钢围堰变形监测技术研究与运用

蒲浩文朱晓波

蒲浩文朱晓波

重庆巨能建设集团路桥工程有限公司重庆400700

摘要：钢围堰施工监控中变形监测是工作的重点与难点，本文以重庆木洞苏家浩大桥工程大型深水双壁钢围堰为依托，通过研究及实践运用探索切实可靠的变形测量方法，为相关工程提供技术参考和实践指导。

关键词：钢围堰；变形监测；研究与运用

引言

建设工程水下结构施工通常需要辅助措施才能施作，围堰是一种广泛应用的有效方式。对于深水区作业，双壁钢围堰具有强度高、刚度大，能适应各种构造形式、复杂环境及地质条件，又可兼做承重施工机具、工作平台的结构等优势，是最常用的施工方式。钢围堰属于施工临时辅助结构，其安全质量事关重大，是重要的控制水下安全施工质量的组成部分，国内外钢围堰安全质量事故频发，一旦发生事故将造成不可估量的巨大损失，因此施工监控工作是钢围堰安全使用的必要条件。

1.工程概况

横跨长江河汊的重庆木洞苏家浩大桥，主桥使用上承式连续五跨混凝土拱桥。桥位区位于长江流域干流上及三峡库区中，河床底标高约为146m，地形图测量时长江枯水位为154.9m，十年一遇洪水位为179.2m，三峡蓄水期桥位区常水位约173.2m。大桥P3、P4墩位处水位较深且变化较大，采用自浮式双壁钢围堰围水施工。钢围堰总长33.2m，总宽14m，长边两端采用圆弧形，壁厚1.5m，安装总高度36m，封底混凝土厚度为6m，舱壁填充混凝土高度12.5m。钢围堰竖向共分6个节段，每节段平面分为10环块加工和拼装，内外壁板均设置竖肋与环板加强，并在内外环板间设水平斜撑，内壁板间（堰内）设置钢管横撑。

2.国内外研究现状

钢围堰结构安全是水下施工管控的重点，在其使用过程中的监控监测是重要工作内容。对于钢围堰垂直度、平面位置、封底与舱壁混凝土标高、内外部水位差、水流速度等常规测量，可以借助普通光学测量仪器和简易测试仪器等手段完成监测，但钢围堰结构的变形和应力监测作为监测工作的重难点，是钢围堰受力情况参数的直接反应，是决定钢围堰结构的安全性的重要因素。通过对国内外相关技术成果的查阅，应力监测目前主要采用预埋应力传感器进行数据采集与分析的手段进行，其方法是切实有效的；变形监测技术的研发相对落后，相关课题研究较少，目前国内外尚未形成成熟的技术措施与标准。

3.变形测量方法选择

钢围堰受构造特性、使用情况、工作环境等的制约，其变形监测比较困难。利用普通光学测量仪器使用测边交会、自贴式反射片取代棱镜、免棱镜等方法，不仅不能对其进行直接测量，其测量精度较低不能满足技术要求；在监测钢围堰圆形变形时，相关人员把应变传感器在同一钢围堰的截面上布置，测得平均应变后换算出结构变形的测量方法，但运用这种方法对钢围堰的变形值进行换算得出的并不是局部的变形值，而是一个平均值，并且运用该方法不能测量异形的钢围堰；变形测量目前比较先进的是数字全信息干涉法，因对设备要求高、操作十分繁琐，衍射计算复杂等尚未推广运用。所以想要为钢围堰的使用提供安全保障，需要对测量钢围堰变形的便捷、可靠的方法进行研究和探索。结合国内外结构变形监测技术研究成果，可以选择千分表和位移收敛仪为有效的测量仪器，其特点是操作简便、测量精度高，运用机械传递位移的原理对测点位移的变形值进行测量，把两者有效的结合起来可对钢围堰的变形进行实时测量。

