桥梁施工中监测与监控技术的作用探讨

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摘要：进入21世纪以来，我国的道路基础设施建设有了飞速的发展，尤其是在应对世界金融危机，我国政府毅然投入4万亿，拉动内需，更为道路基础设施建设提供了较为充足的资金来源，无论公路还是铁路，桥梁都是这一系列工程中的重要组成部分，但是如此之多的工程密集的开工，对施工的监理提出了很高的要求，本文就桥梁施工过程中检测与监控技术的作用展开探讨，旨在通过对监测与监控技术的研究为桥梁的质量施工过程中的保障。

关键词：桥梁施工 监测监控

进入21世纪以来，我国的道路基础设施建设有了飞速的发展，尤其是在应对世界金融危机，我国政府毅然投入4万亿，拉动内需，更为道路基础设施建设提供了较为充足的资金来源，无论公路还是铁路，桥梁都是这一系列工程中的重要组成部分，并且随着建设需求的不断加大，桥梁的跨度也在不断的增加，近年来广西也兴建了很多高难度的大桥，例如：梧州市鸳鸯江大桥是连接梧州市河东与河西两城区的主要交通桥梁。大桥主桥为三孔自锚式钢管混凝土中承式系杆拱桥，引桥为钢筋混凝土连续箱梁桥。全桥总长695米，其中主桥长255米，引桥面宽16.5米。桥面均按四车道设计。新建的南流江大桥于2010年3月23日拆除旧桥后在原址开始动工重建，计划总投资2326万元，全长216米，桥面宽18米，按公路-Ⅱ级荷载设计，2011年4月30日，大桥成功合龙。广西南宁大桥，大桥路线设计总长1314.773m，桥梁总长734.502m，主桥和引桥均为双向六车道，主桥单孔跨度300m，引桥长434.0m，桥宽35m。主梁位于R=1500m平曲线内；东西两条独自向外倾斜的拱肋，外倾角度不同，桥面以上拱肋间没有任何横向联系，两条拱肋于主梁下交会，于拱顶遥相分离，通过倾斜的吊索支承索弯曲的主梁。主桥采用承台群桩基础形式，承台尺寸38.2m（长）×42.2m（宽）×（5-8）m（高）。为减小基础承担的弯矩，主墩基础整体向河心预偏3.85m。主墩共设36根φ2.5m钻孔灌注桩，桩长39-41m，桩底置于弱风化泥岩层内。在这些工程的建设过程中监测与监控技术都发挥了重要的作用。那么到底监测与监控技术能发挥什么作用呢：

一、为桥梁安全保驾护航，防止事故发生：

近年来大型桥梁的事故频频发生。2007年美国明尼达州Minneapolis 公路桥垮塌之后，美国交通部门的官员表示美国全国有60万座桥梁需要维修，有1/8的桥梁存在结构性的隐患。2001年11月7日连接四川与云南的宜宾南门大桥发生悬索与桥面断裂事故，桥面两端同时塌陷。为确保桥梁的安全，在施工过程中监测的作用就显得尤为明显。桥梁施工的监测和监控系统建立完成后，通过各种检测手段对施工过过程中的每一个环节获得结构的实际内力以及结构变形的数据，从而为施工进程的安全提供数据依据。当监测数据与计划数据出现的偏差过大时，应立即停止施工，并且对出现偏差的原因进行分析，制定纠偏的方案，在纠偏的方案仍不能纠正存在的偏差时，将整个项目停止。一项工程能否安全的完工，安全的投入运营桥梁的施工监控系统必不可少，尤其是一些跨度较大的投资巨大的桥梁，更离不开监测和监控。例如在南流江大桥新建的过程中由于主桥单孔跨度300m，引桥长434.0m，桥宽35m，在灌桩过程中监测人员始终对灌桩的整个流程进行监测，并针对灌桩过程中弱风化泥岩层城中后的地质变化进行跟踪监测，确保大桥施工的安全。

