桥梁施工监控措施研究.pdf

总651期2023年第21期（7月 下）0 引言在桥梁工程施工阶段，施工监理是强化施工质量管控的有效手段。但传统的监理模式以工后质量验收为主，缺少对施工关键技术环节的过程监控，导致施工监督管理力度不足。为解决这一问题，本文提出一种主动监控的工作方法，模拟计算和实时测量重要的施工技术指标，分析实测指标与设计理论值之间的偏差，保证施工全过程处于监控状态，提高安全施工水平，避免发生各类事故。1 工程概况某桥梁工程全长 292 m，孔跨布置为 30 m+68 m+116 m+68 m，上部结构为预应力混凝土连续梁+装饰拱结构，引桥为预应力混凝土连续梁。主桥桥墩为柱式墩，采用U形桥台设计，墩台基础为钻孔灌注桩基础。桥面采用双向八车道建设标准，总宽为50 m，车速为60 km/h，本工程为大跨径连续梁桥，施工中采用悬臂法，为加强施工质量控制，减小施工与设计的偏差，本工程采用主动监控的工作方法，对桥梁结构进行有限元分析，保证桥梁结构安全。2 桥梁施工监控措施本工程施工采用主动监控的工作方法，监控流程为：制定监控技术方案确定监控目标模拟计算施工过程分析结构实际与理论状态误差找出产生误差的原因提出误差调整建议验收工程质量。具体监控工作方法的应用如下：2.1 施工监控技术方案2.1.1 施工过程模拟分析法1）正装分析法。这是根据桥梁施工阶段前后次序对桥梁结构进行分析的方法。在分析正式开始前，要对桥梁的实际施工过程进行模拟，并充分考虑各种影响桥梁结构施工的因素。该分析法在大跨度桥梁结构位移及受力状态分析中的应用较为广泛。2）倒装分析法。将成桥的目标状态作为计算起点，依据加载顺序的逆过程计算结构，借助内力与位移数值的不断累加，确定桥梁结构施工阶段理想的受力状态。该分析方法可以使成桥线形及内力状态更好地达到设计要求，适用于悬臂浇筑法施工的连续梁桥。3）无应力状态法。该方法假定单元体在无应力状态下的桥梁长度与曲率保持不变，分析桥梁施工过程与成桥最终状态的关系。实践表明，无应力状态分析法，可以通过假设自动逼近成桥状态，使其在斜拉桥、钢筋混凝土拱桥的计算中具有良好的适用性。2.1.2 桥梁结构分析法1）有限元法。当桥梁为多元超静定结构时，可选择有限元法对结构进行分析。有限元是结构分析中较为常用的方法之一，其将桥梁分成有限个单元体，各个单元体之间通过节点相连接。分析单元体，利用节点位移构建数学方程，对自由度问题进行转化，即从无限变为有限。目前，用于桥梁结构分析的有限元软件一般都是以梁或杆作为单元展开模拟分析。2）解析法。该方法虽然在桥梁结构分析中的应用较为广泛，但对于一些复杂程度较高的桥梁结构却不适用，仅适用于结构简单的桥梁。2.1.3 主要监控技术1）模拟计算。根据桥梁工程设计图纸中提供的数据模拟施工过程，对施工阶段的变形量、应力值等指标进行理论计算和分析，将理论值确定为施工中期控制目标，作为实际施工过程中的控制指标。2）参数识别。跟踪检测施工中应力、变形、稳定性、安全系数等实测值，根据实测值与理论值分析桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差，确定设计参数修正范围，以减小理论值与实测值的差异。收稿日期：2023-04-11作者简介：张利（1977），男，工程师，从事公路工程施工工作。桥梁施工监控措施研究张利（唐山市交通运输局公路工程质量执法大队，河北 唐山 063000）摘要：以某桥梁工程为依托，分析桥梁施工中监控的工作方法。研究结果表明，在桥梁施工阶段通过制定科学的施工监控方案，合理采用有限元计算分析、温度场测量监控、线形测量监控、预应力管道摩擦损失监控和应变-应力测量监控方法，能够保证桥梁结构施工质量。关键词：桥梁施工；监控工作；有限元分析；线形监控；应力监控中图分类号：U415.6文献标识码：B176交通世界TRANSPOWORLD3）误差成因分析。在参数识别后，分析产生理论状态与实际状态偏差的成因，确定施工控制的关键因素，采用控制理论中的误差调整计算方法调整偏差，主要包括最小二乘法、神经网络法、卡尔曼滤波法等。4）施工监测。桥梁工程施工中存在诸多不确定因素，当桥梁结构状态发生变化时，施工控制参数也会发生变化，需要监理人员实时测量施工控制参数，将其与设计指标进行比较分析，确定各项指标的校验数值。