方顯華

安徽省高速公路路政支隊，安徽 合肥 230022

斜拉索是矮塔斜拉橋的重要組成構(gòu)件，可以協(xié)助墩柱等下部結(jié)構(gòu)承載荷載。矮塔斜拉橋在建設(shè)過程中由于施工方法不恰當(dāng)、張拉設(shè)備不精確等問題，導(dǎo)致索力不合格問題時有發(fā)生，索力未張拉到設(shè)計值和超張拉均會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力不合理，最終影響結(jié)構(gòu)壽命。因此，施工過程中斜拉索的實時監(jiān)控變得尤為重要。斜拉索索力的測量屬于工程界的一個難題，逐漸成為研究熱點。目前索力監(jiān)測的測定方法主要有壓力傳感器法、壓力表法、磁通量法、振動頻率法等。其中，壓力傳感器法測量索力值在一定范圍內(nèi)具有局限性，該方法所測得的是索頭張力，不能代表整索的實際索力；壓力表法雖簡單易行，但無法進(jìn)行高頻次的檢測；磁通量法使用不方便，必須在拉索中事先安好磁通量傳感器后，才能進(jìn)行拉索索力測試；振動頻率測定法是目前國內(nèi)最常用的方法，其原理是在拉索的底端位置處固定加速度計，通過一定的技術(shù)手段將拉索振動的加速度換算為振動頻率，該方法也存在一定的局限性，如效率低下、測量值不準(zhǔn)確、受溫度等外界環(huán)境的影響較大?；诖?，文章依托實際工程項目，探索無接觸式微波測索力技術(shù)，并研究其在索力測量中的應(yīng)用，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 項目概況

S327臨泉泉河大橋及接線工程由南向北延伸，從臨泉縣城關(guān)鎮(zhèn)程灣村于謝灣村中間穿過，跨越泉河大橋后于界首市磚集鎮(zhèn)榮莊村東部穿過，終點銜接S237界首段，實施路段全長2.14km。S327臨泉泉河大橋接線道路按一級公路建設(shè)，設(shè)計速度采用80km/h標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。主橋為跨徑170m的雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，一共采用44根平行鋼絞線斜拉索，斜拉索錨固在梁上，穿過橋塔而不錨固在橋塔上，橋?qū)?2m，雙向六車道，橋涵設(shè)計荷載采用公路-I級。

2 測量方法工作原理

無接觸式微波測量方法主要依賴干涉測量技術(shù)和調(diào)頻連續(xù)波技術(shù)兩項核心技術(shù)，融合相位干涉測量、基頻提取、寬帶信號脈沖壓縮和目標(biāo)檢測等技術(shù)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙感測量索力，并具有測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、抗干擾能力強等優(yōu)點。

微變形雷達(dá)為該測量方法的核心部分，主要包括腳架、計算機(jī)控制單元和雷達(dá)控制單元三大組成部分。具體工作原理如下：將雷達(dá)控制單元安裝固定在腳架上，通過腳架上的3D旋轉(zhuǎn)頭實現(xiàn)全方位雷達(dá)監(jiān)測，同時雷達(dá)控制單元配有2根喇叭天線，分別用于傳輸與接收電磁波信號。使用時與測量對象保持一個固定距離，先發(fā)射微波信號，通過接收反射后的微波信號，計算相位差，以相鄰2次微波信號相位差測量拉索或吊桿的振動位移。利用上述方法測得拉索一段時間內(nèi)的振動位移后，繪制相應(yīng)的振動位移時程曲線，通過傅里葉變換對振動位移時程曲線處理得出該拉索的振動頻率，利用拉索的振動頻率即可測定索力。在一定距離范圍內(nèi)，雷達(dá)發(fā)射的微波呈扇形分布，因此在扇形區(qū)域內(nèi)可以實現(xiàn)多個測點同時測量多根拉索的索力。

綜合上述非接觸微波索力測量原理可以發(fā)現(xiàn)，拉索約束條件與確定索力的方法等有關(guān)。但是，短索頻率測試相對困難，因為其受邊界條件及安裝在拉索上的阻尼器的影響。傳統(tǒng)的振動測試方法則需要預(yù)先進(jìn)行錘擊激勵后，方可測試?yán)鞯恼駝宇l率，而無接觸式微波索力測量法中放射的微波則可以透過PE護(hù)套，在傳遞至鋼拉索后反射回接收器，測量結(jié)果相對比較準(zhǔn)確、可靠。

3 無接觸式微波測量方法的應(yīng)用實例

采用非接觸式微波測量方法對臨泉S237大橋中跨和邊跨靠近橋塔的8根斜拉索在施工階段進(jìn)行了索力測量。具體測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 橋梁的斜拉索索力數(shù)據(jù)