施工过程中的监测与监控，不仅仅是为了建桥过程中的安全，更是为了大桥投入运营后的安全，也就是安全性和耐久性的监控。随着社会的发展时代的进步，交通对于桥梁的要求越来越高，高负重等级，高客流量，高行车速度，诸多不可预知的自然破坏力，无不考验着建成之后的桥梁，若在桥梁施工过程中进行了施工的监控并且预留了长期监测点，对投入运营后的大桥进行监测，为大桥的维护，修缮提供数据支持，将对大桥的安全提供有力的保障。目前我国的桥梁维护多是以对桥体的外部观察决定是否对大桥进行修缮，没有可靠的数据做支持，要想降低桥梁在使用过程中的危险系数，必须在桥梁的施工过程中建立检测监控系统。

二、为桥梁建设过程提供数据依据：

施工过程中的监测与监控系统，为桥梁的建造提供了安全质量的数字依据。在钢筋混凝土浇注的大跨度拱桥的修建过程中由于受力点的多次转换，拱肋受力变化复杂，施工难度巨大，收各种外界因素的影响较多。即便是在施工设计之前已经对各种因素进行了预估以及相应的预案，但是各种不可预估的因素较多，所以在施工之前难以对各种结构状态进行精确的估计，一定要在合龙之后对大桥的主体构造的施工加载过程进行现场监控，避免因为不可预估的情况出现，导致肋部的应力超限，避免大桥存在结构患。监测所得的数据可以对建造过程中参数进行调整，也可以根据这些监测所得的数据对已经建设的工程的偏差值进行修订，对后续工程的修正提供数据依据。

如实例一：南宁大桥

公路的桥梁施工中监测与监控技术，在这个社会越来越重要了，南宁大桥路线设计总长一千三百一十四点七七三米，桥梁总长七百三十四点五零二米，设置双向六车道，设计行车速度为五十公里每小时。其单孔跨径三百米，为目前世界同类桥型最大。落成后的南宁大桥背靠青山，横跨邕江，连接五象新区和江北城区，仿佛一只展翅欲飞的彩蝶，大气而灵活。站在引桥上向前望去，两幅拱肋分别用二十六对斜拉索和桥梁相连，大桥又似两把竖琴，汽车从主桥上驶过犹如从音乐家的手在琴弦掠过，别有一番风味。据南宁大桥投资建设方，国研科技总裁、南宁国研投资董事长李明介绍，南宁大桥是美籍华人、美国工程院院士林同炎生前设计的最后一座桥梁，也是他一生设计精华和创新精神的集中体现。大桥造型别致，采用了“全曲线”、“外倾拱”和“非对称”的设计理念，突破了一般桥梁二维受力结构，是目前世界上建造技术最复杂的桥梁之一。大桥施工过程中，在现场进行几何测量、索力测量、应力测量、温度场测量等，在各梁段选择合理的施工工序作为监控工况，然后进行监控计算，根据实际施工过程和载荷分布情况实时进行施工过程仿真分析，并根据实测数据和参数识别结果不断修正计算模型参数，使计算值与实测值相差达到最小。在理论分析和施工过程现场测量的基础上，对大桥有关参数进行识别，为进一步校准理论计算模型和计算参数提供数据。进行现场施工过程监控之后，大桥主梁合拢精度提高，达到了设计要求；主梁各节段高误差控制在±4cm以内，主梁线形平顺，没有明显折角；索力分布合理，偏差控制在5%以内。现场的监测还可以为现场施工疑难问题的解决提供依据。通过对施工过程中的各个监测点的监测所得的数据，对施工过程中出现的例如拉伸长度不够等等的问题提供数字依据，帮助施工单位解决施工过程中的难题。

