斜拉橋施工階段監(jiān)測(cè)監(jiān)控的要點(diǎn)
2015-06-23
橋梁的建設(shè)是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高的大型工程，隨著科技的進(jìn)步，橋梁的跨度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、施工的工藝愈來(lái)愈復(fù)雜和先進(jìn)。出于保證橋梁工程質(zhì)量的目的，在施工過(guò)程的各個(gè)階段都要進(jìn)行監(jiān)控。而斜拉橋作為橋梁中的一項(xiàng)重要工程，對(duì)于施工的監(jiān)測(cè)監(jiān)控的要求就更加嚴(yán)格，內(nèi)容也更加的具體。本文就對(duì)斜拉橋的施工階段的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)原則及方法進(jìn)行討論。
一、施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控的意義
對(duì)于斜拉橋施工階段的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，主要由兩方面構(gòu)成：一是施工中數(shù)據(jù)的采集，也就是監(jiān)測(cè)；二是對(duì)數(shù)據(jù)的整理和分析，就是監(jiān)控。監(jiān)測(cè)功能主要是通過(guò)事先在高塔、梁和拉索這些工程部分上放置各種性能不同的傳感器和測(cè)量?jī)x器來(lái)完成數(shù)據(jù)的收集，其中包含工程的幾何參量以及力學(xué)的參量。監(jiān)控功能則是要通過(guò)電子計(jì)算機(jī)，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)行進(jìn)分析整理，進(jìn)而得出下一階段的工程施工參數(shù)。工作人員在將兩種結(jié)果進(jìn)行整合分析，對(duì)于施工中出現(xiàn)的橋梁內(nèi)力與外形的偏差進(jìn)行矯正，保障工程的安全有效運(yùn)行以及橋梁的外觀美感。
二、施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控的組織管理構(gòu)成
施工階段的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控是一項(xiàng)集數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析和決策于一體的綜合性工作，在人員的組織上必須要完善合理，人員技術(shù)過(guò)硬，具有很強(qiáng)的工作經(jīng)驗(yàn)和能力。通常情況下，施工的監(jiān)測(cè)監(jiān)控組織都是由多名高級(jí)技術(shù)人員組成的，一般會(huì)有一個(gè)工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)顧問(wèn)組，人數(shù)大約在5人左右，其中要有教授級(jí)的高級(jí)技術(shù)工作指導(dǎo)，此外依據(jù)橋梁項(xiàng)目的施工內(nèi)容，還應(yīng)該組建施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控的項(xiàng)目組。此外，因?yàn)楣こ痰墓に囀謴?fù)雜、工程量龐大、人員眾多，所以在組織施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控組織的同時(shí)，還應(yīng)該集合工程的高級(jí)技術(shù)人員就工程的管理、設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)等工作進(jìn)行協(xié)調(diào)指導(dǎo)，他們的關(guān)系可以從下“表一”中了解。
表一 施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控組織工作關(guān)系圖
三、施工階段監(jiān)測(cè)監(jiān)控的工作內(nèi)容及方法要點(diǎn)分析
?。ㄒ唬?、監(jiān)測(cè)監(jiān)控的實(shí)施目的
