基于主梁支架法施工的钢管混凝土索塔斜拉桥施工监控技术研究.doc

淮北市长山路钢管混凝土斜拉桥施工技术研究基于主梁支架法施工的钢管混凝土索塔斜拉桥施工监控技术研究1 淮北市长山路斜拉桥施工监控的特点淮北市长山路桥是淮北城区向南拓建的交通干道上的重要城市立交工程。长山路桥南北向跨越淮北火车站七股道铁路站场，与铁路站线斜交55度，南连恒潭路，北接古城路。本桥的建成将大大改善淮北市的交通路网布局，并成为淮北市的标志性景观建筑物。淮北长山路桥主桥结构型式为独塔不对称双索面预应力砼斜拉桥，跨径布置88+80m, 80m跨内设一个辅助墩。受桥下预留电气化铁路净空以及引道场地限制 ，两端引桥设有4.5%-3.8%的纵坡，主桥设竖曲线。桥面全宽为20m，其中行车道净宽15.10m，两侧设人行道 ，在塔柱范围内桥面局部加宽。主梁为C50预应力砼结构，截面形式为实心双主肋，边主梁高1.70m，宽1.60m。斜拉索采用PES成品索，规格有917、1277、1397，各斜拉索按扇形布置 ，单侧13对索，主梁上索距为6m。桥塔为C50钢管砼门式塔，哑铃形截面型式，塔高50m，并在塔柱中、上部设钢管桁架式横系梁，下部墩柱间横向设剪刀撑。塔墩基础为261.5m桩基。淮北市长山路是一座以主梁支架法施工、钢管砼索塔为特色的斜拉桥，其结构构造、施工方法在国内尚不多见。科研组在国内没有相关参考工程和技术资料的情况下，通过对桥梁的内力变形控制和调整方法、主梁脱架控制、斜拉索索力控制等关键技术进行深入研究，并在工程中实施，取得了很好的施工监控效果，使该桥的成桥内力和线形均达到了设计要求。淮北市长山路斜拉桥施工监控的特点主要表现在以下几个方面：(1).本桥索塔采用哑铃形钢管砼结构形式，为国内新型索塔形式，其结构行为、施工工艺和施工监控等有一定的独特性和复杂性。(2).本桥主梁采用支架法分段现浇施工，结构受力尤其主梁受力较不明确，其主梁现浇、脱架、斜拉索张拉等工序较复杂，施工监控难度较大。(3).受桥下铁路净空限制，本桥桥道纵坡较陡，主梁高度低，较为纤细，其对支架变形、基础沉降、斜拉索力及主梁预应力等的反应敏感。施工实时控制工作十分重要。(4).钢管砼索塔为复合材料，受日照、气温影响较大，这给索塔控制测量带来较大难度。索塔上、主梁上各索导管安装为先后一次性定位，其初始位置必须在考虑支架变形、气温变化等因素后准确预测，否则易导致安装偏位。(5).受索塔工作空间限制，本桥斜拉索采用主跨或边跨单侧不对称张拉方式，一般先边跨后主跨，索塔受力较不利。为确保索塔受力安全度，施工控制必须合理调配斜拉索张拉力和张拉工序，同时加强对索塔应力变形的监控。2 支架法施工斜拉桥施工监控的方法原则及技术体系2.1 施工监控的目的斜拉桥属高次超静定柔性结构，其结构内力分配比较复杂，对施工过程和使用过程中各种影响因素的的变化非常敏感。尤其主梁纤细且受斜拉索弹性支承，结构各部的内力变形状态对索力的变化相当敏感。在斜拉桥的施工过程中，影响其内力变形的因素很多，不可能使所有各项因素都与设计预设值完全吻合，不可避免地存在各种施工误差因素。因此必须对斜拉桥的施工过程实施有效的施工监控，才能确保成桥后的结构内力变形状态符合设计期望值。淮北市长山路斜拉桥施工监控的目的，就是通过在施工过程中对结构内力变形状态施行实时监测，并根据监测结果对设计参数及施工过程进行适时修正，对施工期间的斜拉索索力及结构内力、主梁内力和线形等进行有力的控制和调整，采用应力预警体系对施工状态进行安全度评价和灾害预警。从而达成：(1)施工过程中和竣工后的斜拉索索力和结构内力状况满足结构安全要求；(2)成桥后的主梁线形逼近设计的理想状态。2.2 施工监控的方法及原则基于控制理论的角度，斜拉桥施工控制的方法主要有：开环控制法、反馈控制法和自适应控制法。开环控制法只适于结构构造和施工工序不太复杂的桥梁，其调控手段相对简单化。目前斜拉桥施工控制广泛采用反馈控制和自适应控制法，以适应现代斜拉桥结构高次超静定、施工工序多和影响因素复杂的特点。通过反馈控制，斜拉桥施工过程中的各种设计参数误差和环境因素干扰等得到及时辨识修正，并实时指导后续的施工作业，从而确保施工控制目标的实现。关于误差分析和预测的具体方法，国内外学者和技术人员业已提出了诸如Kalman滤波法、最小二乘法、灰色系统控制、无应力状态法、人工神经网络等各种理论，需要结合实际工程的特点有选择地作为调控手段使用。