斜拉橋施工階段監(jiān)測監(jiān)控的要點
2015-06-23
橋梁的建設(shè)是一項結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高的大型工程，隨著科技的進步，橋梁的跨度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、施工的工藝愈來愈復(fù)雜和先進。出于保證橋梁工程質(zhì)量的目的，在施工過程的各個階段都要進行監(jiān)控。而斜拉橋作為橋梁中的一項重要工程，對于施工的監(jiān)測監(jiān)控的要求就更加嚴(yán)格，內(nèi)容也更加的具體。本文就對斜拉橋的施工階段的監(jiān)測項目、監(jiān)測原則及方法進行討論。
一、施工監(jiān)測監(jiān)控的意義
對于斜拉橋施工階段的監(jiān)測和監(jiān)控是一項非常復(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；二是對數(shù)據(jù)的整理和分析，就是監(jiān)控。監(jiān)測功能主要是通過事先在高塔、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量儀器來完成數(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)控功能則是要通過電子計算機，對獲得的數(shù)據(jù)行進分析整理，進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)果進行整合分析，對于施工中出現(xiàn)的橋梁內(nèi)力與外形的偏差進行矯正，保障工程的安全有效運行以及橋梁的外觀美感。
二、施工監(jiān)測監(jiān)控的組織管理構(gòu)成
施工階段的監(jiān)測與監(jiān)控是一項集數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)計算、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)過硬，具有很強的工作經(jīng)驗和能力。通常情況下，施工的監(jiān)測監(jiān)控組織都是由多名高級技術(shù)人員組成的，一般會有一個工程質(zhì)量監(jiān)測顧問組，人數(shù)大約在5人左右，其中要有教授級的高級技術(shù)工作指導(dǎo)，此外依據(jù)橋梁項目的施工內(nèi)容，還應(yīng)該組建施工監(jiān)測監(jiān)控的項目組。此外，因為工程的工藝十分復(fù)雜、工程量龐大、人員眾多，所以在組織施工監(jiān)測監(jiān)控組織的同時，還應(yīng)該集合工程的高級技術(shù)人員就工程的管理、設(shè)計、施工和檢測等工作進行協(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)測監(jiān)控組織工作關(guān)系圖
三、施工階段監(jiān)測監(jiān)控的工作內(nèi)容及方法要點分析
?。ㄒ唬?、監(jiān)測監(jiān)控的實施目的
斜拉橋的施工有自己獨特的結(jié)構(gòu)特征，對于成橋線形有很高的要求，施工中每一個節(jié)點的坐標(biāo)變化都會對橋梁的內(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)計值的問題，就會導(dǎo)致內(nèi)力值與設(shè)計值不相符合。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，會受到來自拉索垂度、天氣、溫度、施工的臨時負(fù)載、混凝土收縮等多種因素的干擾。在進行施工理論的計算時，雖然有很多辦法可以計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算結(jié)果，而實際上的結(jié)構(gòu)變形卻未必就能達到預(yù)期的效果。斜拉橋在工程建設(shè)中表現(xiàn)出的這種理論與實際相脫離的工作誤差，如果不及時的發(fā)現(xiàn)糾正，長期積累下來就會隨著主梁懸臂的施工進度增長，最終使主梁偏離設(shè)計的目標(biāo)，造成合攏困難的局面，還會影響到橋的內(nèi)力和線形，所以對施工進行監(jiān)測就是要使斜拉橋的建造達到預(yù)期的設(shè)計效果。整個的監(jiān)測過程就是從施工、測量、數(shù)據(jù)計算、分析修正、做出報告到再重復(fù)工作的反復(fù)監(jiān)測過程，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)計要求。
?。ǘ?、施工監(jiān)測內(nèi)容的要點
