大跨度混凝土橋梁施工問題的幾點研究

摘要：大跨度連續梁橋施工控制的主要目的是使成橋線形和內力最大限度地滿足設計要求。影響大跨度連續梁橋施工控制精度的因素眾多。其中，在施工過程中，溫度是影響控制精度的一個非常重要的因素。因此在橋梁施工過程中，必須對施工預拱度、主梁梁體內的應力等進行嚴格的施工控制。本文分析了大跨度連續梁橋施工控制的方法、對箱形截面的溫度場進行了觀測，并用觀測結果剔除溫度對施工控制的影響。同時還還提出了大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測的一些具體概念，并分析了在監測中應注意的一些相關問題。

關鍵詞：大跨度，公橋橋梁 預應力混凝土施工控制 質量監測

橋梁結構設計時，參數的選取、施工狀況的確定和結構分析模型等諸多因素的影響，以及混凝土材料的非均勻性和不穩定性，大跨度預應力混凝土連續梁、T型剛構、連續剛構等梁橋施工過程中結構的實際狀態與設計狀態很難完全吻合。目前施工控制方法主要有三種：一是采用糾偏終點控制法；二是應用現代控制理論中的自適應控制法。三是設計時給予主梁標高和內力最大的誤差容許值控制法。

一、橋梁結構的理論計算

目前橋梁施工控制的結構計算方法主要包括：正裝分析法、倒裝分析法和無應力狀態計算法。正裝計算法能較好地模擬橋梁結構的實際施工歷程，得到橋梁結構在各個施工階段的位移和受力狀態，同時，能較好地考慮結構的非線性問題和混凝土收縮、徐變等問題。對于大跨度預應力混凝土橋梁，首先必須進行正裝計算。施工預拱度應按照橋梁結構實際施工加載順序的逆過程來進行結構行為計算和予以確定。只有按照倒裝計算出的橋梁結構各階段中間狀態去指導施工，才能使橋梁的成橋狀態符合設計要求。一般而言，以正裝計算結果作為應力監測的依據，以倒裝計算結果作為預拱度控制的依據。

二、主梁線形測量

1、主梁撓度、軸線和主梁頂面高程的測量

在每一節段懸臂端粱頂設立2～4個標高觀測點和一個軸線點。測點用短鋼筋或鋼板預埋，并用紅色油漆標明編號。標高用水準儀進行測量，根據各節段施工次序，每一節段按三種工況對主梁撓度進行平行獨立測量，相互校核。軸線使用全站儀和鋼尺等進行測量，采用測小角法或視準法直接測量其前端偏位。視準時，將軸線后視點引至過渡墩，用遠點控制近距離點。在主梁頂面混凝土高程測量過程中，同一截面測2～4點，根據其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時，在不同工況下，由觀察得到的主梁撓度(反拱)變化值，與給定立模標高(含預拱度)立模的高程值，也可得到主梁頂面的高程值，兩者比較后，可檢驗施工質量。

2、主梁立模標高的測量

用精密水準儀測量立模標高，立模標高的測量應避開溫差較大的時段。施工單位立模到位，測量完畢后，監理單位對施工各節段的立模標高進行復測，監控單位不定期進行抽測。

3、同跨兩邊對稱截面相對高差的直接測量和多跨線形的通測

當兩邊施工節段相同時，對稱截面的相對高差可直接進行測量和分析比較。當施工節段不同時，對稱節段的相對高差不滿足可比性，此時，可選擇較慢的一邊最末端截面和較快的一邊已施工的對應截面作為相對高差的測量對象。在測量過程中，同—對稱截面可測多點，根據其橫坡取其平均值，可得到對稱截面的對應點的相對高差。除保證各跨線形在控制范圍內外，主梁全程線形應定期或不定期進行通測，確保壘橋線形的協調性。

三、線形控制原理與技術

1、預拱度控制

主粱懸澆段的各節段立模標高可按下式確定

Hi=HO+fi+(-fi預)+F籃+fx(1)

式中：Hi為待澆筑段主粱底板前端底模標高IH0為該點設計標高；fi偽本施工段及以后澆筑的各段對該點的影響值；fi預為本施工段頂板縱向預應力束張拉后對該點的影響值，f籃為掛籃彈性變形對該施工段的影響值；fx為由徐變、I收縮、溫度、結構體系轉換、二期恒載，活載等影響值。上述各參數在有限元倒向分析基礎上，根據實測信息，對計算預拱度進行調整和預測，確定最佳預拱度。

2、預拱度

指令預拱度是主梁線形控制的主要參數，也是決定主跨和邊跨能否順利合攏，應力分布是否合理的關鍵。施工預拱度指令，一般由監測監控單位拿出方案，經設代組計算審核后，橋梁專業監理工程師簽字才能組織施工。施工預拱度指令除保證其合理性、科學性外，下達時間應保證施工的連續性和及時性。

四、主梁結構應變測量與應力分析

1、布點時間

在主梁鋼筋布置基本就緒、混凝土澆筑之前，在控制斷面預埋傳感元件，并做好相應的防護工作。對于預應力混凝土梁橋，主要是測試和控制橋梁結構縱向應力。因此，布點時，傳感元件沿縱向(橋的里程或樁號方向)布置，用鐵絲捆扎在主梁縱向鋼筋的上(下)緣。

2、傳感元件測試原理及其應變測量

混凝土應力測試傳感元件類型較多，目前通常使用鋼弦應變計，其測試效果較好。鋼弦傳感器應變與頻率間的關系通常是以標定表和折線圖的形式給出的，用二次曲線或三次曲線進行最小二乘擬合，便能得到較好數學表達式。

五、關于測試中幾個應注意的問題

1、施工應力監測涉及到的資料和數據很多。除設計資料外，施工方面也很多，如施工工藝、施工方案、施工組織設計及掛籃、模板有關數據。橋上主要施工機具設備的重量及其他施工荷載等。事前應認真收集、仔細調查。

2、應變計安裝要經歷混凝土澆注、振搗及混凝土硬化等過程。尤其是混凝土硬化是一個很復雜的變化過程，有水化熱溫升和自身體積的收縮。為了確定測點初始值，混凝土澆注后應當跟蹤觀測，以穩定后的測值作為初始值。有些測點需較長時間才能穩定，又要配合施工進行量測。對這部分測點，當發現數據有明顯不合理時，可以進行適當調整。

3、大跨度橋梁施工過程中，不可避免會出現一些問題，有時會打亂正常施工順序，施工荷載也會變化，測試時應注意變化，并作好記錄。不少變化將直接影響測試結果。另外測試中發現個別測點異常，應及時檢查，發現干擾盡快排除。根據經驗，當測點附近停放施工機具材料或因上面有積水，也會給測試結果帶來影響。

4、對能反映結構工作特性應力比較集中的測試部位，應適當多設元件，以防安裝或測試過程中造成損壞而測不到關鍵數據，還可以采用不同的手段或其他類型元件，同時進行測試。

5、由于混凝土性質有變易性，在施工應力測試中，應根據工地實際情況，做一些有關混凝土性質的試驗和觀測，如混凝土彈性模量，于縮量，如有條件還可進行其他方面觀測，利用這些數據對測試資料進行分析，可能減少一部分誤差。

綜上所述，對大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測，至今仍有不少問題沒有更好的解求方法。在科學的方法沒有建立之前，經驗的積累十分重要。當前由于工程發展需要，正推動這項測試工作不斷開展，在這大好的時機中，只要堅持不斷地實踐，不斷地分析總結，不斷地試驗探索，必將使混凝土橋梁施工應力測試工作更快地走向完善。