淮北长山路斜拉桥的施工控制方法主要基于反馈控制法。通过对淮北市长山路斜拉桥主梁支架法施工特点的分析研究，确定施工监控的原则是，(1)在主梁脱架前，以主梁内力及线形控制为主，斜拉索索力控制为辅；(2) 在主梁脱架后，对斜拉索索力和主梁线形实施双控，同时确保结构各部应力和塔柱位移控制在安全范围内。主梁线形的控制工作是主梁浇筑前施工控制的重点之一，必须确保桥道坡度和竖曲线形的尽量准确，以满足桥下铁路站线的净空要求。然而，本桥主梁线形的调控手段相对受限，这是因为主梁系满堂支架现浇施工，其立模标高是在全跨主梁浇筑之前一次性给出的，没有实时监测数据可资反馈利用。而对于按悬臂浇筑法施工的斜拉桥，则可以在梁段不断外伸的施工过程中，不断积累实时监测数据，并及时反馈修正后续节段的立模标高和斜拉索张力，以及其它设计参数，亦即自适应的闭环控制过程。为此，在本桥施工控制的结构计算中，根据既有经验及通过调查和测试尽可能准确地取定各项计算参数，以求得符合实际的主梁立模标高，确保在梁体砼浇筑施工阶段主梁标高的正确，避免出现大的误差。在斜拉索张拉阶段，则根据误差实际情况，按一定算法适当调整索力来有限调控主梁标高，同时应保证结构各部处于安全的应力状态。主梁内力的控制工作也是主梁脱架及以前施工阶段的施工监控重点。首先通过反复的施工控制结构模拟计算来确定出恰当的施工工序，这包括主梁分段浇筑、预应力分步张拉、斜拉索分步张拉以及支架分步卸落等施工工序。其次通过在梁体内埋设应力传感器对主梁应力进行实时监测，通过施工测量对支架和主梁变形进行实时观测。从而充分掌握主梁在脱架及以前施工阶段的内力变形状态，对不利的内力变形状态及时发出安全预警，并加以处理。索力的控制工作是张拉斜拉索阶段及后续施工阶段的施工监控重点，这主要包括主梁脱架前斜拉索初张拉时的索力控制以及折架后的调索控制，本桥的特点是主梁在支架上进行各索的张拉，随着各索的逐步张拉，部分梁段将会脱离支架，已脱架的梁段也可能会回落至支架，而支架本身对主梁的支承属于多点(无限点)弹性支承。因此在各索张拉过程中，主梁内的应力变化将比较复杂，相应的施工模拟计算会十分困难。为此，这一阶段必须加强对主梁应力、变形的实时监测，并将结果及时反馈到后续施工中，以确保结构安全。在主梁脱架后的调索阶段，则综合考虑结构内力状态、主梁线形、塔柱纵向位移等因素，通过调索使全桥结构接近设计的目标状态 。2.3 施工监控的技术体系斜拉桥施工控制是一个施工测试识别修正预告施工的循环过程。为达到施工控制的最终目标，必须建立一套完善的控制系统与运行机制，以使得施工与控制之间形成良性循环。 根据淮北长山路斜拉桥的施工特点，建立了如图1所示的施工控制系统流程框图。在图1中，现场测试体系和实时测量体系用于采集各项施工控制数据。然后，按照施工控制理论对施工数据进行分析处理，对施工过程中的施工误差进行分析评价，并根据实际情况提出控制的目标值以及调整、修正的对策，反馈给施工方指导下一阶段施工，从而完成施工控制的一个循环。施工控制系统需要有一套完整的、足够精确的标高、位移、应力、温度、索力以及其它物理量的测量手段的支持，其中应力、温度、索力测量仪器主要由施工控制方配备和完成，而标高、位移及砼参数的测量仪器主要由施工方配备和完成 。施工控制系统还需要有完备的计算机专用程序的支持，目前施工控制方已研制了多个施工控制专用程序，包括施工全过程模拟结构分析系统，实时监测数据库及其管理程序，施工误差评价分析及调整程序，索力计算程序，施工控制报表处理系统等，实现了施工控制过程的计算机化，提高了工作效率，可满足实时控制的需要。此外，施工控制中确定每一施工步骤的目标与设计方有关，施工方必须按一定的精度来完成每个施工步骤，并及时进行必要的测量，而整个施工过程必须在监理的监督下完成。因此，本桥施工控制系统的运行需要监理、设计方等多方面的配合，要求成立相应的协调管理机构，这样就从组织上对施工控制各步骤有了明确的人事安排。为保障施工控制过程中信息传递的准确、高效，在施工控制的具体工作中尚需建立一套合理完善的报表体系。报表体系由施工控制组根据淮北长山路斜拉桥的现场具体情况和施工控制工作的特点来设计。施工方在一个施工阶段完成后的实测数据通过施工控制报表的形式经监理签字核实后及时传递给施工控制组；施工控制组对施工信息分析处理后得到的施工控制参数也通过报表以指令的形式经监理签字核实后及时反馈给施工方。