多跨連續梁橋跨結構的施工監控技術

陳夢成 顧章川

（華東交通大學土木建筑學院，330013，南昌∥第一作者，教授）

多跨連續梁的施工過程中，由于橋梁結構的自重、施工工法以及材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數、溫度等因素的隨機影響，成橋的梁部線形和空間位置不斷發生變化。此外，某些偏差（如主梁的豎向撓度誤差）具有累積的特性，若對偏差不加以及時有效地調整，隨著梁懸臂長度的增加，主梁的標高會顯著偏離設計值。因此，為了使成橋后橋梁的線形符合設計的目標線形，保證施工質量和橋梁精確合攏，必須對其施工過程中的變形進行控制。

現以滬寧城際鐵路五牧河大橋為例，橋孔布置為（48＋80＋48）m連續梁橋，全長173.2 m（含兩側梁端至邊支座中心各0.6 m）。該大橋為變截面，橋梁跨五牧河，采用掛籃施工，對施工質量控制要求很嚴格，施工中軸線偏差的誤差容許值為10 mm，主梁標高的容許誤差值為±20 mm。大橋在施工階段的安全以及成橋后的線型，是關系到滬寧城際鐵路完成后是否能正常運營的關鍵。因此對大橋進行施工階段的監控與監測是有必要的。

1 施工監控方案

施工監控的目的是要對成橋目標進行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數誤差對成橋目標的影響，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。因此，連續梁橋施工控制的原則為以主梁線形控制為主，應力控制為輔。這是因為在懸臂施工階段梁段是靜定結構，合攏過程如不施加額外的壓重，成橋后內力狀態一般不會偏離設計值很遠。確保線形滿足設計要求是第一位的。施工中以標高控制為主，確保順利合攏；主梁截面內力的監控放到次要位置，主要是通過對控制截面內力（應力）監測，保證施工過程中內力（應力）偏差在允許范圍內，保證施工過程的安全。

1.1 線型監測

橋梁的實時線形測量是施工監控、監測的重要工作之一。線型監測包含對主梁高程和主梁軸線偏位兩部分內容。

高程監測是指用精密水準儀對主梁各塊件控制點的標高進行測量。如果線型監測控制點設置適當（沿梁端橫向三點布置），還可以測出主梁塊件的扭曲程度。另外，應使用經緯儀對主梁軸線進行測量。主梁的線型監測以線型通測和局部塊件標高測量相結合，在主梁塊件澆筑、及支架移動后等施工階段進行。

特別是在澆筑梁段前后和預應力張拉前后，對梁段塊件標高的測量能反映出實際施工時主梁的撓度變化。這些數據是進行施工控制分析的最重要因素之一。

1.2 力學監測

力學監測主要是指主梁及橋墩混凝土應力。力學監測需要在主梁的控制斷面處，埋設應力測試元件，以測定各施工階段主梁的混凝土應力。可采用混凝土應變計或鋼筋計等元件來測定主梁的應力狀況。把應力監測的結果與施工監控、監測中其它監測結果相結合，能更全面地判斷全橋的內力狀態，形成一個較好的預警機制，從而更安全可靠地保障橋梁施工。

2 施工監控方案的實施

2.1 主橋撓度變形監測

2.1.1 立模標高的設定

主梁在懸臂澆筑過程中，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁的線型是否平順，是否符合設計的一個重要問題，如果在確定立模標高時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確的控制，則最終橋面線型較好。否則，最終橋面線型會與設計線型有較大的偏差。

立模標高并不等于設計中橋梁建成后的標高，總要設置一定的預拱度，以抵消施工中產生的各種變形（撓度）。其計算公式如下：

式中：

H立模標高——施工j梁段時i梁段的立模標高（梁段最前端某確定位置）；

H設計標高——i梁段設計標高；

f預拱度——模擬施工過程的恒載（包括結構自重、預加力、混凝土收縮徐變影響、二期恒載及施工臨時荷載等）引起的撓度與0.5靜活載引起的撓度反向；

f掛籃變形——施工i梁段掛籃的變形值（修正值是為了保證橋梁的實際標高在設計標高的上下波動，避免出現始終低于或者高于設計標高的值，常常在1號塊的時候取0.002，然后隨著塊數的增加而增加，在跨中合攏時達到最大值）。