1、主塔變位監(jiān)測
對于斜拉橋的主塔變位測量分為順橋向和橫橋向這兩個方向變位的數(shù)值。主塔在施工過程中要通過斜拉索來承擔(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，主塔都會不可避免的產(chǎn)生一定程度的變形。為了不對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)測中可以采用天頂基準(zhǔn)法、測距法、投影法這幾種辦法進行測量，需要使用經(jīng)緯儀和全站儀作為測量的輔助儀器。監(jiān)測測站位置應(yīng)該選在穩(wěn)固可靠的強制觀測墩上，觀測點的位置可以根據(jù)施工階段進行調(diào)整，但一般會放置在塔柱的側(cè)壁或是頂端。由此測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，以及施工過程中塔柱的變位值。
2、主梁線形測量
主梁線形測量可以分為高程測量和中線測量兩部分。
具體來講高程線形測量是采用幾何水準(zhǔn)的測量方法，對已經(jīng)進行施工的節(jié)段控制水準(zhǔn)點的絕對標(biāo)高進行測量，依據(jù)完工后測量得到的階段與梁底的高差，計算出施工階段的梁底標(biāo)高。要注意的是，為了避免因為天氣原因造成的測量誤差，在測量時因該選擇氣溫比較穩(wěn)定的時候進行。
中線測量的辦法是把全站儀放在0號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定向。當(dāng)對與后視方向的主梁中線進行同側(cè)測量時，可以選用視準(zhǔn)線法，運用小鋼尺對主梁中心點的偏離值進行測量；可以采用正、倒鏡觀測法，對后視方向異側(cè)的主梁中線進行測量。獲得主梁中心的偏離值。
高程線形的測量與中線測量應(yīng)該同時進行，測量點一般會選擇梁的頂面，要根據(jù)主梁的長度確定觀測點的距離，此外還要根據(jù)天氣的變化，隨時作調(diào)整。通過測量可以得到因溫度等因素對主梁線形產(chǎn)生的影響。
3、索力的測量
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。所以索力測量的準(zhǔn)確性對于施工有著重要的作用。
對于索力的測量一般要選用脈動法，將具有高靈敏感傳感器附著在拉索上，收集拉索的振動信號，通過對濾波、頻譜的數(shù)據(jù)的分析，繪制出頻譜圖來對拉索的自振頻率進行確認(rèn)，之后再依據(jù)自振的頻率和索力二者之間的比例關(guān)系計算出具體的索力值。
?。ㄈ?、施工控制方法的要點
1、開環(huán)控制法
施工控制法中的開環(huán)控制是指在對結(jié)構(gòu)設(shè)計相對簡單的斜拉橋施工中，通常在橋體涉及的過程中就會對橋的恒載和活載量進行預(yù)算，根據(jù)預(yù)算量來確定橋的預(yù)拱度，在具體的施工過程中，只要按照設(shè)計的預(yù)拱度進行施工，那么完工后的橋梁結(jié)構(gòu)就完全可以滿足設(shè)計對線形和內(nèi)力的要求。這是因為施工過程的控制量如預(yù)拱度、預(yù)應(yīng)力等因素都是單向決定的，不需要針對結(jié)構(gòu)的反應(yīng)做出改變。
2、反饋控制法
在施工過程中，如果出現(xiàn)偏離理想情況的施工狀態(tài)，如果不及時加以糾正，就會造成橋體的線形與內(nèi)力和設(shè)計值相偏離，嚴(yán)重的甚至威脅到工程的安全。所以在施工過程中，測量的數(shù)值必須做到準(zhǔn)確，對于測量數(shù)值應(yīng)該進行仔細分析，獲得橋體施工的反饋信息，參照設(shè)計圖紙，確定施工的進度和方法是否需要調(diào)整。
3、自適應(yīng)控制法
在施工過程中要想取得比較準(zhǔn)確的控制量，就需要把實際測量的數(shù)據(jù)反應(yīng)到工程計算模型中，經(jīng)過反復(fù)的磨合使計算模型可以反映出橋體結(jié)構(gòu)的自然變化規(guī)律，通過閉環(huán)反饋系統(tǒng)和系統(tǒng)參數(shù)識別的結(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)的測量值和計算值之間的誤差，進而反向推算出施工過程的模擬計算參數(shù)，如主梁自重集度、掛籃剛度等。
總結(jié)：
經(jīng)過上述討論，我們可以看出斜拉橋的施工監(jiān)測監(jiān)控對于保障工程的質(zhì)量和安全具有重要的作用。通過對施工中塔位、主梁線形和索力的測量，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)計順利完工。
