劉一鳴，孫紅斌

（1.晉城高速公路有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000；2.中國中鐵航空港建設(shè)集團(tuán)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

仙神河大橋位于晉濟高速公路后半段接近省界處，是晉濟高速公路晉城省界段的控制性工程，此橋橋位地形條件復(fù)雜，大橋兩端均連接于隧道口，而兩端隧道口則位于太行山的懸崖絕壁之上。仙神河斜拉橋為兩跨高墩獨塔單索面（雙股）鋼筋混凝土部分斜拉橋，墩高，是目前同類橋型中“亞洲第一高墩”；橋全長，跨徑布置為（引橋），橋總體布置如圖所示。

圖1 仙神河大橋總體布置圖

仙神河大橋?qū)儆诟叨瞻叫崩瓨?，為高次超靜定式結(jié)構(gòu)，此橋的結(jié)構(gòu)恒載力與梁部線性及相關(guān)施工方法聯(lián)系比較密切，通俗來講就是不同施工方法對結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力產(chǎn)生不同的結(jié)果。從另一角度來看，由于仙神河大橋施工中受到了來自各方面因素的影響，比如混凝土的收縮徐變、施工荷載、材料的彈性模量、自重及溫度等方面的影響，加上在具體的測量工作中也會出現(xiàn)一定程度的誤差，難以保證實際的測量值與理論設(shè)計值相符合，難免會在二者之間出現(xiàn)偏差。但是這一過程中需要注意到某些偏差累積的特點，比如橋體中主梁豎向撓度誤差就具有這種性質(zhì)，如果不能合理及時的對此偏差進(jìn)行科學(xué)的處理，那么在下一步的施工中，尤其是在主梁的懸臂長度增長中會導(dǎo)致其標(biāo)高偏離理論設(shè)計值擴大的問題，從而影響到成橋的線形與內(nèi)力，甚至導(dǎo)致合龍困難的現(xiàn)象。

加上本橋所處地理位置以及高墩的特點，所以對該橋整個施工過程進(jìn)行監(jiān)控工作十分必要。

2 施工監(jiān)控、監(jiān)測的組織工作

2.1 技術(shù)體系

眾所周知，橋梁設(shè)計、施工和建立與橋梁的具體施工監(jiān)控檢測是緊密聯(lián)系的。而且根據(jù)信息論的相關(guān)觀點來看，橋梁施工中的監(jiān)控檢測過程實際上是一個信息采集、分析處理和反饋的一個過程。通過對施工進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控監(jiān)測，能夠有效獲取橋梁具體的施工過程中的各種數(shù)據(jù)信息，并通過橋梁施工當(dāng)中相關(guān)的監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)體系，可以對獲取到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)的分析，特別是對于橋梁施工中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)有著良好的效果，例如通過對結(jié)構(gòu)形變、內(nèi)應(yīng)力、索力等方面的分析，可以準(zhǔn)確的評價施工誤差，在此基礎(chǔ)上充分結(jié)合橋梁施工環(huán)境和情況，能夠科學(xué)合理的制定出誤差調(diào)整及精度控制的有效措施。并在具體的監(jiān)控監(jiān)測過程中用指令的形式為橋梁的施工提供一些有效的信息。

2.2 組織體系

在充分考察了仙神河橋梁的實際施工情況后，并結(jié)合其施工過程中的相關(guān)監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)內(nèi)容設(shè)立了“仙神河大橋施工監(jiān)控、監(jiān)測領(lǐng)導(dǎo)小組”。這個小組主要是由橋梁的施工單位、建設(shè)單位、監(jiān)理方和監(jiān)控單位構(gòu)成的，其主要負(fù)責(zé)仙神河大橋施工中的監(jiān)控、監(jiān)測和具體的協(xié)調(diào)任務(wù)。不僅如此，領(lǐng)導(dǎo)小組還成立了工作小組來負(fù)責(zé)橋梁的監(jiān)控、監(jiān)測任務(wù)，工作小組都是參與大橋施工建設(shè)且具有施工監(jiān)控、監(jiān)測的專業(yè)技術(shù)人員。仙神和大橋施工監(jiān)控、監(jiān)測工作組的具體組成見圖2說明。