工程实例二：某大桥全长888m，主桥为192米+332米+113米预应力混凝土斜拉桥，大桥矮、高塔承台尺寸分别为15.6米×15.6米×5米和18.5米×19.6米×6米。为防止承台大体积混凝土浇筑后内外温差过大导致砼出现裂缝而开展的温度场监测。

（一）施工现场温度监测内容

在监测混凝土实际温度变化的同时，还对气温、冷却水管进出口水温、混凝土出机温度、入仓温度、浇筑温度等进行测温记录，密切监视温差波动，控制冷却水流量、流向及通水时间，指导养护工作。监测在浇筑后立即进行，连续不断。直到砼内外温差达到设计要求的小于25℃。

（二）测点布置

根据承台结构特点，测温点的布置应考虑大体积混凝土浇筑时间不一致，应在各区域均匀布置，核心区、中心区为重点。按设计要求布置冷却水管（直径50mm）间距为1米×1米。

（三）检测所用仪器

使用PN节温度传感器，温度检测仪采用PN一4C型数字多路自动巡回检测控制仪，温度传感器主要技术性能：测温范围-50℃～150℃；工作误差±0．5℃；分辨率0．1℃；平均灵敏度一2．1mV／℃。

（四）温度监测结果及分析

根据所测温度，汇总混凝土温度情况如表1所示。

表1承台混凝土温度监测

由此可知，混凝土温度都有急剧升温和缓慢降温的过程，直到达到稳定阶段。浇捣结束后，在中心部位形成高温区，升温达到峰值一般在浇完砼后1~1.5天，达到峰值后，高温持续时间较短，约2～8h。降温过程持续间4~5天,经过两个承台的持续监测，得出结论：一般砼浇筑完后冷却管持续通水冷却7天，内外温差就能达到设计要求的小于25℃，并趋于稳定，该桥承台大体积混凝土未因内外温差过大而出现裂缝，达到预计效果。

五、积累更多的实际操作经验：

通过多施工过程中的监测和监控，为实际的施工积累经验，通过监测得到的数据积累，综合设计之初的数据预估，逐渐积累出在特定的地形环境以及其后等因素的干扰之下，实际施工的只是而又具体的反应，为下一次在类似的施工环境中制定施工计划提供依据。同时通过监测监控数据修改原定施工计划，或者利用监测数据对后续施工调整后的再次监测得到的数据的积累为偏差值的设定，以及出现偏差后对施工方案的调整积累了经验。

结束语：

越来越多的大跨度等高难度的桥梁在立项开始修建，桥梁施工中监测与监控系统的建立为动辄几亿甚至几十亿的超大型项目提供了数据上的保障，为施工过程中的安全以及大桥投入运行以后的使用安全提供了保证。施工过程中的监测和监控使安全隐患在施工过程中被扼杀，使设计中存在的缺陷在施工过程中得到了修订，使设计中无法预估到的困难随时被发现，并且有修正的依据，使施工过程中出现的偏差在监测数据的帮助下找到改正依据，使在施工过程中遇到的难题有了发现的依据，解决的依据。如此重要的监测和监控系统的建立需要各方面的建筑和监理人才的共同参与，需要多学科多工种人员的集思广益，需要施工单位对监理提高到一个相当高的重视程度，相信监测的数据得出的结论，相信监控手段的结果，监测以及监控人员要对工作高度负责，一丝不苟，不放过监测及监控过程中任何细微的数字变化，务必做到任何一个工序，一个操作点都处监测体系的范围之内，并且始终属于受控状态。桥梁施工过程中的监测与监控技术一定会成为世界建桥工程中的大趋势。

参考文献：

[1]刘国军.大跨钢管混凝土拱桥施工监测与控制技术研究[D].西南交通大学2007.

[2]武芳文;薛成凤;赵雷.连续刚构桥梁悬臂施工线形控制分析[J].铁道工程学报2006.

[3]查进.超大跨径混合梁斜拉桥宽箱梁高性能混凝土防裂技术与耐久性研究[D].武汉理工大学2008.

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