本工程桥梁施工监测的重点为应力、温度和结构线形监测。2.1.4 施工监控内容1）线形监控。桥梁工程施工中受风力、自重、荷载等因素的综合作用会发生一定程度变形，使桥梁结构实测值偏离目标值，如果没有及时修正变形，则会导致变形值随着各个施工阶段的推进而不断加大，最终造成桥梁线形不符合设计要求和规范要求。因此，本工程将线形监控作为重要内容，及时处理实测误差，保证桥梁工程完工后的线形状态达到设计目标值要求。2）应力监控。桥梁结构的应力状态是影响桥梁工程安全性的重要因素，本工程在应力监测中采用自动化应力监测系统，实时掌握桥梁结构应力状态，当系统监测发现实测值超出目标值后便会立即发出安全预警，要求施工单位立即停止施工，第一时间处理应力偏差，防范安全事故的发生。3）温度监控。施工温度是影响桥梁工程主梁挠度和应力的关键因素，本工程采用先进的智能化感应设备收集主要结构部位的温度信息，监控混凝土温度变化，根据监控结果建立起模型，修正相关设计参数。由于本工程桥梁混凝土施工不属于大体积混凝土结构，所以不用考虑小环境温度对主梁挠度和应力的影响。2.2 确定施工监控目标施工监控主要通过实时分析桥梁结构参数，预测误差值，监督施工单位及时纠偏，保证工后桥面线形和结构达到设计要求。本工程施工监控目标确定为：混凝土强度达到技术规范要求；立模标高允许偏差控制在010 mm；轴线偏位允许偏差控制在10 mm以内；梁顶面高程允许偏差控制在10 mm以内；断面顶宽允许偏差为30 mm，箱梁底宽允许偏差为20 mm，顶板、底板、腹板厚度允许偏差控制在5 mm以内。2.3 主要监控技术2.3.1 有限元计算分析本工程采用有限元分析法模拟桥梁模型，计算模型数值。1）本工程左右幅为对称结构，在计算分析时只需对其中一幅建立起独立模型，用于施工监控分析。利用有限元计算分析软件，根据设计图纸和施工方案验算边幅和中幅桥梁结构，计算梁底立模标高理论值，依托理论值确定桥梁控制线型。模型具体参数为：混凝土溶重为 26 kN/m，弹性模量 3.54 MPa；标准温度20；桥面铺装容重24 kN/m。根据参数建立左幅梁单元模型，共设置57个节点，分为56个单元。2）利用MIDAS CIVIL空间有限元分析软件计算本工程的桥梁空间，计算桥梁在自重、车载、风力等多重荷载作用下各构件的变形值、内力值，将其与设计指标对比分析，用于复核检查成桥状态结构；在计算过程中，要加入预应力二次矩、收缩徐变等数值，考虑工后运营阶段各种荷载组合，保证计算结果更加符合实际情况。3）本工程监控将混凝土收缩徐变作为监控重点，从柱墩施工开始计算，桥梁模型假设条件为：假设桥梁混凝土结构为素混凝土；采用规范规定的弹性模量计算混凝土弹模；桥梁预拱度满足混凝土徐变年限内的变形要求。4）计算桥梁施工阶段的收缩徐变量、立模标高，确定主梁线形控制指标。立模标高计算公式见式（1）：H立模=H+Y1-f1-f2+H修（1）式中：H为桥梁工程设计标高；Y1为成桥预拱度；f1为施工阶段主梁位移；f2为后续施工促使主梁产生的位移；H修为数据修正值。5）验算箱梁混凝土应力，主应力最大值为 12.2MPa，最大拉应力为 1.8 MPa，均满足技术规范要求，能够保证桥梁结构安全。2.3.2 温度场测量监控1）采用温度传感器、综合测试仪测量和精度0.5 点温计测量主梁温度，增加温度测试断面，确定全桥温度场分布情况，全面掌握主梁温度变化；采用水银温度计、点温计测量桥梁施工环境的大气温度。2）在全桥跨中段测试梁体温度场，掌握温度场分布规律，根据测量数据监控合龙施工；温度测量频率为每间隔2 h测量1次，分析测量数据，确定最佳的合龙施工时间段。3）根据本工程的温度场变化规律和环境温度变化规律，确定应力和线形的最佳测量时间为22点至次日6点，此时间段的温度较为恒定，环境温度与梁顶温度、梁底温度之间的差值均取5。2.3.3 线形测量监控1）在标高监控中，每幅断面立模标高测试点共设置7个，采用自动安平水准仪测量标高；标高测量时间段为20点至次日7点，避开温差大的时间段；测量部位为主梁顶模板和底模板，根据测量结果显示，立模标高误差满足最大允许误差不超过10 mm的要求。