測量結(jié)果顯示，實測索力比設(shè)計索力小5%～20%，且中跨與邊跨的索力不均勻，中跨索力比邊跨索力大，索力張拉不滿足設(shè)計要求。針對以上調(diào)研結(jié)果，從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測六個方面分析了問題的原因。

（1）人為原因?，F(xiàn)場技術(shù)人員在張拉平行鋼絞線斜拉索時采用等值張拉法，隨著每股鋼絞線的張拉，橋梁結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生變形。主梁產(chǎn)生上撓、索塔產(chǎn)生壓縮，斜拉索梁端錨點與塔端錨點的相對距離不斷縮短，而后已張拉鋼絞線的工作長度同步縮短，最終導(dǎo)致已張拉鋼絞線所持索力不斷變小；現(xiàn)場技術(shù)人員在最初一批平行鋼絞線斜拉索施工時對斜拉索中的鋼絞線僅進(jìn)行了平均張拉，即每根鋼絞線張拉力相等，未對鋼絞線采用逐次超張拉的方法，造成鋼絞線松弛，導(dǎo)致平行鋼絞線斜拉索索力變小，且不均勻。

（2）機(jī)械設(shè)備原因。施工單位使用的機(jī)械設(shè)備過于老舊，在張拉鋼絞線的過程中未對索力進(jìn)行實時監(jiān)測，使張拉力與設(shè)計索力不符。

（3）材料原因。收縮徐變是混凝土材料固有的時變特性，混凝土結(jié)構(gòu)在鋼絞線過程中勢必存在收縮和徐變，從而對鋼絞線索力值產(chǎn)生影響。

（4）工法原因。沒有采用等值張拉法，導(dǎo)致后張拉的索影響了已經(jīng)張拉的索，預(yù)拉值不夠。

（5）環(huán)境影響。在施工過程中，由于溫度的變化，主梁、主塔、斜拉索在不勻溫度荷載下的變形量不一致，對鋼絞線索力值產(chǎn)生了一定的影響。

（6）測試原因。測試設(shè)備的系統(tǒng)誤差和偶然誤差導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確；測試人員沒有按照規(guī)定章程操作導(dǎo)致測量誤差。

通過調(diào)查統(tǒng)計、觀察、測量等方法對鋼絞線斜拉索索力不均勻的原因進(jìn)行分析和篩選，發(fā)現(xiàn)主要問題集中在測量方法方面。原有的測量采用的是傳統(tǒng)的振動法測量，測量頻率低，測量結(jié)果誤差大，施工班組張拉完拉索之后未及時得到反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行補張拉就進(jìn)行下一階段的張拉，導(dǎo)致索力不合格。參考等值張拉基本理論，單根鋼絞線張拉力主要由單根鋼絞線設(shè)計索力和超張拉索力兩部分組成。在平行鋼絞線斜拉索等值張拉時，隨著每股鋼絞線的張拉，橋梁結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生變形。主梁產(chǎn)生上撓、索塔產(chǎn)生壓縮，斜拉索梁端錨點與塔端錨點的相對距離不斷縮短，已張拉鋼絞線的工作長度同步縮短，導(dǎo)致已張拉鋼絞線的所持索力不斷變小。超張拉索力值是影響鋼絞線最終張拉力的主要因素，也是張拉力計算的關(guān)鍵，更是保證斜拉索每股鋼絞線所持索力的均勻性及張拉完成后總索力滿足要求的原因之一。

為了解決索力測量不準(zhǔn)確的問題，采用基于無接觸微波測量方法的索拉張拉檢測提升技術(shù)。對斜拉索進(jìn)行高頻監(jiān)測，一方面可以及時了解索力損失大小，另一方面可以及時讓工人補張拉索力。此外，施工單位應(yīng)組織施工人員加強技術(shù)交底，提高現(xiàn)場作業(yè)能力，進(jìn)行專業(yè)知識的培訓(xùn)考核，對施工中存在的問題及時發(fā)現(xiàn)、及時改正，以免影響后續(xù)施工。同時，實行獎懲制度，每月進(jìn)行月度評比，對質(zhì)量、責(zé)任意識強的人員進(jìn)行獎勵，對責(zé)任心不強的人員進(jìn)行通報、批評。

在上述一系列措施的保障下，項目全部44根斜拉索張拉全部張拉到位，滿足設(shè)計要求，提高了矮塔斜拉橋斜拉索張拉質(zhì)量，降低了復(fù)工率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

4 結(jié)束語

文章針對施工過程中泉河大橋索力張拉不到位問題展開了調(diào)研分析，提出了基于無接觸式微波索力測量方法的高頻監(jiān)測手段，實時反饋索力信息，及時提醒施工班組補張拉索力以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值，為泉河大橋的結(jié)構(gòu)安全和耐久性提供了保障。