苏涛

(天津城建集团有限公司工程总承包公司，天津市 300211)

上承式空间曲面连拱桥施工监控方法

苏涛

(天津城建集团有限公司工程总承包公司，天津市 300211)

拱桥具有特殊的线条美感，拱桥在城市桥梁中占有很大的比重，跨域能力及外观效果均能满足城市景观的需要。上承式拱桥的特点是拱肋决定拱上建筑，从结构受力安全和结构线形两方面均需要过程控制，施工监控是必不可少的一项内容，通过施工前模拟，将桥梁施工过程中的各种荷载、结构内力、后期横载充分考虑进行分析计算，提供相应的施工数据，施工过程中通过对坐标、高程、应力、应变的测量进行监控，保证施工过程安全并最终满足设计要求。

拱桥；空间曲面；结构定位；施工监控

1　概述

1.1上承式拱桥简介

上承式拱桥具有悠久的历史，随着人们越来越重视桥梁的建筑美学,构件截面复杂性的增大与拱肋的形式多样,使上承式拱桥的施工监控在保证桥梁施工的安全顺利建成中起着重要的作用。上承式拱桥施工控制的目的就是确保桥梁施工中的快捷、安全并尽量使成桥后的结构内力、线形与设计预期相符合。因此上承式拱桥的施工监控是确保施工安全与成桥质量至关重要的一环。本文以北京市通州区北关大道跨北运河桥梁工程为背景,研究该桥施工控制内容与方法，由于该桥结构新颖，双曲面拱肋，多根拱肋结合横向联系，拱上建筑线形多变，使整个桥梁对于监控的研究有着特殊的意义。

1.2北京市通州区北关大道跨北运河桥梁工程简介

北关大道跨北运河桥梁位于通州运河核心区规划北关大道跨北运河处，桥梁方案为“千荷泻露”的梁拱组合桥；桥梁全长360m，桥梁总面积17266m2。其中跨越主河槽的主桥桥长约210m，为30m+40m+70m+40m+30m的上承式钢结构连拱桥；引桥桥长约150m，为两联3×25m预应力混凝土梁桥。桥梁横断面形式复杂，主桥桥梁宽42.6～68m。人行道宽度及流水平台沿着桥梁纵向不断变化，1#和4#墩处桥梁全宽为53.4m，2#和 3#墩处桥梁宽度达全桥最宽，为68m。在步道及流水平台变宽的过程中，各层步道高程逐渐分开，形成三层不同高度的步道，桥梁结构三维图如图1所示。

2　施工监控的目标

对该桥施工期间的线形、拱肋高程及应力等内容进行有效的控制和调整，保证实际结构在施工过程中的受力和变形始终处于可控、安全及合理的范围内，并且由这些施工状态逐步演化到成桥后，结构内力和线形均符合设计要求并且与理论期望值的误差最小。根据该桥的具体情况，本桥施工监控的目标有如下三个方面：

2.1标高控制

通过理论计算确定拱肋安装标高，根据温度及拱肋安装顺序给出施工标高，同时现场安装过程中控制各部位安装标高误差在允许范围内。

2.2空间坐标控制

在保证桥梁结构安全的前提下，考虑综合工况下的桥梁各部位的安装位置及几何形状，提供预偏值作为施工控制坐标校核，通过现场安装反馈数据，对比理论计算再进行适当微调。

2.3结构应力控制

在施工过程中，随时监测结构各主要受力部位的应力，确保应力在容许范围内，以保证结构在施工期间的安全性。实测应力同时可以修正施工监控理论计算的参数取值，校核理论分析的准确性。

3　施工监控程序

采用MIDASCIVIL计算程序，按各项参数的理论值或实测值计算下一阶段的施工监控参数，如立模标高、各步骤的索力张拉值、各步骤的索塔标高等。

按规定程序检测各项数据，如结构变形、主梁应力、结构温度、施工荷载等。将这些数据进行整理并输入计算程序做跟踪分析。

比较理论计算结果和实测结果的差别，分析出现偏差的原因，调整参数取值重新计算，缩小两者的差别。按调整后的各项参数计算下一步骤的施工监控数据。

4　监测系统监测对象

4.1施工环境监测

温度是桥梁结构施工过程的重要荷载源。根据桥型、桥位和施工特点，温度是必须监测的内容，对其进行监测有利于施工控制参数分析及误差分析，大气温度采用温度计测量。

4.1.1监测内容

监测桥址处环境温度。

4.1.2监测目的

（1）分析并预测环境温度对变形(如拱肋及主梁位移等)的影响。

（2）预测在桥梁施工过程中可能出现的极限环境温度荷载。

4.1.3监测方法

根据施工控制的需要，利用温度计与红外线测温枪非连续地监测大气温度（用人工非连续采集数据）。

4.2主梁标高及变形监测

4.2.1监测内容

主梁标高及变形监测是施工监控中最重要的反馈指标之一。主梁监测包括制造过程与安装施工过程的监测，主梁监测的主要内容包括主梁安装完成后高程、附属及桥面系施工完成后的高程、成桥标高等。施工过程中的几何测量工作主要由施工单位实施，施工监控单位根据施工控制工作的需要，安排进行关键施工环节的几何测量，负责提供几何测量的方案及相关表格，并对测量结果进行计算分析，提出误差解决方案，此过程需监理单位配合施工单位对几何测量结果进行必要校核。