2）测量主梁截面尺寸，设置96个测量断面，根据177总651期2023年第21期（7月 下）测量结果显示，仅5个断面不满足质量验收评定标准，但偏差值均在可接受的范围内。3）测量桥面线形，测量结果显示线形与设计值偏差在0.71.9 mm之间，符合设计要求；观测成桥桥面线形外观，本工程桥梁线形基本达到施工标准要求。2.3.4 预应力管道摩擦损失监控对本工程纵向预应力束采用低松弛钢绞线，共19根，钢绞线标准强度为1 860 MPa，采用塑料波纹管成孔施工技术，分别在 T5、T6顶板束上测试摩擦损失。测试结果显示：T5在1级7级荷载作用下，摩擦损失率在18.9%40.5%之间：T6在1级7级荷载作用下，摩擦损失率在26.5%37.5%之间，上述测试数值均在正常范围内。2.3.5 应变-应力测量监控1）本工程应变测量采用埋入式应变计，测量精度小于2.5%F.S。在测试中，直接连接地线与频率线，测试仪表会自动显示出钢弦频率，根据频率和系数计算出应变值；对应变值进行温度修正，去掉因温度变化引起的应变值，保证应变值计算的准确性。2）本工程采用混凝土振弦式记忆智能应变传感器和综合测试仪对混凝土应力进行测试，根据测试结果计算出混凝土弹性模量；在主梁应力测试控制左右幅截面各布置7个测点，共14个测点，箱梁每个应力测试截面布设测点16个。3）根据测试结果显示，在施工过程中，测量的应力值与设计值偏差均不超过1.7 MPa，最大压应力值为9.8 MPa，满足工程设计不超过15.8 MPa的要求。2.4 施工监控效果在本工程施工中采用有限元分析方法和现场测试方法进行监控，取得了以下效果：1）本工程箱梁最大应力控制在10.74 MPa，实测控制截面应力十分接近设计理论值，表明箱梁结构具有良好的应力储备。2）在施工监控中，测量混凝土主应力最大值为9.5 MPa，最大拉应力为1.2 MPa，符合技术规范要求；成桥后测量梁体应力为-8.5 MPa，符合理论计算值小于1.8 MPa的要求；测量轴线偏差小于8 mm，符合监控目标要求；边幅桥梁应力实测值与理论值相差小于 1.7MPa，满足技术规范要求。3）监理方在施工前期采用主动监控方法，使桥梁线型、结构变形、结构应力、结构稳定均在可控状态下，保证了桥梁工程质量达到验收标准。主动监控方法与传统监控模式相比，能够实现对关键质量指标实时监控，确保施工安全。3 结束语桥梁工程建设需转变传统监理模式，本文采用主动监控的工作方法，对技术复杂的桥梁施工进行状态监控，借助有限元分析软件、先进仪器设备实时检测桥梁结构的技术指标，分析施工偏差，以保证桥梁施工质量达到设计要求。在桥梁施工阶段，监理单位要合理布置桥梁受控关键部位测点，全面监控桥梁结构状态，及时采取纠偏措施，防范施工事故的发生。参考文献：1 吴迪.高速铁路桥梁施工中监控量测的应用J.山西建筑，2013（21）：182-184.2 赵国梁.桥梁施工中监控及桥梁裂缝成因的分析研究J.山西建筑，2016（32）：192-193.3 李伟.桥梁施工中监测与监控技术的应用J.新材料新装饰，2021（16）：187-188.4 胡凯.桥梁施工中监测与监控技术的作用J.黑龙江交通科技，2020（6）：147-148.5 王元良.道路桥梁施工中钻孔灌注桩施工技术的应用J.居业，2019（11）：113-115.6 计一平，林活生.基础钻孔灌注桩施工技术在桥梁施工中的应用J.交通世界，2017（16）：96-97.7 顾卿.桥梁施工中监测与监控技术的作用J.黑龙江交通科技，2017（6）：121-122.8 王国彦.工程监理在道路桥梁施工中的重要作用J.青海交通科技，2017（4）：32-34.9 黄前.监理方在桥梁施工中承担监控的探索研究D.南宁：广西大学，2014.10 王德森.桥梁施工监控技术的发展概述J.经营管理者，2009（14）：113-114.11 袁剑波，张建仁.主动监控模式及其在公路桥梁施工中的应用研究J.科技进步与对策，2011（13）：133-136.12 董霄.公路桥梁施工监理实施及其质量监控要点探索J.建筑知识，2016（2）：45-46.13 徐翰林.研究公路桥梁施工监理实施及其质量监控要点J.建材与装饰，2018（14）：281.14 张健朋.主动监控模式及其在公路桥梁施工中的应用J.交通世界，2021（27）：61-62，66.178