圖2 施工監(jiān)控、監(jiān)測工作組的組織體系

3 施工監(jiān)控計算

3.1 監(jiān)控計算分析方法

仙神河大橋的施工控制分析應(yīng)使用正裝迭代方法反復(fù)的進(jìn)行迭代計算，直到所計算的成橋狀態(tài)與設(shè)計理想狀態(tài)相一致。結(jié)構(gòu)總體分析應(yīng)采用非線性理論進(jìn)行計算。其中需要注意的是掛籃應(yīng)當(dāng)做一個結(jié)構(gòu)單元來拆裝并加以計算。在施工過程當(dāng)中應(yīng)嚴(yán)格的按照施工循環(huán)周期分階段進(jìn)行，一般每個階段以四個工況為宜，分別是空掛籃就位、節(jié)段混凝土澆筑完成、預(yù)應(yīng)力鋼筋和斜拉索的張拉施工。

3.2 結(jié)構(gòu)仿真計算分析

在充分結(jié)合仙神河大橋施工方案和流程的基礎(chǔ)上，劃分出施工階段121個。并利用專業(yè)的橋梁計算程序BSAS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計算，本次計算共劃分節(jié)點109個，單元131個，其中單元1－74為梁單元，單元75－90為橋塔單元，單元91－112為斜拉索單元，單元113－125為橋墩墩身單元，單元126－131為模擬的樁基礎(chǔ)單元。需要注意的是，在張拉斜拉索的過程中必須要保證施工過程的安全和橋梁結(jié)構(gòu)安全，在這一環(huán)節(jié)得到保障的原則下方可利用迭代優(yōu)化等方法加以確定。單元離散圖具體見圖3。

圖3 仙神河大橋結(jié)構(gòu)離散圖

4 施工監(jiān)測實施

4.1 索力測試

對于索力的測試可以通過頻率震動法和千斤頂油壓表兩種方法機械牛，但是采用千斤頂油壓表示一定要利用精準(zhǔn)的壓力表來加以標(biāo)定，從而得出張拉力與壓力表液壓之間的關(guān)系，這種方法的精度可以達(dá)到1%－2%左右。而頻率震動法則主要是根據(jù)拉索索力與震動頻率之間的相關(guān)關(guān)系得到較為可信的測試結(jié)果，但是利用此法一定要選擇好時間，以下拉索張拉完畢為宜。

在具體的施工監(jiān)測過程中嚴(yán)格按照以下四個方面的標(biāo)準(zhǔn)控制索力：

①每根斜拉索中各鋼絞線的離散誤差要控制在理論值3%左右。

②斜拉索的理論值同實測值的誤差應(yīng)該控制在2%左右。

③每一對斜拉索的索力值應(yīng)該控制在理論值的1%之內(nèi)。

④ 按照矮塔斜拉橋的設(shè)計原則，當(dāng)索力張拉完畢之后不應(yīng)再次調(diào)整，從而防止結(jié)構(gòu)線形與應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生異?，F(xiàn)象。

4.2 線形測量

在線形測量環(huán)節(jié)中，對于主梁現(xiàn)行的測量應(yīng)該使用精密的水準(zhǔn)儀來進(jìn)行，在此過程中必須要在橋縱向從懸臂端往塔根部方向?qū)θ齻€主梁的節(jié)段斷面標(biāo)高進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，并在所測量的斷面上設(shè)置5個測點。之后再每一個階段中測試其標(biāo)高，但是測量時間一定要選好，一般在溫度變化最小的時候進(jìn)行，以凌晨為宜。

4.3 主梁應(yīng)力、索塔應(yīng)力測試

測試方法采用鋼弦式應(yīng)變計。主梁測試截面位于塔根部附近的0號塊內(nèi)及1／4跨徑、跨中的地方。索塔測試的一個截面位于其根部。關(guān)于測點的布設(shè)見圖4。另外，對于測試的時間應(yīng)一輛選擇在混凝土澆筑完畢、斜拉索和鋼絞線張拉完畢之后。