斜拉橋的施工有自己獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，對(duì)于成橋線形有很高的要求，施工中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)變化都會(huì)對(duì)橋梁的內(nèi)力結(jié)構(gòu)分配產(chǎn)生影響。如果出現(xiàn)橋線形偏離了設(shè)計(jì)值的問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)力值與設(shè)計(jì)值不相符合。此外，斜拉橋的主梁、索塔以及拉索之間的剛度存在很大差距，會(huì)受到來(lái)自拉索垂度、天氣、溫度、施工的臨時(shí)負(fù)載、混凝土收縮等多種因素的干擾。在進(jìn)行施工理論的計(jì)算時(shí)，雖然有很多辦法可以計(jì)算出施工階段的索力及橋體的變形，但是這僅僅是在理論上的計(jì)算結(jié)果，而實(shí)際上的結(jié)構(gòu)變形卻未必就能達(dá)到預(yù)期的效果。斜拉橋在工程建設(shè)中表現(xiàn)出的這種理論與實(shí)際相脫離的工作誤差，如果不及時(shí)的發(fā)現(xiàn)糾正，長(zhǎng)期積累下來(lái)就會(huì)隨著主梁懸臂的施工進(jìn)度增長(zhǎng)，最終使主梁偏離設(shè)計(jì)的目標(biāo)，造成合攏困難的局面，還會(huì)影響到橋的內(nèi)力和線形，所以對(duì)施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)就是要使斜拉橋的建造達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。整個(gè)的監(jiān)測(cè)過(guò)程就是從施工、測(cè)量、數(shù)據(jù)計(jì)算、分析修正、做出報(bào)告到再重復(fù)工作的反復(fù)監(jiān)測(cè)過(guò)程，其目的就是要保障工程的安全，使主梁的線形與內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求。
?。ǘ⑹┕けO(jiān)測(cè)內(nèi)容的要點(diǎn)
1、主塔變位監(jiān)測(cè)
對(duì)于斜拉橋的主塔變位測(cè)量分為順橋向和橫橋向這兩個(gè)方向變位的數(shù)值。主塔在施工過(guò)程中要通過(guò)斜拉索來(lái)承擔(dān)部分梁體的重量。那么受到不平衡的負(fù)載、天氣、溫度、日照等因素的影響，主塔都會(huì)不可避免的產(chǎn)生一定程度的變形。為了不對(duì)主梁的施工造成影響，就一定要尋找到主塔在不同的天氣條件下產(chǎn)生變形的規(guī)律，以及受到索力的作用發(fā)生位置偏離的角度大小。
施工監(jiān)測(cè)中可以采用天頂基準(zhǔn)法、測(cè)距法、投影法這幾種辦法進(jìn)行測(cè)量，需要使用經(jīng)緯儀和全站儀作為測(cè)量的輔助儀器。監(jiān)測(cè)測(cè)站位置應(yīng)該選在穩(wěn)固可靠的強(qiáng)制觀測(cè)墩上，觀測(cè)點(diǎn)的位置可以根據(jù)施工階段進(jìn)行調(diào)整，但一般會(huì)放置在塔柱的側(cè)壁或是頂端。由此測(cè)量出塔柱在受到外部因素影響下發(fā)生的縱橫橋向的偏離值，以及施工過(guò)程中塔柱的變位值。
2、主梁線形測(cè)量
主梁線形測(cè)量可以分為高程測(cè)量和中線測(cè)量?jī)刹糠帧?br />
具體來(lái)講高程線形測(cè)量是采用幾何水準(zhǔn)的測(cè)量方法，對(duì)已經(jīng)進(jìn)行施工的節(jié)段控制水準(zhǔn)點(diǎn)的絕對(duì)標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量，依據(jù)完工后測(cè)量得到的階段與梁底的高差，計(jì)算出施工階段的梁底標(biāo)高。要注意的是，為了避免因?yàn)樘鞖庠蛟斐傻臏y(cè)量誤差，在測(cè)量時(shí)因該選擇氣溫比較穩(wěn)定的時(shí)候進(jìn)行。
