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【摘 要】由于斜拉索的腐蚀问题，斜拉桥在运营一定年限后，必须进行斜拉索的更换工作。本文以四川省雅砻江桐子林水电站桐子林大桥更换斜拉索工程为背景，在施工监控中从斜拉索索力、桥面标高、主梁应力、索塔位移四个方面进行施工控制，达到了施工监控目标。
【关键词】斜拉桥；换索；监控
Research of construction monitoring for Tongzilin bridge cable replacement
Luo Ming
(Chongqing transportation university Chongqing 400074)
【Abstract】As cable corrosion problems, the need for cable replacement work after cable-stayed bridge served a certain number of years. In this paper, Tongzilin Hydropower Tongzilin bridge cable replacement project in Yalong River in Sichuan Province as the background, monitoring the construction from four aspects ,including cable tension, deck elevation, the main beam stress, displacement of the tower , to achieve The construction monitoring goals.
【Key words】Cable-stayed bridge;Cable replacement;Monitoring
1. 工程概括
桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江干流上，是雅砻江干流下游最末一级梯级电站。电站左岸有攀枝花至米易公路通过，右岸有桐雅公路通过。电站枢纽上距二滩水电站约18km，下距攀枝花市约28km，距成昆铁路桐子林火车站约1km。
桐子林大桥位于桐子林水电站上游约700m处，大桥全长291m，为30+104+120+30m单塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主梁采用预应力混凝土连续梁，索塔为倒Y型四柱式钢筋混凝土结构，塔高50m，桥墩高29m，桥面净宽为净10m+2×1.5m 人行道。其设计荷载为汽车-40 级，挂车-240级，人群荷载为2.5KN/m2。该桥于1990年4月建成通车。
全桥共88根斜拉索，本次更换斜拉索工程包括更换16根斜拉索（2-1、2-2、3-2、4-3、6-2、7-1、7-3、7-4、8-1、10-3、15-3、16-2、17-4、19-1、19-3、22-4）。斜拉索编号如图1所示。
图1 斜拉索编号示意图
同一号拉索自上游起顺序编为1～4，例如2#斜拉索4 根拉索自上游至下游依次编号为2-1，2-2，2-3，2-4。
2. 施工监控的目标和工作内容
施工监控的目标：施工过程和施工结束后桥梁结构内力满足设计要求；成桥索力、桥面标高及线形与设计一致，实现换索的索力及线形要求。
施工监控工作内容：换索过程中对索力、桥面标高、主梁应力、索塔位移进行测定并进行换索前后数据对比。对换索过程的安全性、合理性、存在误差的原因进行分析判断，并提出排除产生误差原因的方法，确保整个施工过程中的安全和施工过程及施工结束后桥梁有合理的工作。
3. 换索的监控方法及成果分析
3.1 索力监控。
本项目索力测定采用频率法，其测量原理为T=4WL2F12/1000
式中T-索力（KN）
W-拉索质量线密度（Kg/m）
L-拉索弦振长度（m）
F1-拉索弦振基频。
采用相關仪器或方法测出索振频率就可计算出索力（本项目采用JM-DC2索力仪）。测量时利用索力仪测三次频率，在前后变化不大的情况下，取第三次测量值作为计算频率。由于换索过程中，每卸掉一根索将引起其他索特别是与其相邻拉锁的索力变化，因此在换索施工期间，需对所换索、及其前后索共3对12根索的索力进行检测，包括换索前、松索后、换索后3个工况的索力。现以更换火车站侧19-1、19-3索为例，其换索前后的索力变化值见表1。
由表1可知：换索前后索力恢复情况良好，变化百分比一般在5%以内，其中有测量索力时刮风与行车引起的测量误差和换索前后的张拉误差。全桥16根斜拉索换索完毕后，联测数据与模型计算索力进行比较后，换索前后的索力变化规律一致，基本符合设计要求，达到了施工监控的目标。
3.2 主梁线形监控。