对各施工阶段的施工结果，采用误差通报的形式及时提供相关部门参考。科研组具体负责施工控制各项工作的开展实施。成员包括专家成员(项目负责人)、现场负责人、监控计算分析和测试成员等。其组织结构如图2所示，其中变形测量组工作由施工单位承担。图1 淮北市长山路斜拉桥施工控制技术体系图2 淮北市长山路斜拉桥施工控制组的组织结构3 支架法施工斜拉桥的施工监控实现技术淮北市长山路斜拉桥施工控制工作主要包括：结构状态实时模拟分析与预测；施工控制误差实时跟踪分析与误差修正；设计参数（如材料容重、抗弯刚度、徐变收缩等）的现场测试、识别和修正；主梁、塔柱线形及应力实时测量；索力实时控制与监测；实时监测数据库的建立及管理；施工控制报表生成传递等。以下就各自的实现细节归类做一叙述。3.1施工控制计算、预测、分析评价计算、预测和分析评价工作是施工控制的核心工作内容。它通过对桥梁施工全过程实时模拟的结构分析，结合各设计参数的识别、修正以及其它测量数据的分析评价工作，进而求得各施工阶段施工控制参数的理论计算值，形成施工控制指令并对各施工阶段结构状态作出实时预测，从而达成桥梁施工实时软控制的目标。这部分工作依序包括以下几个方面。3.1.1 施工控制初期的设计复算和关键施工工序调整计算在本桥施工控制初期，首先进行了施工控制对设计的复算工作，以校核施工控制计算结果与设计计算结果的闭合性，达到使施工控制指导的结构实际状态与设计的理想状态相一致。施工控制复算依据设计文件所提供的资料 ，独立于设计方建立施工控制计算模型，同时根据实际施工情况做进一步细化（如主梁支架刚度的模拟等）。复算中采用设计计算的主要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算 ，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者在计算模型及施工模拟等方面是否存在实质性差异。对主要差异则与设计方一起仔细核对这两种计算过程，找出并解决存在的问题。只有当二者计算结论基本一致时才开展后续的施工控制工作。本桥原设计主梁预加力和斜拉索张拉的施工工序为，主梁纵向预应力在主梁各段浇筑完成并达一定强度后一次性全部张拉；之后分两轮张拉各斜拉索，第一轮斜拉索初张拉使主梁抬离支架，撤架后再进行第二轮拉索使达设计的最终目标索力。但考虑到主梁支架和地基在当时即将到来的雨季中的承载安全，以及支架模板摩阻力对主梁预加力的抵消作用而导致主梁在后续拉索过程中的不安全问题，施工方、设计方、监控方经会商对施工工序做了较大调整，确定采用主梁预加力分批张拉和斜拉索分四轮张拉的施工工序。实施情况表明，这一调整对保证全桥顺利建成和施工安全起到了关键作用。施工控制组对这些施工工序调整进行反复分析计算和优选，确定了主梁纵向预加力的分批施加方式、各轮斜拉索张拉力的合理取值、以及各工序时段的合理安排，保证了各工序的顺利实施。3.1.2 施工进程中施工模拟的实时结构分析在斜拉桥的设计文件中，各施工阶段和设计计算参数都是设计所预设和假定的，它们所依据的是既有的施工经验和设计标准参数，并不一定完全真实地反映当前桥的实际施工情况。这比如，实际的施工阶段、时间进度安排会因施工的具体条件而有所调整；主梁、拉索等部件的结构尺寸及材料参数（弹性模量、容重、加载龄期、砼收缩徐变系数等）的实测值与设计取值会有不同；而一些指定的设计参数如索力等可能会视施工控制需要做必要修正。在斜拉桥的施工控制计算中必须采用实际施工参数用于计算，以尽可能真实地反映结构实际内力、变形状态，亦即施工模拟的实时结构分析。这一计算工作在斜拉桥整个施工过程中需要实时调整，这些调整既包括各个直接的实时测量参数，也包括根据实测数据通过反馈分析等而得的辨识参数，还要视实际施工情况对计算模型、计算方法及计算内容等作出调整。施工控制实时计算与设计计算的比较框图见图3。图3 施工控制实时计算与设计计算的比较本桥施工控制实时计算结果对指导施工进程起到了关键作用，主要的施工工序诸如主梁纵向预应力张拉批次，主梁支架拆除次序，斜拉索张拉工序等均是基于施工控制实时计算分析而作出的。本桥的施工控制实时计算模型随着施工进程进行了多次调整，以反映和指导新的施工状况，最终的施工阶段划分如表1所示，其中个别阶段号是为便于阶段调整而预留的。