斜拉网格结构预应力拉索施工监理
【摘 要】 本文结合工程实例，介绍了斜拉网格结构预应力拉索在施工过程中的监理工作流程、工作内容、监理要点及控制目标。
【关键词】 拉索；预应力；监理
【中图分类号】 TU716 【文献标识码】 B 【文章编号】 1727-5123（2011）04-160-02
1 工程概况
连云港市体育中心体育场工程顶棚采用斜拉网格钢结构，由索杆系和钢网壳组成，分为东西两片，对称布置且相互脱离。单片网壳平面呈月牙形，长约214m，中间宽约53m，投影面积约9053m2。钢网壳标高约40m，桅杆向外侧倾斜10°，桅杆顶标高75m。网壳前端则采用桅杆与预应力斜拉索体系连接提供弹性支承。
单片钢网壳前缘由南北各4 根（共8根）拉索吊挂，在网壳外侧设置2 根平衡索。以下索1和索2统称为背索，索3～索6统称为前索。拉索另一端连系在倾斜的圆形桅杆顶部（标高20m以下Φ1200mm×30mm～Φ2200mm×30mm，标高20m～55mΦ2200mm×30mm，标高55m以上Φ1000mm×30mm～Φ2200mm×30mm），背索与地面支座铰接，拉索平面布置如图所示。
拉索平面布置图
2 监理工作内容
2.1 施工单位资质审核。
2. 1.1 拉索预应力张拉单位的资质证书、安全生产许可证和特种作业人员的特种作业操作资格证书。
2. 1.2 施工技术标准、质量保证体系、质量控制及检验制度是否满足工程设计技术指标要求。
2.2 质量保证体系。督促检查施工单位建立健全质量保证体系，明确各级质量责任制，坚持施工单位自检、互检，交接检制度。
2.3 技术资料管理。
2.3.1 督促检查施工单位设专人负责技术资料管理，保证及时、真实、准确、完整，及时报送监理、建设单位签字核准。
2.3.2 随时抽查技术资料管理情况。
3 监理要点及控制目标
3.1 索体。本工程拉索采用1670级Φ5和Φ7消除应力镀锌钢丝，双层热挤聚乙烯护层扭绞型，规格如表1所示。拉索总长度1701.12m，总用量约94940kg。
拉索规格
索体制作严格执行斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》（GB/T18365-2001）、《建筑拉索用钢丝》（CJ3077-1998）标准对拉索的总体要求。
3.1.1 镀锌钢丝进厂及验收：
3.1.1.1 镀锌钢丝按GB/T17101-1997《桥梁拉索用热镀锌钢丝》规定执行，光面钢丝的主要性能不低于GB5223-1995《预应力砼用钢丝》的规定。
3.1.1.2 钢丝进厂有质量保证单，按GB2103进行验收，每批按同一炉号抽检5%的盘数（不少于3盘），进行抗拉强度、延伸率、弯曲次数等关键力学指标作试验，合格后方可进入生产线。
3.1.1.3 根据使用阶段索力低应力的特点，要求镀锌钢丝厂提供松弛试验和疲劳试验的报告。
3.1.2 聚乙烯（PE）护套料进场及验收：
3.1.2.1 内层耐老化黑色PE以及表层白色的高密度聚乙烯护套料，其性能不低于《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》（GB/18365-2001）以及CJ3058-1996《塑料护套半平行钢丝拉索》中规定。
3.1.2.2 购进的PE护套料有质量保证单和合格证，黑色PE采用进口PE料，应有商检部门提供的检测报告。
3.1.3 热铸锚具及热铸填料进厂及验收：
3.1.3.1 热铸锚组件的性能和尺寸应符合《斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件》（GB/18365-2001）以及CJ3058-1996《塑料护套半平行钢丝拉索》中的规定。
3.1.3.2 热铸锚头和螺母无裂缝和明显缺陷，并有超声波探伤和磁粉探伤证明书。
