桥梁施工质量控制要点【拱式桥梁施工监测与质量控制】

　　摘要拱桥为一种广泛采用的一种桥梁体系。从施工监测与控制目的,施工控制方法,施工控制特点,施工监测方法与内容四个方面介绍拱式桥梁的施工监测与质量控制。 　　关键词拱桥;施工监测;质量控制;主拱
　　中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)042-0105-01
　　
　　拱桥是我国公路上采用广泛的一种桥梁体系,拱桥在桥梁建设中发挥着重要作用。拱式结构在竖向荷载作用下,支承处除产生竖向反力外,还产生水平力。由于存在水平推力作用,使拱的弯矩比相同跨径梁的弯矩小很多,拱圈内主要承承受压力。特别对于大跨径桥梁,静载占全部荷载的绝大部分,当合理选择拱的轴线,使拱圈在静载作用下主要受压,这就使抗压性能较好而抗拉性能较差的混凝土材料得到了充分的利用。由于拱桥受力合理,外形美观,使它在桥梁方案比选中占据有利地位。
　　1施工监测与控制目的
　　施工控制的目的就是为了在全桥施工完成后,主拱结构的线形和桥面系线形达到设计理想的线形,并且使主拱结构的内力(或应力)分布与设计理想的内力状态相一致。施工监测的目的就是在全桥上部结构施工过程中,通过监测主拱结构的应力以及主拱结构的变形,来达到及时了解结构实际行为的目的。根据监测数据,首先确保主拱结构的安全和稳定,其次保证结构的受力合理,为大桥安全、顺利的建成提供技术保障。
　　2施工控制方法
　　钢筋混凝土拱桥,施工中每个工况的受力状态达不到设计所确定的理想目标的重要原因是计算模型中计算参数的取值问题,主要是钢筋混凝土弹性模量,材料的容重和徐变系数与施工中实际情况有一定的差距以及环境温度、临时荷载的影响。要得到比较准确的控制调整量,必须根据施工中实测到的结构应力来修正计算模型中的这些参数值,以使计算模型在与实际结构磨合一段时间后,自动适应结构的物理力学规律。在闭环反馈控制基础上,再加上一个系统辨识过程,整个控制系统就成为自适应控制系统。当测量到结构的受力状态与模型计算结果不相符合,通过将误差输入到辨识算法中调节计算模型的参数,使模型的输出结果与实际测量到的结果一致。得到修正的计算模型参数后,重新计算各施工阶段的理想状态,这样,经过几个工况的反复辨识后,计算模型就基本上与实际结构相一致了。在此基础上可对施工状态进行更好的控制,这也是我们目前常用的控制方法。桥梁的施工控制是一个预测―量测―识别―修正―预测的循环过程。施工控制的要求是首先确保施工中的结构安全,其次是保证结构的内力合理和外形美观。为了达到上述目的,施工过程中必须对主拱结构内力和主拱标高进行双控。
　　3施工控制特点
　　总体来讲、拱式桥梁施工控制分为两个阶段:一个阶段是主拱圈形成阶段;另一个阶段是拱上结构形成阶段。
　　在主拱圈形成阶段的施工控制中,影响控制的主要因素是主拱圈形成方式。主拱圈的形成方式主要包括下列几种:①在支架上形成,其中又分为常见的、大量的外置式拱架上形成和大跨径钢筋混凝土拱桥采用的埋置式拱架(劲性骨架)上形成两种;②预制吊装方式形成;③悬臂浇注(拼装)方式形成;④转体方式形成等。
　　对于外置式拱架施工,拱架一经形成,在施工中就基本上不容人为改变(主要指拱架顶面线形与标高),所以,要求对拱架预拱度及其设置方式作出较准确预测。拱架形成后的施工过程控制重点则在于拱架与先期形成的拱环的结构行为的监测与控制。对于埋置式(劲性骨架)施工,其骨架是拱圈形成的基准,所以,必须对骨架的无应力加工和形成后的状态(特别是几何状态)作出正确预测,把好控制的第一关。在骨架形成后进行的施工,实际上是一种自架设方式,拱轴线形成与内力状态随着拱圈的逐渐形成不断变化,考虑到在拱圈形成后的调整余地很小,所以,对施工过程中跟踪控制就显得非常重要。