施工控制实时计算采用西南交通大学研制的桥梁结构分析系统BSAS完成，该系统可充分考虑施工分阶段、砼收缩徐变、温度效应以及支架刚度模拟等各种情况，已在多座大型桥梁的施工控制中得到使用和验证。表1 施工控制计算施工阶段划分施工阶段号施工状态描述1-2索塔施工3-4主跨、边跨主梁近塔根段浇筑5张拉主梁纵向预应力束C5，C6，C7（锚固于第一段主梁端部）6-7主跨、边跨第二段主梁浇筑8-9主跨、边跨第三段主梁浇筑10-11主跨、边跨第四段主梁浇筑12张拉主梁纵向预应力束C1，C313主梁纵向预应力束张拉：C2，C414主梁纵向预应力束张拉：B1/2，B215边跨B1斜拉索安装、初张拉16主跨A1斜拉索安装、初张拉17边跨B2斜拉索安装、初张拉18主跨A2斜拉索安装、初张拉。39边跨B13斜拉索安装、初张拉40边跨A13斜拉索安装、初张拉41主梁纵向预应力束张拉：B1/2，B3，A1，A5，A642主梁纵向预应力束张拉：A2，A3，A443-68第二轮斜拉索张拉：自塔根部到桥两端，先边跨后主跨依次张拉，要求每天夜至晨作业（本轮拉索完成后，主跨主梁A5外梁段脱架）69主梁支架分步拆除；主跨A13之外梁段70-75根据施工监控结果，为保证后续撤架安全的局部斜拉索补充张拉：B1，A1，B2，A276主梁支架分步拆除：边跨B7B9梁段77主梁支架分步拆除：边跨B5B7梁段78主梁支架分步拆除：边跨B3B5梁段79主梁支架分步拆除：边跨B1B3梁段80主梁支架分步拆除：塔根B1梁段81主梁支架分步拆除：主跨内未脱架部分A5塔根82-109第三轮斜拉索张拉，使满足后续施工和使用阶段要求110边跨行车道铺装111主跨行车道铺装112-137第四轮部分斜拉索调索，补偿因桥面铺装导致的主梁安全储备损失,使达最终目标值：自桥两端到塔根处，先主跨索后边跨索，要求每天夜至晨作业。138人行道铺装，栏杆、灯柱等附属设施安装139成桥三年后砼收缩徐变基本完成时结构状态3.1.3 设计参数的实时识别、修正对于一些主要的计算参数如主梁刚度、构件自重、砼收缩徐变系数等，必须确保它们的尽可能准确、才能从根本上达成施工控制实测值与理论计算值的一致。而企望硬性通过调索或改变立模标高等来消除这类实测值与理论值的差异，并不能解决本质问题，也扰乱了结构的内力变形状态。设计参数的识别、修正工作就是根据施工中结构的实测值对主要的设计参数进行估计，然后将被修正过的设计参数反馈到施工控制计算中去，重新给出施工中索力和位移的理论期望值，以消除理论值与实测值之差值中的主要部分。本桥施工控制计算参数，包括砼弹性模量、容重、支架刚度等，是根据实测参数并分析反馈结果经反复修正而取定的，而砼收缩徐变参数等主要依据结构应力、变形实测值反复调整取定。3.1.4 测试数据的组织管理及分析评价等工作本桥施工过程中施工工序较多，相应的施工控制实测数据量相当大，时间较集中，且具有明显的时效性、阶段性。我们采用数据库技术来对测试数据进行管理，其优点在于数据赘余度小、可以对数据的一致性和完整性进行统一控制，实现数据共享、快速查询等。在此基础上，建立测试数据分析、评价与处理程序，快速完成各项线形、应力等项目的计算、分析和评价工作以及相应的通报工作，从而保证了本桥施工控制工作的效率和质量。3.1.5 其它施工控制计算工作施工控制计算工作是多方面的，在本桥施工控制过程中，还进行了张索、调索阶段的索力实时计算、结构各种专项分析计算如支架刚度影响、支架及地基变形影响、主梁支架模板摩阻影响等。此外，根据施工控制计算结果，还对原设计细部构造以及施工细节提出了一些改进建议，包括斜拉索两端锚下构造，主梁局部钢筋构造等。3.2 施工控制现场测试在施工控制计算中要根据实际施工中的现场测试参数进行尽可能真实的数值计算，并根据实际施工中实时测量数据对这些参数进行分析和拟合，以使施工控制计算能与实际施工过程相符。现场测试参数包括以下一些内容。3.2.1 实际施工中材料的物理力学性能参数(1) 主梁支架和地基刚度参数本桥主梁支架和地基刚度值系根据支架预压变形资料和支架构造经综合分析而初步确定的，其主跨跨越铁路段和边跨段各不相同。由于支架和地基刚度的变异性和复杂性，其值主要还是根据施工控制过程中的各种反馈数据进行识别和修正。