■余印根

（福建省永正工程质量检测有限公司，福州 350000）

近年来， 在建桥梁施工过程中垮塌事故频发，如2021 年5 月8 日， 杭绍台高速城区段杭甬运河上方在建的杭甬运河桥东幅系杆拱桥发生局部垮塌；2021 年4 月25 日河南宜阳灵山在建系杆拱桥发生局部垮塌；2019 年9 月1 日，安徽省全椒县江北大道跨襄河大桥在建钢结构支架垮塌。 为保证施工安全顺利进行，施工过程中的监测监控受到了工程师的高度重视[1-4]。对施工过程进行全程实时监控，以保证施工人员及周边人民的生命财产安全是非常有必要的[5]。

在桥梁施工过程中进行实时监控，对监控数据进行分析和评估可优化设计，有利于指导现场施工，确保桥梁施工的安全与质量，提高工程的经济效益和环境效益[6]。 同时，也可节省工程投资，为提高建造工艺水平提供了科学依据和技术保证[7-11]。吊杆拱桥施工复杂且存在体系转换过程，为保证施工过程控制安全准确，及确保最终成桥线形和受力状态满足设计要求，施工过程采取有效的监控措施具有重大的现实意义[12]。本研究以某中承式拱桥为对象，介绍了该拱桥施工监控流程、测点布置及监控存在的重难点等内容， 结合MIDAS/Civil 软件施工仿真分析结果，对比分析了上部结构位移、内力和索力监测结果。

1 工程概况

本桥为人行景观拱桥， 结构形式为Lp=65 m 中承式混凝土有推力拱桥， 全桥共设两榀钢筋混凝土拱，拱肋截面为“工”字形。 拱肋的理论计算跨径为65 m，计算矢高13 m，矢跨比1/5，理论拱轴线为悬链线。 桥面结构采用纵横梁体系、整体桥面板，以提高结构的整体刚度。 桥梁的总体布置见图1。

图1 桥梁总体布置示意图

桥梁横向布置：0.7 m（拱肋吊杆区）+0.25 m（栏杆）+6.0 m（人行道）+0.25 m（栏杆）+0.7 m（拱肋吊杆区），桥面全宽7.9 m，两拱肋中心间距7.3 m。

本桥跨越的河床较宽，水位较高且河床地质情况较复杂，现浇支架的支撑系统采用钢管桩基础和贝雷片，在上搭设木排支撑架与模板。 桥面板浇筑完毕后，在桥面板上搭设扣件式钢管支撑排架与模板。 施工总体流程见图2。

图2 施工流程

2 施工监控流程及重难点分析

2.1 施工监控流程

在各施工阶段中，通过结构位移与应力实测值与理论值的差异对比进行影响参数误差识别，并对未施工部分影响参数进行误差预测，分析误差对成桥状态的影响并及时采取有效处理措施[12]。 施工监控流程见图3。

图3 施工监控流程

2.2 施工监控的重难点分析

施工控制实际上是对施工过程进行分析、监测、比较和调整的过程。 现根据施工监控的基本原理，结合本桥具体的设计与施工特点对其施工监控过程中的重点与难点进行分析。

2.2.1 施工监控的理论分析

精细的理论分析是施工监控中的重要环节。 结合本桥的设计与施工特点，在理论分析中要突出以下几个环节。

（1）成桥状态的合理确定

施工监控一般是进行从上部结构施工开始至二期恒载施加完毕后的成桥状态这一施工全过程的结构状态控制。 因此需对结构进行详尽的理论分析以合理确定本桥在二期恒载施加完毕时的成桥线型以及成桥内力状态， 从而确定成桥控制目标。成桥验收时将以成桥线形和成桥内力作为标准，并保证本桥的远期线型与设计值相符。