因斜拉桥线形对温度非常敏感，斜拉桥主梁线形监控适宜在早上8点左右进行测量，在风力较小和温度不高的情况下得到的测量数据接近于真实值。桥面标高测点分别布置在上、下游侧，每侧每个拉索锚固点垂直向上的桥面布置测点共44个测点，并在桥的两岸分别设置后视点。在换索前后对所换索、及其前后索共5对索所在桥面的标高测点采用水准仪进行测量，根据相对标高变化值，提出继续施工或停止施工的建议，并作为是否进行二次张拉的必要依据。以更换火车站侧19-1、19-3索为例，其换索前后的桥面标高变化值见表2。
由表2中数据可以看出，换索前后桥面标高变化不大，没有出现较大的桥面下沉情况。全桥换索完毕后，主梁标高基本恢复到换索前状态，达到了线形监控要求。
3.3 主梁应力监控。
为了确保斜拉桥在换索过程中的主梁安全，及时掌握结构的受力状态，根据长期在施工控制及工程测试中积累的经验，对于需长期观察的断面(或测点)和一些重要的控制部位宜采用稳定性较好的钢弦应力计或绝对应力计进行测量。通过测定钢弦计的弦振频率, 由f(频率)－ ε(应变)标定曲线即可计算砼的应变，从而换算得应力值。应变量计算公式为X=（F×F-f×f-A）×K, 式中：X——应变量,F——初始频率,f——应变频率,K——系数K值,A——系数A值。
在换索期间对主梁的三个典型断面的应力进行监测，包括2个主跨跨中截面和火车站侧索塔侧主梁截面，每个截面在每个箱底中央位置布置2个应力监测点。根据换索前后主梁的测量应力比较，应力变化均为增大情况，最大值为0.06Mpa，主梁应力变化较小，所以主梁是安全的。
3.4 索塔位移监控。
索塔位移监测采用全站仪进行空间坐标测量来进行，在上下游索塔顶的火车站测各设置1个测点，全站仪观测站设置在大桥的火车站一测。在换索过程中，每换2根索进行1次索塔顶位移观测。根据换索前后测量数据对比，上游塔顶向上游方向倾斜1mm，向火车站方向倾斜4mm，下游塔顶向上游方向倾斜1mm，向火车站方向倾斜6mm，位移变化情况不大，没有明显倾斜。
4. 结论
在整个换索施工过程中，各项测量数据表明，换索前后桥面标高、索力恢复情况良好，索塔没有明显倾斜，主梁也在安全状态，所以本次换索工作是在安全控制范围之内，说明实施的监控方法是切实可行的。
根据换下的旧索情况来看，旧索已经极度疲劳，而新索还有一定伸长量，这样必然会增加旧索的负荷，从而桥梁存在不安全的隐患，所以更换余下的旧索是迫切的。
参考文献
［1］ 王文涛.斜拉桥换索工程［M］.北京：人民交通出版社.1997.
［2］ 向中富.桥梁施工控制技术［M］.北京：人民交通出版社.2001.
［3］ 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.
［文章编号］1619-2737（2011）03-09-47
［作者简介］ 罗明（1983.6-），男，在读硕士研究生，所学专业：桥梁与隧道工程，研究方向：桥梁设计理论与施工控制.
【关键词】斜拉桥；换索；监控
Research of construction monitoring for Tongzilin bridge cable replacement
Luo Ming
(Chongqing transportation university Chongqing 400074)
【Abstract】As cable corrosion problems, the need for cable replacement work after cable-stayed bridge served a certain number of years. In this paper, Tongzilin Hydropower Tongzilin bridge cable replacement project in Yalong River in Sichuan Province as the background, monitoring the construction from four aspects ,including cable tension, deck elevation, the main beam stress, displacement of the tower , to achieve The construction monitoring goals.
【Key words】Cable-stayed bridge;Cable replacement;Monitoring
1. 工程概括
桐子林水电站位于四川省攀枝花市盐边县境内的雅砻江干流上，是雅砻江干流下游最末一级梯级电站。电站左岸有攀枝花至米易公路通过，右岸有桐雅公路通过。电站枢纽上距二滩水电站约18km，下距攀枝花市约28km，距成昆铁路桐子林火车站约1km。
桐子林大桥位于桐子林水电站上游约700m处，大桥全长291m，为30+104+120+30m单塔双索面预应力混凝土斜拉桥，主梁采用预应力混凝土连续梁，索塔为倒Y型四柱式钢筋混凝土结构，塔高50m，桥墩高29m，桥面净宽为净10m+2×1.5m 人行道。其设计荷载为汽车-40 级，挂车-240级，人群荷载为2.5KN/m2。该桥于1990年4月建成通车。