(2) 主梁和塔柱砼的容重、弹性模量、拉压强度在斜拉桥施工过程中存在的主梁和塔柱的变形会对主梁的挠度和内力计算产生影响，主梁和塔柱的抗弯刚度是结构体系的重要组成部分，而砼材料的离散性较大，在以往的施工控制工作中曾发现砼的弹性模量实测值较设计取值存在一定的差异，因此本桥对工地现场用于塔柱和主梁施工的砼则委托进行专门的弹性模量测试。实验时取几组试件做砼7天和28天的弹性模测量试，用其统计平均值作为砼的弹性模量施工控制计算的实测值。砼的容重、强度参数则直接使用由工地试验室提供的资料。以上各数据均由施工单位提供，其值对索塔钢管内砼、主梁四个现浇梁段砼各不相同。(3) 斜拉索的弹性模量、容重和抗拉强度成品斜拉索的这些参数实测值直接取用其出厂时的指标。斜拉索计算容重现场实测值则考虑因高强钢丝包裹材料的重量引起的容重修正。(4) 砼的收缩徐变系数砼的收缩徐变系数的实验室测试需要一个较长的周期及较大投资的设备，对施工现场的砼的收缩徐变系数的测定目前尚无较满意的方法。本桥因不能进行现场测试，收缩徐变系数系按设计规范取值，并在施工控制过程中进行识别和修正。(5) 测量的其它物理参数在斜拉桥施工过程中为考虑温度效应对结构体系的影响，还要对材料的线膨胀系数和热导系数进行测试。这些数据由相应材料的供应商提供。本桥因不能得到这些参数，主要是按设计规范取值，并在施工控制过程中进行识别和修正。3.2.2 实际施工中的荷载参数(1) 主梁恒载(i) 一期恒载主梁的一期恒载一般是根据设计资料进行统计，再依据现场测试出的材料容重进行计算，并依据实际测量出的构件几何尺寸与设计尺寸的偏差进行修正。一期恒载统计计算的重点是确定每一主梁梁段的实测自重，它包括：梁体内钢筋的重量、预埋件的重量等。对于斜拉索在梁体内的锚头、套筒等的重量也应考虑计入。按上述原则确定在一个梁段中主梁的重量、横梁的重量，由此得到梁段的总重。在本桥施工控制计算中横梁自重以集中力的方式作用在结构模型上，主梁及其它材料的自重是以修正计算容重参数反映到计算中。(ii) 二期恒载主梁的二期恒载也是根据设计资料和现场调查资料相结合的方法来确定，并采用现场测试的材料参数加以计算。主梁二期恒载的统计内容包括：桥面铺装、人行道铺装、栏杆、灯柱、管线等。主梁二期恒载以均布荷载形式作用于施工控制计算模型上。(2) 施工荷载根据施工单位提供的资料，经现场核对，确定在主梁施工过程中因施工机具的使用而引起的荷载大小及位置。(3) 临时荷载在实际施工过程中施工单位由于种种原因会在结构体系上增减某些临时荷载。对于其中影响较大的荷载，主要根据施工单位提供的数据及施工控制组成员现场调查的结果，将这些荷载进行量化模拟，反映在施工控制的实时计算中，以对施工控制的指标进行及时的修正。这些荷载包括主梁施工现场临时堆放的机具、材料等。(4) 临时或意外约束本桥施工过程中还计入了对结构体系可能产生的临时或意外约束，如边跨辅助墩上的主梁临时抗拔束等，因约束条件的差异往往会给桥梁的内力、位移、应力等带来相当大的变化。3.2.3 实际施工中的截面几何参数这主要是指对塔柱和主梁断面几何尺寸的测定。塔柱的断面尺寸的误差将引起刚度的误差，但由于在施工过程中能将此部分的误差控制在较小范围内，对施工控制计算的影响相对不大。斜拉桥的主梁断面的几何误差也能在施工中较好地控制住，它对结构体系的影响表现为对主梁恒载和对主梁刚度的影响，施工中对此部分的监控是为了使施工控制计算能更准确地反映出主梁的挠度变化。主梁截面实际尺寸数据应由施工单位在施工过程中进行现场采集并及时提供给施工控制组。3.3施工控制实时测量施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外，大量的是现场的实时测量数据。在施工控制中所关心的是以下三大类实时测量数据，即：物理测量：包括时间、温度等。线形测量：包括主梁线形、塔柱线形和截面几何尺寸等（由施工方承担）。力学测量：包括索力及塔柱、主梁应力。3.3.1 物理测量(1) 时间测量斜拉桥各施工工序的完成时间数据在施工控制计算中直接影响到砼收缩徐变效应的计算。在设计计算中这部分数据只能按通常施工水平进行估计。而施工控制计算进行的是实时计算，必须按实际的施工时间进行计算。时间的测量按年、月、日、小时来计量，由此得到各关键施工工序的周期。