（2）成桥过程的理论分析

结合具体的实际施工过程和施工方法，对成桥过程中的每一施工阶段进行分析计算，得到各工况下桥梁拱肋、纵横梁的理论变形及应力值，从而确定上部结构开始施工至二期恒载施加完毕到达成桥状态这一施工全过程的理论参考轨迹。 分析中将考虑实际的具体施工方法和施工工艺，如实际施工荷载的大小和分布、结构及其组成材料的实际物理力学特性等，以使分析结果能更加接近实际，从而减小设计阶段因无法获知具体的施工方法和施工工艺而导致分析结果存在的误差。

2.2.2 施工监控数据测试

施工数据测试是施工控制得以进行的基础，是施工控制的重要组成部分。 通过测试所获得的各施工阶段结构受力、 变形等的实测值是施工控制、施工调整的依据。 本拱桥施工监控数据测试方面的重点难点分析如下：

（1）应变测试

本项目主要采用带温度测试功能的钢弦式应变传感器测试结构内混凝土的应变。 虽然钢弦式应变计比较稳定可靠且能获得测点处的绝对应变（累积总应变）， 但应注意传感器内应变初始值的读取时间。 初值的读取时间应为混凝土浇注、混凝土水化热已完成后的某一时刻。 具体时间应根据现场情况确定，且应变传感器埋设至其初值读取这一期间应使结构体系及其上荷载保持不变。

（2）标高测试

标高测试必须注意水准基点的可靠设置和长期保护直至运营阶段能继续有效使用。 后视点标高也必须定期复核。 此外，标高测试时应采用平行观测的方法，即要与多个单位（施工方、监理方）进行同步观测，并及时相互比较以保证测试结果的可靠性。

（3）张拉系统的定期标定

业主和监理必须督促施工单位对其所使用的张拉系统进行定期标定，以确保预应力筋张拉力的准确可靠。 张拉系统标定时应将整个张拉系统，包括油泵、千斤顶、压力表以及油管等同时连在一起标定。

2.2.3 施工过程控制

（1）参数测试与识别

对截面刚度、混凝土容重、混凝土强度和弹性模量以及混凝土的收缩徐变系数等物理力学参数，进行较准确的测试与识别。 方便测试的参数尽可能测试，难以测试的则采用合理的方法识别。 根据测试和识别所获得参数并结合具体的施工方法和施工工艺，对结构展开切合实际的分析，从而能够获得更符合实际的结构理论参考轨迹。

（2）先进的控制系统

将采用先进的桥梁预测控制系统对本桥的施工过程实施有效控制，该系统将现代控制理论中的预测控制理论应用于的桥梁施工控制领域。 通过过程中的数据采集分析， 对模型参数不断更新修正，从而实现对施工过程发展变化的预测控制，具有较高的精度。

2.3 施工仿真分析简介

采用大型空间有限元分析软件MIDAS/Civil 建立大桥空间模型，对施工过程及运营阶段进行仿真分析，采用正装计算方法确定各施工状态下的结构受力和变形等控制数据。 根据桥梁的结构受力特点，拱肋、风撑、横梁、主梁均采用空间梁单元模拟，桥面采用板单元模拟，拱肋吊杆、系杆采用只受拉桁架单元模拟，全桥共计节点986 个，板单元28个，梁单元622 个，桁架单元580 个，桁架单元57 个。有限元模型见图4。

图4 有限元模型图

通过施工过程模拟分析，可得到桥面纵梁和拱肋标高、轴线、控制截面应力应变等变量在各施工状态下以及成桥状态下的理论值。 考虑到施工时拱肋和纵梁的位移变形，在设计图纸所给设计标高的基础上，经过分析计算得到拱肋和纵梁坐标变化，得出结构各点预拱值；由桥梁施工阶段的仿真分析得到该桥的理论挠度曲线，由恒载和1/2 活载作用下产生的挠度值反号即可得到拱肋和纵梁的预拱度。

3 施工监控结果分析

3.1 测点布置

图5 为根据理论计算结果及相关规范而确定的部分监测测点布置示意图。 由图5 可知，拱肋线形监测测点主要是在1L/4、1L/2、3L/4 等位置粘贴专业测量反光标识。 模板安装完成后利用全站仪测试各监测点的三维空间坐标，以此作为后续测试的初始值。 在后续工况下，监测各点的三维坐标，通过坐标变化反应拱肋的空间变形情况。 纵梁则是在4等分点设置位移监测点，采用水准仪进行监测。