3.1.3.3 热铸填料中的化学原料应符合工业纯标准，各种材料均应为合格产品，并附有合格证。
3.2 锚具。固定端锚具为双叉耳式，张拉端为单螺杆式。
3.2.1 锚具组装：
3.2.1.1 锚具组装的程序为：断索→第二层包装→装锚→剥头→穿丝→封堵预热→浇注→冷却→顶压。
3.2.1.2 拉索精下料后，尽快按切割线切断。
3.2.1.3 钢丝进入锥体内散开应均匀，必要时用铁丝辅助分离。
3.2.1.4 浇铸热铸料时，锚杯应预热，浇铸应密实。
3.2.1.5 热铸锚头冷却后，将索头置于反力架上，用千斤顶对锥塞进行顶压，顶压力为0.2倍标称破断力，持荷5min，以消除锥塞体的收缩间隙。
3.2.2 张拉卷盘包装：
3.2.2.1 每根成品索在出厂前必须有超张拉，合格后方可出厂。
3.2.2.2 张拉按工艺卡的要求分步进行，张拉前对千斤顶、油泵、油压表等进行标定。
3.2.2.3 成品拉索盘绕出厂时，按正常采用索盘盘筒直径不小于20倍索径，并不小于1.8m。拉索成盘后，对锚头进行防锈处理，并定位可靠，系上合格证、编号、质量保证单等。
3.3 拉索挂索安装。本工程顶棚结构成形依靠张拉拉索，前索为钢网壳提供使结构成立的弹性支承点，而且桅杆底部与下部结构铰接，必须在桅杆顶部的各拉索建立预应力，以保持桅杆的倾斜11°的平衡状态。因此拉索是该结构的核心构件，决定了整体结构的安全性以及受力变形性能表现。本工程的如何挂索是难点之一。
监理工作要点：利用混凝土看台上预留的能满足桅杆从直立到旋转11°的孔洞，将桅杆分段直立安装，桅杆按计算要求设置多道缆风钢丝绳保持稳定。在桅杆顶部设计临时挂索施工平台，利用吊机进行挂索，将4根前索和2根背索的上索头挂在直立桅杆的顶部。在直立桅杆的顶部进行挂索，作业工人的安全有保证。
3.4 拉索牵引安装。在近75m高的桅杆顶部将索展开牵引并保证桅杆的直立稳定性是难点之二。拉索的牵引安装不能盲目牵引展开，随意将拉索的下索头牵引至锚固的钢耳板上。
监理工作要点：在浇筑背索1和索2的混凝土锚碇时必须同时预埋拉索的牵引索，拉索的牵引展开遵循对称、使桅杆不受过大的偏心荷载为原则。具体实施时，严格规定牵引展开的顺序，先牵引索3并固定于锚固的钢耳板上，后适度展开索1和索2，再牵引索4；适度绷紧索1和索2的牵引索，再牵引索5和索6，将其下索头安装至锚固的钢耳板上。
3.5 桅杆倾倒并拉索张拉。该结构的桅杆高达75m，最大管径2.2m，是该结构的超大型构件。桅杆向体育场外侧倾斜11°，桅杆从直立到倾置的安装过程是一个高风险的施工过程。底部设计为球铰使得该构件的安装到位以及受力平衡都依赖拉索的张拉施工。该施工过程必须制定切实可行的施工方案，并进行必要的专家论证，采取切实安全可靠的措施，才能避免施工过程桅杆倾覆，防止重大整体坍塌事故，并且做到桅杆倾置过程与已安装结构不发生碰撞。也是本工程难点中最难的部分。
监理工作要点：在桅杆倾斜过程中，月牙形网壳的场外V形撑有一部分受拉，有一部分受压。如何保证桅杆缓慢倾斜并有防止突发性倾斜的“二道防线”是成功的关键点。因此，必须成立施工现场的桅杆倾斜并张拉的临时指挥部，采用同侧两桅杆的位于场外的索1和索2的4根索同步缓慢牵引，位于场内的桅杆安装钢丝绳缆风缓慢放松，位于钢屋盖顶面的索6的横张装置（“二道防线”防突发装置）缓慢放松，三个作业在施工现场指挥下同步进行，用全站仪监控桅杆的倾斜度和两桅杆的倾斜同步性。牵引到位后张拉亦采用同侧两桅杆的4根背索同步张拉，待张拉到位后进行网壳钢管支架落架。
3.6 网壳下安装支架落架并保证满足使用功能要求。拉索张拉施工完毕，拉索与钢网壳须形成结构，并需要在其中建立一定的预拉力。该预拉力须保证拆除网壳支架后，屋盖结构能承受自重，变形不致过大，以及拉索不松弛。在拉索中如何建立有效的预张力，以保证结构的安全性，并方便安装屋面板，是预应力施工的难点。
