拱脚处 、 1 4拱肋、 拱顶、 3 4拱肋、 拱脚处布 置应力测试断面 ， 每个截面的两根钢管外侧各布置 1 个应力测点 ， 共布置 2 0个应力测点。布置位置见 图 5 。提取系梁跨 中， 拱肋拱脚处和拱顶 的应变见 图 6 。 F 图 5 应 变计 测点布置示意 图 Fi g ur e 5 Me a s ur i n g po i n t s o f s t r a i n g a u g e a r r a n g e d i n t h e g r a p h 5 0 O 一 5 0 i一1 0 0 趔 一1 5 0 一 2 0 0 馏 - 2 5 0 - 3 0 0 3 5 O 一 i j四 倒 5 O 0 -5 0 t O 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 5 0 0 一-5 0 一 1 0 0 一 一l 5 O 一 - 2 2 0 5 0 。 -3 0 0 3 5 O 5 0 0 一-5 0 1 0 0 、 一一1 5 O 髫 ： ： ： 一30 0 3 5 O 5 O 0 一-5 0 一1 0 0 一3 0 0 3 5 0 50 0 一 5 0 、 一一 1 0 O 髫 。 一2 0 0 -2 5 0 张拉 安装 泵送 张拉 吊杆拆除系 预应力 拱肋 混凝土8号杆 张拉完 粱支架 工况 ( a ) 系梁跨中B截面上缘测点应变图 张拉 安装 泵送 张拉 吊杆拆除系 预应力 拱肋 混凝土8 号杆 张拉完 梁支架 工况 ( b ) 系梁跨中B截面下缘测点应变图 ( c ) 系脚处D截面上缘应变图 ( d ) 系脚处 D截面下缘应变图 ( e ) 拱顶 F 截面上缘应变图 -( f ) 拱顶 F 截面下缘应变图 图 6 控制截面应变固 s s 0n c 0 “ 雾 2 页 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 公路工程 3 7卷 3 结论 隧道病害是国内外非常普遍的现象， 其原因 是多方面的， 隧道病害直接威胁到隧道 的结构和运 营安全。近年来国家基本建设的快速发展要求不断 提高隧道修建技术水 平 ， 避免或减少隧道病害的发 生 ； 隧道病害的形式主要有渗漏水和结构破损 ， 其中渗漏水病害 比较普遍 ； 隧道病害产生的主要原 因有地质方面的、 施 工方面的、 设计方面的和人为因素等 ， 要认真地系统 地分析 ； 隧道病害整治要各种方法综合运用 ， 由专业 队伍来进行 ， 治理的时机最好选择在通车前进行 ， 要 坚持“ 一次根治、 不留后患” 的治理原则。 参考文献】 1 王有 科 高原 寒冷地 区隧道 施 工技 术 J 世界 隧 道 2 0 0 0， ( 1 ) 2 方利成 ， 杜彬 隧道工程病害防治 图集 M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 1 3 高斌 ， 毛春玲 锚注支护在软岩治理中的应用于研究 J 】 中 国科技信 息， 2 0 0 6， ( 4 ) 4 梁炯攫 锚 固 与注浆技 术手 册 M 北 京 ： 中国 电力 出版社 ， 1 9 9 9 5 杨新 安 ， 黄 宏伟 隧 道病害 与防治 M 上 海 ： 同济 大学 出版 社 2 0 0 3 6 J T G D 7 O一2 0 0 4 ， 公路隧道设计规范( s ) 7 万 德友 我 国铁路 隧道病 害浅析及对 策的探讨 J 铁道工程 学 报增 刊， 1 9 9 8 ， ( 1 O ) 8 易萍 丽 现代 隧道设 计与施 工 M 西安 ： 当代 中国出版社 ， 2 0 0 9。 ( 7 ) 9 陈小雄 现代 隧道 工程理论 与隧道施 工 M 成都 ： 西南交通 大学 出版社 ， 2 0 1 l 。 ( 7 ) 1 O 覃仁辉 隧道 工程 ( 第 二版 ) M 乌 鲁木 齐 ： 新疆 大学 出版 社 ， 2 0 0 8， ( 1 ) ( 上 接 第 1 O页) 5 索力监测 吊杆是 系杆拱桥 的一个重要组成部分 ， 吊杆 的 工作状态是系杆拱桥是否处于正常状态的主要决定 因素 所以， 能否对 吊杆索力进行精确 的测量 ， 在很 大程度上决定着 系杆拱桥 施工 的成败和正 常的运 营 ， 。 。 。 吊杆索力测试的方法很多 ， 本桥采用频率法 ， 即 依据 吊杆拉力与吊杆的振动频率之间存在对应关系 的特点 ， 在已知吊杆长度、 两端约束情况 、 分布质量 等参数时， 将高灵敏度的拾振器绑在吊杆上 ， 拾取 吊 杆在环境振动激励下的振动信号 ， 经过滤波 、 信号放 大 、 A D转换 和频谱 分析 即可测 出 吊杆 的 自振频 率 ， 进而由吊杆力与 吊杆 自振频率之 间的关 系获得 吊杆拉力。通过施工张拉时 ， 张拉完成后 ， 拆满堂支 架后以及加二恒后 实测值 与理论值的对 比发现 ， 吻 合 良好 。 6 监控效 果及其评价 线形方面 ， 成桥状态下 ， 该下承式钢管混凝土系 杆拱桥系梁梁底标高实测值与理论值吻合 良好 ， 实 测拱肋节段及 吊杆位置与理论值 吻合 良好 ， 相邻节 段间局部线形标高误 差较小 ， 已成梁段整体线形 比 较平顺流畅； 实测吊杆内力与理论值基本吻合。成 桥状态下 ， 各主梁关键截面上、 下缘实测应变与理论 值基本吻合 ， 结构受力状况 良好 ， 符合设计要求 ， 桥 梁结构安全可靠 。 本论文中以某一下承式钢管混凝土系杆拱桥为 工程背景 ， 实际测量数据与理论分析数据吻合良好。 结果表明， 施工监控的理论分析可 以较好 的指导施 工 ， 对以后的工程实践具有很好的借鉴意义。 参考文献 1 徐君 兰 大跨度 桥梁施 工控制 M 北京 ： 人 民交通 出版社 ， 2 o o O 2 唐 云清 大跨度连 续箱梁 桥施 工监控 技术研究 D 南京 ： 河 海大学土木工程学院， 2 0 0 7 3 】 向木生 ， 张世飙 ， 张开银 ， 等 大跨度预应力混凝 土桥梁施工控 制技术 J 中国公路学报 ， 2 0 0 2 ， 1 5 ( 4 )： 3 84 9 4 施 权君 ， 廖敏 钢管混凝土系杆拱桥施工控制 J 中国新 技 术新产品 ， 2 0 1 0 ， 2 ： 1 0 1 5 向中 富 桥梁 施 工控 制 技 术 M 北 京 ： 人 民交 通 出版 社 ， 2 o 01 6 项影明 钢 管混凝 土系杆 拱施 工过 程 的控制 J 铁 道建 筑 ， 2 01 0。 1 0： 1 71 8 7 徐晓和 ， 陈小强 大跨度钢管混凝土系杆拱桥施 工监控 J 铁 道建筑 ， 2 0 0 9， 1 0 ： 2 2 2 3 8 孙立功 刚构式系杆拱桥施 工控制 系统 的建 立 J 铁道建筑 ， 2 0 0 5 ， ( 1 O ) ： 6 2 8 9 辛江红 ， 石明星 钢管混凝土系杆拱桥 施工监控分析 J 甘肃 科技 ， 2 0 0 9 ， 2 5 ( 2 3 ) ： 1 3 81 4 0 1 O 余 海涛 ， 管同心 ， 从 贺 钢管 混凝 土系杆拱 桥的施 工监控 J 现代 交通技术 ， 2 0 0 9， 6 ( 6 ) ： 5 2 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m