对于预制吊装施工,包括上述劲性骨架的形成,由于预制拱段形成后,在吊装过程中拱段几何状态(轴线长度)难以改变,同样需对拱段无应力加工状态作出正确预测。考虑到预制吊装旋工系通过多段拱肋在空中组装而定完成的,在什么样的状态下进行拱段接头处理以及处理到什么程度(固结还是临时固结)将直接影响成拱状态。若考虑拱圈一次成型,则必须把握好接头连接时机与结构状态。若考虑在成拱前作一定调整,则应使其具有调整的余地。另外,拱肋在吊装过程中的稳定性控制是不可忽视的。对于悬臂施工这种自架设方式,其特点与悬臂施工梁桥一样,已成结构具有不可调整性,所以,对其进行预测控制是必不可少的。对于转体施工,在成拱前拱圈结构已形成(两部分),结构在离支架的状态要特别予以注意。在转动期则重点在于状态监测、合拢时机以及需否作技术处理对形成拱后的受力状态影响较大,所以需作好控制。
　　4施工监测方法与内容
　　施工监测通过在施工现场对主拱结构的线形及变形监测,应力量测量为得到主拱结构实际受力与变形分布。除此之外,还要对支架主拱圈浇筑过程中的变形和受力状态进行监测,以便获得支架变形对主拱结构行为的影响。通过上述监测,来保证在施工过程中主拱结构的安全以及成桥结构线形和内力分布符合设计要求。
　　结构监测是结构施工控制的一个重要部分,它为控制提供客观而真实的结构行为数据,为桥梁施工安全顺利进行提供保证。因此,要对主拱结构施工全过程进行严密地实时测量,及时地给指挥机构提供主拱施工状态数据,也为后一步施工的顺利进行决策依据,从而使整个施工过程建立在科学的基础上。结构监测分为结构线形及变形监测与应力监测两部分。
　　4.1主拱结构线形及位移监测
　　为了保证主拱结构的安全与质量,并在此基础上尽量方便施工,就必须在施工过程中对主拱结构线形及位移进行实时观测,该项测量在每一施工阶段都要进行,并贯穿整个施工过程。①对各主拱圈分段接头处与主要控制截面位置进行线形与位移变化监测,以便真实把握拱肋的位移情况。②对两主拱圈分段接头处与主要控制截面位置进行的线形及位移监测,应分为竖直面内的线形及位移监测与水平面内的线形及位移监测两个部分,通过两个面内的测量才能准确掌握主拱圈的真实状况,有效地控制主拱的施工质量,保证施工安全。③对各主拱圈脚进行变位监测,以监视拱座基础是否有变位产生。④观测工作应在早晨日出前完成,测量时间应控制在两个小时以内。线形及位移测点布置。
　　4.2主拱结构应力监测
　　通过应力监测,可迅速知道主拱受力状况,因此,必须进行应力实时观测。该项观测在每一施工阶段都要进行,并贯穿整个施工过程。结构应力监测的主要内容有:①对主拱圈混凝土进行温度监测,以获得与线形及位移相对的大气温度以及主拱圈自身温度,为控制分析服务。②对主拱圈拱脚、L/8、L/4、3L/8及L/2截面混凝土应力进行监测,用混凝土绝对应力计预埋在混凝土中,将导线引出混凝土表面进行量测。③对拱上排架立柱根部用混凝土绝对应力计进行监测,获得立柱受力状态,为分析拱上建筑的联合作用提供依据。观测工作应在早晨日出前完成,观测时间应控制在三小时内。
　　5结语
　　拱桥要向大跨度发展,遇到的技术难题主要是施工问题。因此需要对拱桥施工进行监测与质量控制,以保证拱桥在施工过程中结构的受力状态和变形在始终在设计允许的安全范围内。
　　参考文献
　　[1]柯赛华.大跨度钢管混凝土拱桥施工控制[J].哈尔滨:哈尔滨工业大学硕士论文,2009.
　　[2]陈宝春.钢管混凝上拱桥设计与施工[M].北京:人民交通出版社,2007.
　　[3]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京:人民交通出版社,2001.
　　[4]黄绳武.桥梁施工及组织管理[M].北京:人民交通出版社,2003.