监理工作要点：网壳的安装精度影响拉索的张拉力，由于在屋面高空张拉危险性大，本工程采用主动张拉桅杆外侧的两根背索，位于屋面上的前索索3、索4、索5、索6是被动张拉。焊接球节点网架下的钢管支架落架卸载采用如下顺序：
3.6.1 先落下桅杆周边区域下钢管支架，包含月牙形网壳的牙尖部分；
3.6.2 后落下索3、索4、索5下方的网壳安装支架；
3.6.3 最后落下索6和两索6间的网壳宽度中间部分下的钢管支架。
3.7 拉索间相互影响大。单片顶棚两侧共有12根索（索1～索6各两根），且都要在其中建立预应力。单侧6根拉索通过桅杆顶的锚箱相互联系，张拉其中任何一根索都会影响其它索的索力，因此在单片顶棚结构中须确定合理的拉索安装和张拉方案，尽可能减少张拉根数和次数。
监理工作要点：为保证前索的张拉力正确，采用拉索安装时的容差技术，将拉索的安装长度与钢屋盖的安装精度一致起来，并在所有索中建立设计要求准确度的有效预应力。
3.8 控制目标。
3.8.1 网壳的形状是否满足建筑要求的结构外形是工程验收的主要内容。
3.8.2 索力与变形双控，以控制拉索张拉力为主。由于桅杆吊拉网壳的吊拉基本恒定，对预应力值准确建立十分重要，应以控制索力为主，控制变形为辅。
3.8.3 各阶段相邻杆件的内力应在安全范围内。在安装就位、张拉、调节、使用等各阶段应保证其它杆件的安全。
3.9 索力监控。
3.9.1 监控内容：拉索中有效预应力的建立。
3.9.2 测试方法：拉索张拉力控制主要采用张拉设备的油压表监控，必要时可辅以第三方检测的电阻应变片法、频率法（传感器附着在拉索上，以人力激振或环境随机振动测震）、非接触式频率测定（该仪器利用电涡流原理，不需接触拉索即可测出拉索的频率）等对拉索及其它钢结构的应力进行监测。
3.10 结构变形监控。采用千斤顶对拉索进行张拉或放松，可以调整索桅杆顶的水平向坐标，使其符合设计所选定的最佳形状。因此，本工程索的施工控制主要是通过控制索力以达到控制索网壳的最佳形状。
拉索首次张拉、正常使用状态时的支承条件是变化的，理论计算可以模拟各种工况，但实际效果不一定能完全满足设计要求，因此，首次张拉之后，需要进行一定范围的索力调整。为了尽量减少索力调整的数量，应进行详尽的计算分析。
3.11 监测仪器：
3.11.1 索力监测――千斤顶油压表：目前，索结构通常使用液压千斤顶张拉。由于千斤顶的张拉力与油缸中的油压有直接的关系，利用千斤顶油压面积一定时，油缸中的液压与千斤顶的张拉力成比例这一原理，将油压表读数换算成千斤顶的张拉力。该方法比较直观，不需另添仪器设备，事先经过标定的千斤顶测试索力有一定的精度，是施工过程中最常用的索力测试方法。
3.11.2 位移监测仪器――全站仪：全站仪是目前在大型工程施工现场采用的主要的高精度测量仪器。全站仪可以单机、远程、高精度快速放样或观测，并可结合现场情况灵活地地避开可能的各种干扰。
施工测量控制网是施工放样和施工中变形测试的基准，为了确保测量精度，一般需要在原有控制网的基础上进行网点加密，并对其进行严密平差及定期复测。高程控制网的两端必须进行水准校测，以保证两端高程的统一。高程控制网的布设应与平面控制网的布设同时进行，采用全站仪时放样用的主要平面控制点应纳入高程控制网，统一联测平差。高程控制网的基本网和加密网精度保持一致，其精度根据规范确定。复测精度与建网精度相同。
为保证施工放样或观测的精度和速度，对放样或观测的主要控制点应设强制对中固定观测墩座；对于其它控制点也应尽量设强制对中固定标志杆，以便于精确照准。
采用全站仪可直接由控制点进行三维放样，可达到很高的精度效果。
4 结束语
本工程在实施过程中，现场监理人员均能树立良好的质量意识，对材料、施工过程的每一环节严格把关，严格施工工艺并加强施工管理，有效地保证了预应力拉索的工程质量，也为今后类似专业工程的监理工作积累了宝贵经验。