4.2.2监测目的

（1）为及时、直观地评价主梁施工状态提供资料。

（2）为评价桥面线形提供资料。

（3）为施工控制线形的误差分析提供测试数据。

4.2.3监测方法

采用高精度水准测量或三角高程监测等人工监测的方式对主梁进行竖向、横桥向及顺桥向水平变形的监测。

4.2.4技术要求

对全站仪、棱镜以及水准仪等的技术要求由专门的施工测量人员进行操作，并由监理单位对测量结果进行复核。

4.2.5施工要求

（1）在桥面系精确匹配时利用水准仪及全站仪对桥面系的变形进行人工测量。

（2）桥面系安装的其他工况，利用水准仪及全站仪对桥面系高程进行人工测量。

（3）光学仪器的安装技术要求由施工单位提出。

主梁标高测点布置如图2所示。

4.3拱肋变形监测

4.3.1监测内容

拱肋几何测点的变位，校核拱上荷载对拱肋的影响；施工过程中拱肋的几何测量工作主要由施工单位实施，施工监控单位根据施工控制工作的需要，要求施工单位对重要施工控制阶段的几何变形进行复测检验。

测量工作应在早晨日出前进行，以消除日照影响；风载作用引起的水平振动应在测量时予以消除。在拱肋架设完成后，在每个吊点位置设置永久性的变位观测点，定期观测主拱变形，以观测不平衡荷载、日照等因素对主拱变位的影响。桥梁通车后也应定期观测主拱变位。拱肋合拢时间必须在夜间（温度恒定情况下）进行。

4.3.2监测目的

（1）为评价拱肋线形及受力情况提供资料。

（2）为分析施工控制的线形误差提供实测数据。

4.3.3监测方法

采用棱镜或其他光学测量装置监测拱肋几何控制测点的三维位移。

拱肋几何控制点的布置如图3所示：每个拱肋的拱脚处、拱肋1/4点处、拱顶处设置几何控制测点。

图3　拱肋几何控制点的布置图

4.3.4技术要求

（1）拱肋位移控制测点测试装置及安装技术要求由专门的测量人员完成。

（2）拱肋位移控制测点测试装置（如反光片）应可靠地固定在结构上，施工过程中不得松动，拱肋涂装过程中应注意避让。

（3）利用全站仪进行拱肋三维变形的定期监测，对拱肋位移测点进行测量。

（4）拱肋位移测试工况：

a.拱肋合拢后。

b.主梁安装后。

c.桥面系安装后。

d.桥面铺装完成后。

（5）为减小温度影响，所有测量工作均应在日出前完成。

拱肋标高测点布置如图4所示。

图4　拱肋标高测点顺桥向布置图

4.4结构应变（应力）监测

4.4.1监测内容

桥梁各控制截面的应变（应力）。

4.4.2监测目的

应变（应力）监测的主要目的在于为计算桥梁在施工过程中的安全性指标提供预警信息。

4.4.3监测方法

应力测试与主梁、主拱施工同时进行，因而要求测试元件必须具备长期稳定性好、抗损伤性能好、设置定位容易及对施工干扰小等性能。在主梁和主拱上选取若干断面，在每个断面上布置若干应变计。应变传感器采用基康仪器有限公司生产的BGK-4000与BGK-4200型弦振式应变计及其配套的应变读数仪进行（图5～图7），这套设备的特点是高精度（<1.0με）、大量程（3000 με）、抗干扰能力强、能在严寒条件下工作、可长期观测、可同时量测测点的应变和温度。仪器设备如图5、图6、图7所示。

图5　BGK-4000振弦式弧焊型应变计

图6　BGK-4200振弦式埋入型应变计

图7　BGK-408振弦式读数仪

4.4.4测点布置

全桥应力测量断面的位置如图8所示，测量断面布置在混凝土拱肋、钢拱肋、立柱位置，拱肋应力测试断面为断面1-1与4-4；直立柱与斜立柱应力测试断面为断面5-5与6-6。断面1-1～4-4及6-6布置8个应变计，断面5-5布置12个应变计，用应变计测量其应力分布，全桥共用应变计52个。

图8　拱肋应力监测点断面布置图

应变计在混凝土拱肋横断面上的布置如图9所示。

应变计在立柱横断面上的布置如图10所示。

图10　立柱应力测点横断面布置图(单位：cm)

4.4.5施工要求

（1）测试截面的测试元件导线采用PVC塑料套管保护，测试元件导线线头集中引出处应设置保护装置，以避免后续施工过程中对测试元件导线线头的损坏。

（2）测试元件的安装、设置由监控单位成员现场指导，并布设导线；施工各方应提供对元件安装与测试中交通、照明、人员工作安全的协助。

（3）测试元件的安装、固定要可靠，施工中要注意对测试元件的保护，应注意避免焊接电弧灼伤测试元件、测试线路，浇筑混凝土时振捣棒不得靠近测试元件及导线。

（4）严禁非测试人员擅自移动测试元件及线路；严防盗窃测试元件、线路和仪器；严禁在测试元件附近使用高温或强电磁设备；严禁在测试元件附近堆放施工材料；严禁敲打、挤压等方式破坏测试元件。

5　结　语

施工监控工作对拱桥施工的重要性比较突出，通过计算及施工过程控制，桥梁从施工过程到最终成桥均处于安全受控状态，最终实现了设计理念。对于结构复杂的桥梁来讲，设计、施工单位是主导，监控工作是不可或缺的一部分，它起到承上启下的作用，施工过程中可以对设计成果进行复核，也能跟施工单位紧密结合，这对工程顺利实施具有重要意义。

[1]JTGD60—2015，公路桥涵设计通用规范[S].

[2]JTGD62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

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U445

B

1009-7716（2016）11-0096-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.11.027

2016-08-08

苏涛（1982-），男，天津人，工程师，从事市政桥梁施工工作。