4.施工监测措施与方法

结合苏家浩大桥钢围堰的设计文件，运用MidasCivil有限元软件，按实际选取钢围堰最不利工况进行结构内力验算，从理论上论证钢围堰结构设计的安全性，并找出结构受力较弱的部位，即把监测点设置在其最小刚度、最大变形量的位置，通过对测点处的理论变形值进行计算，为完善的监测预警系统的建立提供保障。在钢围堰使用过程中，运用有限元软件仿真模拟分析钢围堰各工况恢复情况下结构受力情况、内外水位差变化等，使用位移收敛仪和千分表测量相结合的方式，实时采集结构变形数据，通过实测值与理论值对比判定结构的安全状态。通过计算钢围堰截面刚度最小、变形量最大的位置在舱壁混凝土顶面向上50cm处，在此位置沿钢围堰内壁板面周圈对称布设变形监测点。

钢围堰变形测量宜首选千分表直接测量，但采用千分表测量需要对固定点进行设置，但在钢围堰抽水和前期桥墩施工时期并不能对固定支架进行搭设，所以测量时可以使用位移收敛仪。使用位移收敛仪对钢围堰变形进行测量是通过对两个测点间距离进行测量，因为发生相对位移的两点间测的距离不同，所以两点间的相对位移量就是两次测量的距离差，即变形值。在钢围堰入水安装前应先对监测变形的点进行设置，使用位移收敛仪对两对称测点间距离测量的值为L，使用钢围堰的过程中两测点距离测得为Li，测点处实际变形值是△L仪=（L-Li）/2，理论算得监测工况下该测点的变形值是△Li，合理的对比理论变形值（△Li）和实测变形值（△L仪），如果理论变形值大于实测变形值，说明实际结构刚度比理论计算刚度大，因为通过理论计算钢围堰各工况的结构变形都符合相应的规范，因此可判定钢围堰结构是安全性；反之则说明实际结构刚度比理论计算刚度小，但只要其比预警值小仍然可以对钢围堰结构的状态判定为安全，如果其比预警值超出则应该发出警报，并及时采取针对性的解决措施。

随着测点被不断增加的墩身施工高度遮挡，围堰变形便不再适合使用位移收敛仪进行测量，然后再对钢围堰变形进行测量时可使用千分表。在对应测点的墩身位置预埋托架，然后安装千分表记录其初始读数是D，而钢围堰实际变形量是运用位移收敛仪测得的△L仪=（L-△Li）/2值，也是运用千分表对钢围堰变形量测量的基数。在监测的过程中千分表的读数（Di）是变形增减量，测点处的具体变形值是△L表=△L仪+（Di-D），在监测情况下对该测点的变形通过理论计算得出该值是△Li，通过有效的对比理论变形值（△Li）和实测变形值（△L表），进而对钢围堰结构的安全情况进行判断。

图4.1位移收敛仪测量示意图图4.2千分表测量示意图

5.工程实践效果与总结

通过具体的监测施工过程得出，实测的结果和理论数据具有较好的吻合性，实测钢围堰结构变形值比理论计算值偏大约5%～10%。通过对深水钢围堰变形监测技术在本工程中的研究及运用，表明所选理论与实测对比分析评价的监测方案及位移收敛仪与千分表相结合的测量方法可行性高、稳定性好，为我们对围堰在各工况下的稳定性和安全运行的情况的及时、准确的掌握提供了良好的保障，确保安全、圆满地完成了P3、P4桥墩深水基础施工，可在今后类似的钢围堰施工监测中推广运用。

6.结束语

尽管在测量围堰变形情况时采用千分表和位移收敛仪相互结合的方式的操作相对简单，可以得到准确可靠的数据，并根据需要对相关数据进行实时采集，对当前测量所有形状的钢围堰变形都比较适用，但科学技术在不断的进步与发展，对钢围堰变形监测技术仍需要深入的研究和探索，提出更有效、便捷的监测手段。

参考文献：

[1]付开庆，李国明，李永重，李智，夏争志.新造珠江特大桥双壁钢围堰施工监控[J].中外公路，2011年01期.

[2]周灿林，亢一澜.数字全信息干涉法用于变形测量[J].光子学报，2004，33（2）：171-173.

作者简介：

蒲浩文，1988.08.27，重庆巨能建设集团路桥工程有限公司助理工程师

朱晓波，1979.2.22，重庆巨能建设集团路桥工程有限公司中级工程师