斜拉桥各施工阶段的施工时间对结构产生的影响，主要是指对塔柱和主梁变形的影响及其由此产生的对主梁线形的影响。(2) 温度测量斜拉桥施工过程中环境温度及日照温差直接影响到结构体系的内力分布形式和变形情况。并且温度引起的变形还影响到施工过程中构件的施工精度及主梁和塔柱线形测量的结果。斜拉桥施工中日照温差影响较大，一般要求线形测量在清晨日出前进行。在实际施工中，某些工序的线形测量由于工期限制需要立即进行，这部分测量数据就必须在施工控制分析中考虑因温度影响而导致的修正量。对环境温度的测量通常的办法是用普通温度计进行测量，对塔柱、梁体内各处的温度由埋设的温度传感器测定，以便能大致确定结构体系温度场的分布状况。3.3.2 线形测量(1) 主梁线形测量主梁线形测量是指用精密水准仪对主梁各控制点的标高测量。如果线形测量控制点设置适当，还可以测出主梁梁段的扭曲程度。另外，应使用经纬仪对主梁轴线进行顺直度测量。主梁的线形测量以线形通测和局部梁段标高测量相结合。在主梁分段浇筑前后和斜拉索张拉前后对梁段块件标高的测量能反应出实际施工时主梁的挠度变化，这些数据是进行施工控制分析的重要因素之一。根据施工控制组的要求，在下列施工阶段进行了主梁标高测量：各主梁分段砼浇筑完成后；主梁砼全部浇筑完成后；主梁纵向预应力各次张拉之前和之后；边跨或主跨各对斜拉索安装之前和之后；主梁支架分次撤除之后；边跨或主跨各对斜拉索各轮调索之前和之后；二期恒载施加之前和之后；此外,尚安排了日照温差温度变形的主梁线形测量。(2) 塔柱线形测量塔柱线形测量实质上最关心的是塔顶的纵向水平位移。本桥实际施工测量中同时在塔身设置了4个测点，对塔柱的整体线形进行测量。塔柱线形测量采用激光测距仪完成。塔顶位移测量安排在下列施工阶段应进行：塔柱施工全部完成之后；与主梁线形测量同步的塔柱线形测量。此外,尚安排了日照温差温度变形的塔柱线形测量。3.3.3 力学测量(1) 索力测量斜拉索的张拉力可以直接影响到主梁塔柱的内力和线形，斜拉桥中索力状态是反映全桥内力状态的重要指标之一。借助专门设备测定施工阶段和成桥阶段的索力是施工控制的重要工作之一。本桥的施工控制中采用IFM168动测仪进行索力测试。该索力仪能在测量后直接显示振动信号曲线、频谱曲线、自振频率及索力。其频率精度为0.5%0.001HZ，索力测试精度为3%。对索力的测试以索力的通测和张拉索索力的单根测量相结合。在斜拉索张拉后对其进行索力测量主要是希望能及时发现并纠正由于施工中油表读数误差及斜拉索因锚固而引起的索力误差。对斜拉索索力的通测主要是为及时分析各阶段施工后的索力误差，以评价索力和主梁的内力状态，研究和制定消除误差的对策。本桥对索力的通测主要是根据实际施工中出现的情况在较为关键的施工阶段中进行。在每次斜拉索张拉完成后则对相邻局部5对左右的斜拉索进行索力局部测量。本桥索力测试均做到了二阶以下的频率值精度。(2) 应力测量本桥的施工过程中在主梁及塔柱中的控制截面埋设了较多的应力测试元件以测定施工阶段主梁、塔柱的应力。在塔柱及主梁特征截面处埋设应变计来测定桥塔和主梁的应力状况。由于塔柱为钢管砼结构，本桥还在塔柱表面设置了表面应变计。通过应力测量结果与施工控制中其它测量结果相结合来全面地判断全桥的内力状态，形成一个较好的预警机制，从而达成更安全可靠地实施施工控制。应力测试在各关键施工阶段完成后进行。对一般施工阶段中的应力测试应根据施工控制中出现的实际情况来决定是否进行应力测试。单侧塔柱各设置3个测试横截面，分别位于上塔柱根部和下塔柱根部，各截面内或表面若干测点埋设应变计（含温度传感器）。主跨、边跨主梁内纵向各设置3个测试横截面，分别位于主跨、边跨的靠塔根处和跨中特征受力截面，各截面内设若干测点埋设应变计（含温度传感器）。索塔、主梁监测元件布点情况如图4图7所示。 图6 边跨“控A”截面测点布置图图7 边跨“控B”截面测点布置图3.4实时测量体系及信息传递体系实时测量数据的准确采集、及时传递是施工控制工作有效进行的保障。为此，我们根据长山路斜拉桥的施工特点制定出一系列施工控制表格，要求施工测量人员在关键施工环节中进行数据测量，并将结果填写于表格中交由施工负责人及监理签字认可后及时传送给施工控制组进行分析。对其中一些明显有误或可疑数据经提出后应进行及时复测。施工控制组采用现场测试参数和实时测量数据进行计算分析，将结果以指令的形式发布于施工控制表格中指导施工方进行下一步施工。