淺析疏港航道工程204國道橋主橋施工監控

徐善中 張彩燕 李求源

1 概述

連云港疏港航道工程204國道橋主橋采用75 m+125 m+75 m變截面預應力混凝土單箱單室連續梁橋,橋面寬15 m,箱梁在中支點處高度為7.3 m,跨中處高度為2.9 m,箱梁高度從距墩中心2.5 m處到跨中合龍段處按照二次拋物線變化。預應力混凝土箱梁采用三向預應力結構,縱向、橫向均采用預應力鋼絞線,豎向采用高強精軋螺紋鋼筋。箱梁臨時固結采用在墩頂設置鋼筋混凝土臨時支座的方案。主橋主墩采用鋼筋混凝土矩形橋墩,鉆孔灌注樁基礎。主橋箱梁采用菱形掛籃(重590 kN)對稱懸澆法施工,各單“T”箱梁除0號梁段和邊跨直線段分別采用墩旁托架和支架現澆外,其余均采用對稱平衡移動掛籃逐段澆筑法施工。箱梁邊、中跨合龍段長度均為2.0 m,邊跨現澆段長度為11.5 m,墩頂0號梁段長度13.0 m,縱向懸澆分成15個梁段,長度分別為3×3.0 m+4×3.5 m+8×4.0 m。

2 主梁施工監控實施

2.1 監控組織與管理

根據204國道橋的施工工藝特點,專門成立監控項目組,同時成立專家顧問組對施工監控重大技術問題提供建議,指導監控項目組更好的完成施工監控工作。監控項目組下設計算分析小組、應力測量小組、變形測量小組、溫度測量小組等,實時采集施工現場荷載信息和結構相關信息并對采集的各種信息進行誤差分析、篩選,通過分析和不斷修正計算參數使計算分析參數反映結構實際狀況。把握住施工過程,預估施工狀況,達到施工控制的目的。

2.2 結構計算模型的建立與分析

204國道橋計算軟件采用“橋梁博士”V3.0,根據確定的施工方案采用前進法建立平面桿系模型進行計算。整個橋梁結構離散為90個單元共有91個節點,根據施工程序對施工過程進行模擬計算。孔道摩阻系數 μ=0.25,偏差系數k=0.001 5,錨具一端回縮值按6 mm考慮。模型中的計算參數取值如表1所示。

表1 材料特性表

2.3 監控工作實施

204國道橋主梁施工監控是一個施工→量測→判斷→修正→預告→施工的循環過程,主要通過在主梁結構各主要部位埋設傳感器和相關的測試儀器,按照施工工藝流程和施工工況不間斷地測試,采集施工監控相關結構幾何和力學相關信息,同時收集結構溫度場、混凝土材料常規試驗信息和混凝土超方情況等;并通過對數據和信息進行篩選和誤差分析,不斷修正計算參數,反復計算,使計算模型更接近實際結構,指導施工控制工作。204國道橋作為大跨徑預應力混凝土連續梁橋,采用掛籃懸臂澆筑的施工工藝,橋梁施工監控工作主要包括兩方面內容：變形監控和應力監控。

2.3.1 變形監控

204國道橋主梁施工過程中的撓度計算考慮了施工一期恒載、施工臨時荷載、大自然溫度濕度變化、橋墩變位、基礎沉降、施工誤差等因素的影響按照彈性和徐變撓度兩部分進行計算和控制;預拱度的設置是將從施工開始到完工后5年時間每一節段端點的彈性和徐變總撓度曲線及數值反向設置[1];為了施工的簡化,該橋在主跨跨中設置了10 cm的預拱度,其他節點按照二次拋物線內插確定。204國道橋變形監測工作根據主梁節段劃分和施工工藝,主要包括掛籃變形監測、主梁變形監測和主墩沉降監測等。該橋主梁懸澆施工掛籃采用菱形掛籃(重590 kN),主梁零號塊施工結束后在梁頂組拼掛籃并按照最大梁段施工重量的120%分級預壓,檢驗施工掛籃可靠性的同時,獲得掛籃的荷載—變形曲線,為梁段施工過程預測掛籃變形值提供參考。為實時監測主梁在整個施工過程中的變形,主梁變形監測截面位置和測點布設如圖1,圖2所示。

主梁懸臂澆筑施工過程中的變形監測工況按照標準的節段梁三階段施工劃分,即澆筑混凝土前掛籃定位后、澆筑混凝土后、張拉預應力鋼束后安排進行各梁段變形監測;主梁邊、中跨合龍段施工過程和體系轉換過程中的變形監測工作則根據施工進度每個工況對主梁全部變形監測點和沉降監測點進行監測。變形監測和沉降監測均安排在氣溫比較穩定的早晨進行,測試工作由專人負責,使用固定儀器采用同樣的觀測路線進行,并定期對測量控制樁進行復核。

2.3.2 應力監控

為了準確計算出成橋狀態的結構受力狀態,204國道橋按照實際結構構造及其形成過程逐階段進行計算,最終確定成橋狀態的幾何線形和內力狀況[2]。204國道橋應力監測工作根據主梁結構形式和施工工藝進行。為實時監測主梁在整個施工過程中的應力情況,選用適合長期施工過程觀測并能保證足夠精度、長期性和穩定性較好的振弦式混凝土應變計和配套的振弦式讀數儀進行應力測試。結合連續梁橋結構受力特點和懸臂澆筑施工工藝特點,在主梁設置6個應力監測截面對該橋施工過程實施應力監測,主梁應力監測截面位置和截面內測點布置如圖3所示。

主梁懸臂澆筑施工過程中的應力監測工況結合主梁懸臂澆筑施工工藝和變形監測工作進行,在進行變形監測和沉降監測的同時對主梁關鍵截面實施應力監測。

2.4 監控成果

累計撓度是指各梁段澆筑混凝土完畢開始到主梁懸臂澆筑施工結束產生的總撓度。該指標直接反映了主梁的線形變化情況。204國道橋懸臂澆筑施工過程中梁段的實際變形值與理論計算分析結果變化趨勢基本保持一致,主橋邊、中跨合龍段合龍誤差滿足規范要求(分別為2 mm,6 mm,11 mm),成橋線形良好。以11號墩懸澆施工為例,圖 4為11號墩懸臂施工過程中“T”構累計撓度與理論撓度對照圖。

3 結語

204國道橋主橋施工過程中主梁線形控制和應力監測工作是本次施工監控工作的主要內容。該橋施工監控工作根據該橋結構形式和施工工藝特點,建立了完善的監控組織和專家顧問組,實時收集監控相關信息,不斷修正計算參數反復計算使計算結果更能反映實際結構狀態。204國道橋施工過程中主梁結構變形和應力情況處于受控狀態,施工監控工作達到了施工控制的目的。

[1]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設計[M].北京：人民交通出版社,2000：2-3.

[2]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京：人民交通出版社,2003：2-5.

[3]姚輝光.大跨度連續鋼構橋懸臂施工監控方法[J].山西建筑,2008,34(11)：327-328.