图5 监测测点布置示意图

纵梁应变测点为每侧纵梁上设置5 个应变测试断面，具体为纵梁端部、L/4、2L/4、3L/4 位置；两侧端横梁的跨中截面顶部布置2 个应变测点；中横梁的端部和跨中截面上各布置4 个应变测点。 纵梁应变测点示意图见图6。

图6 纵梁应变计安装示意图

拱肋应变测点则为每侧拱肋上设置5 个应变测试断面，具体为两端拱脚、L/4、L/2 及L3/4 位置，全桥拱肋上共计应力测点40 个。

3.2 拱肋线形监测结果分析

图7 给出了上游侧拱肋位移变化情况。 从图7可知， 各阶段拱肋沉降与理论值发展趋势基本一致，部分阶段实测沉降略高于理论沉降值，可能与拱肋浇筑程序、模板支架刚度、吊杆张拉顺序等因素有关。 在吊杆张拉、拱肋支架卸落等阶段对沉降进行了控制和调整。 对比成桥阶段各截面的实测标高和设计标高，实测标高与设计标高误差满足规范要求。

图7 上游侧拱肋位移变化情况

3.3 应力监测结果分析

选取主要施工阶段实测数据与理论值进行对比。 其中纵梁1/2L 截面左上、右上测点应力随纵梁浇筑、拱肋浇筑、吊杆安装、拆除桥下支架等主要施工阶段的理论和实际变化曲线见图8。从图8 可知，实测应力与理论应力变化趋势基本一致，对称截面各个测点的应力基本对称，整个施工过程之中无异常应力现象发生。

图8 纵梁L/2 处应力发展曲线

选取拱肋浇筑、吊杆安装、拆除桥下支架、桥面铺装及吊杆索力调整等主要施工阶段与理论值进行对比，上游侧1/2L 处拱肋各测点应力随主要施工阶段的理论和实际变化曲线如图9 所示。 由图9 可知，截面处测点应力发展变化趋势与理论值大致相同，对称截面测点的应力基本对称；同一截面的左上和右上、左下和右下的测点应力趋势基本一致。

图9 拱肋L/2 处截面测点应力发展曲线

3.4 索力监测结果分析

根据设计张拉索力，对吊杆采用“张拉时以千斤顶油压表控制为主，索力动测仪监测为辅；张拉完成后以索力动测仪监测为主”的控制方案[13]。图10 是吊杆张拉完成后各阶段吊杆力实测值与目标值的对比。 从图10 可知，每根吊杆初张拉完成后的实测索力与张拉锚固目标索力的相对差值基本在±5%以内，即张拉时锚固索力符合设计要求。 上游侧拆除支架后相对差值最大为21# 吊杆，相对最大差值为-12.98%，终张拉后相对差值最大为6# 吊杆，相对最大差值为11.26%。 吊杆终张拉成桥后，最终实测索力与目标索力的相对差值基本在±5%左右，均满足设计要求。

图10 上游侧吊杆各个施工阶段中索力值对比表

4 结语

以实际工程为例，探讨中承式拱桥施工监控技术，得到以下结论：（1）拱肋位移与拱肋浇筑程序、拱肋支架预压及吊杆张拉等因素有较大关系。 拱肋浇筑后位移大于理论值，配合拱架卸落及吊杆二次调索，拱肋的位移符合预期要求。 对比成桥阶段各截面的实测标高和设计标高，实测标高满足规范要求。 （2）主梁和拱肋各测试截面实测应力变化趋势与理论值吻合良好，主梁结构受力状况良好，符合规范要求。 （3）吊杆索力监测需同时以张拉时千斤顶油压表和索力动测仪2 个监测数据协同控制。 各吊杆在各个施工阶段中的实测索力变化趋势和大小都与理论值吻合良好。 各类吊杆力的实测值离散性较小。 最终成桥索力与理论值的相对差值基本在±5%以内，满足设计要求。