在施工控制过程中主要使用以下9类表格，分别为：施工控制表1：主梁砼分段浇筑立模标高；施工控制表2：主梁砼分段浇筑观测记录表；施工控制表3：主梁标高观测记录表；施工控制表4：塔柱线形观测记录表；施工控制表5：索力测试表；施工控制表6：斜拉索安装控制指令；施工控制表7：索力调整控制指令；施工控制表8：主梁日照温差温度变形观测表；施工控制表9：塔柱日照温差温度变形观测表。除上述施工控制表外，施工控制组尚建立了若干内部使用表格，用以进行施工误差分析、评价等。这些内部表格包括：施工控制表10：主梁测试记录表；施工控制表11：索塔测试记录表；施工控制表12：索力测试记录表；等。还有一些分析评价工作则直接采用若干计算机电子表格完成。全桥施工控制的测量工作主要围绕这些施工控制表格中的内容进行。报表完成的流程如图8所示。图8 施工控制报表完成的流程对于阶段性施工控制结果及其分析评价结论，施工控制组则及时以通报的形式报送给建设方、监理方、施工方和设计方。本桥在施工过程中发出了6次通报，对有关各方及时了解结构状态及指导后续施工起到了良好作用。4施工监控实现的主要结果4.1施工过程沿程监控结果淮北市长山路斜拉桥的施工监测与控制工作随着施工进程而同步进行，监控组通过对主梁、索塔应力和变形情况的实时监测和预测分析，指导施工进程和预警施工安全，从而保证了各阶段施工作业的顺利完成。为便于施工过程中的分析评价和监控通报，我们以斜拉索张拉工序为特征，把全部施工控制工作划分为四个施工控制时段。各施工控制时段的施工内容和监控情况总述如下。施控段A：本施控段所涵盖的施工阶段主要有：主跨、边跨主梁分段浇筑，部分纵向预应力束张拉，以及各斜拉索的安装和初张拉（第一轮张拉，支架卸载以确保雨季支架安全）。注意在主、边跨塔根部附近第一段主梁浇筑并达到充分强度后，进行了C5-C7纵向束张拉，同时进行了横梁预应力张拉，以及桥面板横向预应力张拉。本时段施工都是在主梁支架上进行的，支架刚度以及地基沉降的不均匀性和不确定性对结构的影响不容忽视，也是施工控制的难点。施工控制的原则主要是通过实时监测确保结构安全，并根据各种实测数据不断修正施工控制计算模型，以准确模拟实际施工过程。施控段B：本施控段所涵盖的施工阶段主要有：主跨、边跨剩余纵向束分批张拉，横梁预应力束张拉，桥面板横向横向预应力束张拉，以及各斜拉索的第二轮张拉（主梁脱架张拉）。由于支架的纵向摩阻力作用，主梁截面预压应力是随着主梁的张拉脱架，支架摩阻力的消除而逐步趋近目标值的。施工控制计算通过反复计算分析，确定合理索力，从而既保证了主梁一定的脱架抬升量，又确保其处于安全的应力状态。本时段施工控制的跟踪实时测试和反馈计算分析对指导施工进程和预警施工安全起到了作用。施控段C：本施控段所涵盖的施工阶段主要有：主跨、边跨主梁底部支架从边墩至塔根部的分阶段对称撤除；为确保主梁撤架安全而对个别斜拉索的补充张拉（第2 轮补充张拉）；主梁撤架后第三轮斜拉索张拉。主梁撤架施工是本桥的关键施工阶段之一，必须确保撤架后的结构处于安全的受力状态。施工控制组通过反复计算，确定脱架前第二轮拉索的合理索力，从而既保证了主梁脱架的一定抬升量（主跨中最大抬升量的理论计算值约20mm，与实测值吻合良好），又保证了脱架后的结构安全。主梁脱架后全桥结构受力基本明确，在此情况下进行第三轮斜拉索张拉，以满足后续桥面铺装以及使用阶段的结构受力要求。此阶段主梁主跨段抬升量较大，截面应力变化幅度大，个别截面（主跨中、塔根部附近主梁截面）上、下缘应力已接近其容许应力的极限。在拉索过程中，施工控制组通过对主梁、塔柱应力和变形情况的实时监测和预测分析，保证了此阶段工作的顺利进行。施控段D：本施控段所涵盖的施工阶段主要有：主跨、边跨行车道桥面铺装，第四轮斜拉索调索张拉。根据施工控制计算分析，确定行车道桥面铺装厚度主跨采用8cm，边跨由8cm至12cm渐变，以满足使用阶段辅助墩支座反力要求。在第三轮调索的基础上，根据桥面铺装后的全桥实测受力变形状态，进行第四轮斜拉索有选择调索，以满足结构在使用阶段的强度、刚度等要求。此轮索力是在综合考虑到前期主梁分段浇筑阶段支架沉降影响、调索过程中结构安全以及成桥结构的使用要求而确定的。此阶段主梁实测位移值及应力增量与相应理论计算值吻合良好。