中線測(cè)量的辦法是把全站儀放在0號(hào)塊的主梁中心位置上，參照其他墩主梁的中心線確定后視點(diǎn)定向。當(dāng)對(duì)與后視方向的主梁中線進(jìn)行同側(cè)測(cè)量時(shí)，可以選用視準(zhǔn)線法，運(yùn)用小鋼尺對(duì)主梁中心點(diǎn)的偏離值進(jìn)行測(cè)量；可以采用正、倒鏡觀測(cè)法，對(duì)后視方向異側(cè)的主梁中線進(jìn)行測(cè)量。獲得主梁中心的偏離值。
高程線形的測(cè)量與中線測(cè)量應(yīng)該同時(shí)進(jìn)行，測(cè)量點(diǎn)一般會(huì)選擇梁的頂面，要根據(jù)主梁的長(zhǎng)度確定觀測(cè)點(diǎn)的距離，此外還要根據(jù)天氣的變化，隨時(shí)作調(diào)整。通過(guò)測(cè)量可以得到因溫度等因素對(duì)主梁線形產(chǎn)生的影響。
3、索力的測(cè)量
在斜拉橋的施工中拉索索力的準(zhǔn)確性直接影響到主梁的線形是否符合標(biāo)準(zhǔn)，也關(guān)系到施工的安全。所以索力測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)于施工有著重要的作用。
對(duì)于索力的測(cè)量一般要選用脈動(dòng)法，將具有高靈敏感傳感器附著在拉索上，收集拉索的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)濾波、頻譜的數(shù)據(jù)的分析，繪制出頻譜圖來(lái)對(duì)拉索的自振頻率進(jìn)行確認(rèn)，之后再依據(jù)自振的頻率和索力二者之間的比例關(guān)系計(jì)算出具體的索力值。
?。ㄈ⑹┕た刂品椒ǖ囊c(diǎn)
1、開(kāi)環(huán)控制法
施工控制法中的開(kāi)環(huán)控制是指在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單的斜拉橋施工中，通常在橋體涉及的過(guò)程中就會(huì)對(duì)橋的恒載和活載量進(jìn)行預(yù)算，根據(jù)預(yù)算量來(lái)確定橋的預(yù)拱度，在具體的施工過(guò)程中，只要按照設(shè)計(jì)的預(yù)拱度進(jìn)行施工，那么完工后的橋梁結(jié)構(gòu)就完全可以滿足設(shè)計(jì)對(duì)線形和內(nèi)力的要求。這是因?yàn)槭┕み^(guò)程的控制量如預(yù)拱度、預(yù)應(yīng)力等因素都是單向決定的，不需要針對(duì)結(jié)構(gòu)的反應(yīng)做出改變。
2、反饋控制法
在施工過(guò)程中，如果出現(xiàn)偏離理想情況的施工狀態(tài)，如果不及時(shí)加以糾正，就會(huì)造成橋體的線形與內(nèi)力和設(shè)計(jì)值相偏離，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全。所以在施工過(guò)程中，測(cè)量的數(shù)值必須做到準(zhǔn)確，對(duì)于測(cè)量數(shù)值應(yīng)該進(jìn)行仔細(xì)分析，獲得橋體施工的反饋信息，參照設(shè)計(jì)圖紙，確定施工的進(jìn)度和方法是否需要調(diào)整。
3、自適應(yīng)控制法
在施工過(guò)程中要想取得比較準(zhǔn)確的控制量，就需要把實(shí)際測(cè)量的數(shù)據(jù)反應(yīng)到工程計(jì)算模型中，經(jīng)過(guò)反復(fù)的磨合使計(jì)算模型可以反映出橋體結(jié)構(gòu)的自然變化規(guī)律，通過(guò)閉環(huán)反饋系統(tǒng)和系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別的結(jié)合，就形成了自適應(yīng)控制系統(tǒng)。其任務(wù)是依據(jù)控制目標(biāo)的測(cè)量值和計(jì)算值之間的誤差，進(jìn)而反向推算出施工過(guò)程的模擬計(jì)算參數(shù)，如主梁自重集度、掛籃剛度等。
總結(jié)：
經(jīng)過(guò)上述討論，我們可以看出斜拉橋的施工監(jiān)測(cè)監(jiān)控對(duì)于保障工程的質(zhì)量和安全具有重要的作用。通過(guò)對(duì)施工中塔位、主梁線形和索力的測(cè)量，采用靈活的控制辦法，可以糾正施工中出現(xiàn)的誤差，使大橋按照設(shè)計(jì)順利完工。