5 施工控制的實施

5.1 設(shè)計參數(shù)的識別及誤差消除

1）參數(shù)識別

考慮到實際的實測結(jié)果和理論計算結(jié)果會存在一定的誤差，加上計算模型設(shè)計和選區(qū)中存在較小的誤差，因此要想得到更加精確的測算結(jié)果，必須要對計算設(shè)計參數(shù)加以參數(shù)識別。具體的操作中可以通過最小二乘法來實現(xiàn)。

2）誤差判斷

提高參數(shù)識別的準(zhǔn)確性，提供科學(xué)的參考信息，可以采用以下六種方法來進(jìn)行誤差的判斷：

結(jié)合斜拉索張拉前后的主梁標(biāo)高變化情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度的計算，并對混凝土的彈性模量加以反算。

根據(jù)混凝土澆筑時的索力和主梁標(biāo)高變化來進(jìn)行混凝土重量的判斷。

結(jié)合實測定位標(biāo)高、實測值和理論計算標(biāo)高的差值可以進(jìn)行掛籃定位誤差的判斷。

受到溫度影響的情況下，可以通過全天候監(jiān)測索力和主梁標(biāo)高的變化情況對溫度影響進(jìn)行判斷。

反復(fù)進(jìn)行測量工作，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的變化和變化趨勢可以對測量誤差進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判斷。

對于預(yù)應(yīng)力束張拉力誤差的判斷可以利用鋼絞線伸長及油表度數(shù)的變化來進(jìn)行判斷。

5.2 施工控制原則

由于仙神河大橋主梁的結(jié)構(gòu)剛度較大，屬于預(yù)應(yīng)力混凝土單箱三室箱梁結(jié)構(gòu)，因此即使斜拉索索力初夏你叫大的變化，幾乎不會引起梁體撓度的變化，但是為了保證主梁結(jié)構(gòu)的安全，保障線形的平滑、合理，因此在具體的施工過程當(dāng)中必須要把控制主梁標(biāo)高作為重點，同時也要注意控制索力，確保主梁彎矩在合理范圍內(nèi)。但是，在對拉索索力的調(diào)整當(dāng)中必須把控制索力作為主要環(huán)節(jié)，并在此過程中要嚴(yán)格控制主塔彎矩和主梁的應(yīng)力水平，從而確保成橋內(nèi)力狀態(tài)達(dá)到合理效果。

6 施工控制成果及結(jié)論

（1）仙神河大橋主梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測結(jié)果充分的證明了其結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布符合施工控制理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計理論所測算出的結(jié)果，而且整個大橋各個斷面所測量得出的應(yīng)力平均值與理論值相符，主梁最大壓應(yīng)力實測結(jié)果為19．23 MPa，基本沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，說明結(jié)構(gòu)處于安全范圍內(nèi)。

（2）索力的測量結(jié)果基本符合理論計算結(jié)果，張拉力的控制和索力的均勻性都嚴(yán)格的控制在了誤差范圍之內(nèi)。

（3）本橋梁的實測線形狀與設(shè)計線形目標(biāo)值差異不大，而且所有梁段的實測標(biāo)高通理論計算值偏差不超過2公分，這從某種程度上也說明了橋梁施工控制取得了成效，同時也表明了以標(biāo)高控制為主、索力控制二者兼顧的方法是有效的。

總而言之，不論是從成橋之后的實測線形來看，還是從索力、應(yīng)力的角度來看，仙神河大橋的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)，而且符合現(xiàn)相關(guān)規(guī)范與設(shè)計要求，從整體看來，整個橋梁的受力狀態(tài)十分合理。

7 結(jié)語

通過對仙神河大橋應(yīng)力、變形、索力等測試結(jié)果和有限元理論計算結(jié)果的分析，可以看出：實測結(jié)果與計算值有很好的吻合性，橋梁結(jié)構(gòu)工作狀況處于彈性范圍，強度和剛度滿足設(shè)計及規(guī)范要求，橋梁工作性能良好。自適應(yīng)控制方法在高墩矮塔斜拉橋的應(yīng)用是成功的。

1.唐玨向，王建民等.千島湖大橋的施工監(jiān)控與組織管理，浙江交通科技，2007（1）

2.何祖發(fā).七塔部分斜拉橋的施工監(jiān)控，世界橋梁，2008