4.1.1主梁砼应力沿程监控结果(1) 主梁控A-I、控B-I截面上、下缘应力的测试值与理论计算值相差较大，这一应力误差起始于主梁砼分段浇筑阶段，而之后的施工阶段测试应力值与理论值的增量和变化趋势则基本相近。关于应力差值，由实测结果来看，上缘测试值偏小，下缘测试值偏大，但上、下缘应力之和的测试值与理论值相近。因此，这一应力误差的主要是弯矩误差引起的。经分析，这一应力差的主要原因在于主梁砼分段浇筑过程中支架或地基的不均匀沉降。此时已浇梁段一端与索塔固结，另一端自由，类似于悬臂梁但受到支架支承，支架或地基沉降将在主梁塔根处产生较大负弯矩。在本桥施工控制计算模型中，已考虑到了支架的弹性变形，但支架或地基的非弹性变形和不均匀沉降则由于其复杂性难于准确模拟，且从实际观测结果来看其变形或沉降值还随时间延伸不断累积，因此导致较大应力误差。应当注意的是，由于从主梁砼分段浇筑开始至结束存在结构体系转换，即由受支架支承悬臂梁到梁端受边墩支承的体系，因此这一弯矩或应力误差无法在支架拆除后闭合。施工控制通过在施控计算和索力控制中人为计入这一误差来保证结构安全，实施情况表明，这一做法是成功的。(2) 主梁控A-、A-、B-和B-截面的上、下缘应力实测值与理论值及变化趋势基本吻合，控B-应力误差略大，系与该截面靠近边跨辅助墩，应力梯度大有关。由实测结果来看，主梁砼浇筑阶段支架或地基不均匀沉降对它们的影响不大，这是因为这些截面位于梁跨中部，支架或地基沉降较均匀，不象靠塔根处截面，其支架或地基沉降因受塔根部约束，较不均匀。(3) 关于主梁支架模板摩阻力对主梁预加力的影响，由应力实测值与理论计算值的对比分析，在施控段A中的先期主梁预加力因支架模板摩阻引起的预应力损失并不大，估计在此阶段支架与模板间尚存在连接缝隙，主梁先期预加力基本上能全部作用于梁体上。在施控段B，主梁剩余预应力束张拉，则存在较大模板摩阻损失，支架对预加力的纵向水平约束始发挥作用。经详细计算，损失值对塔根处主梁截面A-，B-，约占总预加力的35，对跨中截面A-，B-约20，对靠边墩梁端截面A-,B-较小。此损失值随着第二轮斜拉索张拉主梁的逐步抬升和支架的拆除而逐渐消失。施工控制主要通过主梁支架拆除前的两轮斜拉索张拉的索力合理调配，来保证主梁应力处于安全范围内。4.1.2 索塔应力监控结果索塔为钢管砼结构，由于钢管的套箍作用，管内砼的强度会有提高。由各施控段的应力实测结果来看，上、下塔柱根部截面应力的实测值与理论计算值及其变化趋势基本吻合。下塔柱根部应力实测值与先期支架沉降以及塔柱上附着的临时支架等的影响。各应力结果较其容许限制均有很大富余，均处于安全范围内。4.1.3主梁、索塔变形监控结果淮北市长山路斜拉桥施控测量工作由施工单位完成。按照施工监控组的要求，主要进行主梁标高和索塔水平偏位的测量工作，前期尚做了支架变形等测量工作。(1) 索塔偏位：受索塔工作空间限制，本桥斜拉索张拉采用主跨或边跨单侧不对称张拉方式，因此在斜拉索张拉过程中索塔沿桥向来回摆动，但由于对斜拉索张拉力进行了合理调配，索塔偏位值不大，塔顶最大偏位值控制在cm之内，保证了索塔受力安全。第四轮调索后，索塔顺桥向的绝对偏位实侧结果为14.5mm（取塔柱各肢钢管偏位观测值的平均），理论计算值为11.8mm（偏向边跨）。后期随着人行道铺装和主梁砼收缩徐变，索塔顺桥向偏位会逐步减小到5mm之内。 (2) 主梁竖向变位：本桥由于主梁是在支架上分段现浇完成的，因此主梁线形自主梁浇筑开始即较平滑。施工过程中各阶段主梁竖向变位值是施工控制的重要指标之一，因为变位实测值较应力实测值更稳定可靠。在第一轮斜拉索张拉期间，由于张拉力不大，主梁竖向抬升量亦不大，仅为毫米级以下。在第二轮斜拉索张拉期间，主梁竖向抬升量有所增大，尤其是最外侧的几根斜拉索（A12A13）张拉，主梁抬升量在厘米级水平。至第二轮拉索结束后，主跨最大抬升量实测值为21mm，理论计算值为23mm，相互间较接近（位于主跨11号索处）。经现场实际观察，此时在主跨5A13索位间梁段已与支架模板脱空，与理论计算结果基本吻合，这为随后的支架拆除工作创造了条件。第三轮斜拉索张拉在全部支架拆除后进行，其间主梁竖向抬升量较大，每对拉索引起的主跨最大竖向变位值均在厘米级以上，第三轮拉索前后主跨最大竖向变位实测值为113.7mm，理论计算值为111.10mm（位于主跨9号索处）。第四轮斜拉索张拉在行车道铺装完成后进