全桥共88根斜拉索，本次更换斜拉索工程包括更换16根斜拉索（2-1、2-2、3-2、4-3、6-2、7-1、7-3、7-4、8-1、10-3、15-3、16-2、17-4、19-1、19-3、22-4）。斜拉索编号如图1所示。
图1 斜拉索编号示意图
同一号拉索自上游起顺序编为1～4，例如2#斜拉索4 根拉索自上游至下游依次编号为2-1，2-2，2-3，2-4。
2. 施工监控的目标和工作内容
施工监控的目标：施工过程和施工结束后桥梁结构内力满足设计要求；成桥索力、桥面标高及线形与设计一致，实现换索的索力及线形要求。
施工监控工作内容：换索过程中对索力、桥面标高、主梁应力、索塔位移进行测定并进行换索前后数据对比。对换索过程的安全性、合理性、存在误差的原因进行分析判断，并提出排除产生误差原因的方法，确保整个施工过程中的安全和施工过程及施工结束后桥梁有合理的工作。
3. 换索的监控方法及成果分析
3.1 索力监控。
本项目索力测定采用频率法，其测量原理为T=4WL2F12/1000
式中T-索力（KN）
W-拉索质量线密度（Kg/m）
L-拉索弦振长度（m）
F1-拉索弦振基频。
采用相關仪器或方法测出索振频率就可计算出索力（本项目采用JM-DC2索力仪）。测量时利用索力仪测三次频率，在前后变化不大的情况下，取第三次测量值作为计算频率。由于换索过程中，每卸掉一根索将引起其他索特别是与其相邻拉锁的索力变化，因此在换索施工期间，需对所换索、及其前后索共3对12根索的索力进行检测，包括换索前、松索后、换索后3个工况的索力。现以更换火车站侧19-1、19-3索为例，其换索前后的索力变化值见表1。
由表1可知：换索前后索力恢复情况良好，变化百分比一般在5%以内，其中有测量索力时刮风与行车引起的测量误差和换索前后的张拉误差。全桥16根斜拉索换索完毕后，联测数据与模型计算索力进行比较后，换索前后的索力变化规律一致，基本符合设计要求，达到了施工监控的目标。
3.2 主梁线形监控。
因斜拉桥线形对温度非常敏感，斜拉桥主梁线形监控适宜在早上8点左右进行测量，在风力较小和温度不高的情况下得到的测量数据接近于真实值。桥面标高测点分别布置在上、下游侧，每侧每个拉索锚固点垂直向上的桥面布置测点共44个测点，并在桥的两岸分别设置后视点。在换索前后对所换索、及其前后索共5对索所在桥面的标高测点采用水准仪进行测量，根据相对标高变化值，提出继续施工或停止施工的建议，并作为是否进行二次张拉的必要依据。以更换火车站侧19-1、19-3索为例，其换索前后的桥面标高变化值见表2。
由表2中数据可以看出，换索前后桥面标高变化不大，没有出现较大的桥面下沉情况。全桥换索完毕后，主梁标高基本恢复到换索前状态，达到了线形监控要求。
3.3 主梁应力监控。
为了确保斜拉桥在换索过程中的主梁安全，及时掌握结构的受力状态，根据长期在施工控制及工程测试中积累的经验，对于需长期观察的断面(或测点)和一些重要的控制部位宜采用稳定性较好的钢弦应力计或绝对应力计进行测量。通过测定钢弦计的弦振频率, 由f(频率)－ ε(应变)标定曲线即可计算砼的应变，从而换算得应力值。应变量计算公式为X=（F×F-f×f-A）×K, 式中：X——应变量,F——初始频率,f——应变频率,K——系数K值,A——系数A值。
在换索期间对主梁的三个典型断面的应力进行监测，包括2个主跨跨中截面和火车站侧索塔侧主梁截面，每个截面在每个箱底中央位置布置2个应力监测点。根据换索前后主梁的测量应力比较，应力变化均为增大情况，最大值为0.06Mpa，主梁应力变化较小，所以主梁是安全的。
3.4 索塔位移监控。
索塔位移监测采用全站仪进行空间坐标测量来进行，在上下游索塔顶的火车站测各设置1个测点，全站仪观测站设置在大桥的火车站一测。在换索过程中，每换2根索进行1次索塔顶位移观测。根据换索前后测量数据对比，上游塔顶向上游方向倾斜1mm，向火车站方向倾斜4mm，下游塔顶向上游方向倾斜1mm，向火车站方向倾斜6mm，位移变化情况不大，没有明显倾斜。
4. 结论
在整个换索施工过程中，各项测量数据表明，换索前后桥面标高、索力恢复情况良好，索塔没有明显倾斜，主梁也在安全状态，所以本次换索工作是在安全控制范围之内，说明实施的监控方法是切实可行的。
根据换下的旧索情况来看，旧索已经极度疲劳，而新索还有一定伸长量，这样必然会增加旧索的负荷，从而桥梁存在不安全的隐患，所以更换余下的旧索是迫切的。
参考文献
［1］ 王文涛.斜拉桥换索工程［M］.北京：人民交通出版社.1997.
［2］ 向中富.桥梁施工控制技术［M］.北京：人民交通出版社.2001.
［3］ 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）.
［文章编号］1619-2737（2011）03-09-47
［作者简介］ 罗明（1983.6-），男，在读硕士研究生，所学专业：桥梁与隧道工程，研究方向：桥梁设计理论与施工控制.