2.1.2 測點布置

撓度測量數據是控制成橋線形最主要的依據。在預應力混凝土連續梁橋箱梁懸臂施工中，通過在每個懸澆梁段上布置3個對稱的高程觀測點，可以同時觀測箱梁的豎向撓度及扭轉變形情況。觀測點為預留露出混凝土（約5cm）的鋼筋頭，頂板鋼筋頭布置在中心和翼緣邊緣（見圖1）。在0#塊箱梁頂板處設置臨時水準點，測試節段如圖2所示。

圖1 測點布置

圖2 （48＋80＋48）m連續梁高程測點縱向布置圖

2.1.3 測試方法

為了減小溫度的影響，撓度的觀測安排在清晨進行。測量工況包括立模、澆筑混凝土后、張拉預應力筋前后、移掛籃后。通過這些撓度觀測資料對施工進行有效控制。對每一工況，用精密水準儀測定測點標高；立模時，測定底模板最前端高程，并在必要時作出調整（達到立模標高允許誤差范圍）。

2.2 控制界面混凝土應變觀測

在施工箱梁的過程中在0號塊、5號塊（四分之一截面）以及主跨跨中（合龍段）埋應變計，溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。埋設截面與混凝土應變計埋設截面相同，如圖3。

圖3 混凝土應變和溫度測點布置示意圖

2.3 應力的計算

（1）混凝土彈性模量的計算公式如下：

式中：

Ec——某階段混凝土彈性模量；

fcu——混凝土立方體抗壓試驗強度。

（2）溫度修正應變計算公式如下：

式中：

ε——測量的應變值；

T——測量溫度，℃；

T0——初讀數時溫度，℃；

F——一般情況下鋼筋混凝土的線膨脹系數；

F0——鋼弦的線膨脹系數。

（3）應力的計算公式如下：

式中：

ε修——溫度修正應變；

ε初——澆混凝土前的初始應變；

Ec——混凝土的彈性模量。

下面以94號墩C截面為例，每個階段的應力計算結果見表1。

表1 （48＋80＋48）m連續梁橋94#墩C截面各測點混凝土應力對比表 MPa

從該橋控制截面應力測試結果看，在支架澆注施工階段，箱梁截面上下緣應力基本上處于全截面受壓狀態，各工況下理論設計值和實測值變化趨勢基本吻合，都在設計規范允許范圍之內，施工誤差較小。施工各階段應力增量的數據和變化規律基本相符，實測值在控制范圍內。施工中頂板和底板應力的演變過程均比較正常，沒有出現產生危險狀態的應力異常現象。

3 實測撓度分析

3.1 實測撓度分析

分析滬寧城際鐵路工程連續梁橋施工階段的實測撓度資料，可以發現其撓度變化具有很強的規律性，這些規律可以概括為以下幾點：

（1）撓度變化規律。澆筑混凝土之后，懸臂梁呈下撓變形；張拉預應力后，懸臂梁呈上撓變形；掛籃前移后，懸臂梁呈下撓變形。上述各工況中撓度變形均隨著懸臂長度的增加而增大。

（2）對稱性。各種工況下，所監測的連續梁橋橋墩兩側的懸臂端的撓度變化基本對稱。

（3）無橫向扭轉現象。各工況下，同一梁段上的3個撓度監測點實測撓度變化幾乎相等，說明在各工況下，箱梁沒有出現橫向扭轉現象。

（4）實測撓度與設計計算撓度比較。所監測連續梁橋各節段在混凝土澆筑、預應力張拉及掛籃移動三階段撓度值觀測值與理論值吻合較好，除個別點因頂板混凝土面不平造成差值較大外，其余點差值均介于10～15mm之間。

3.2 實測應變分析

（1）從混凝土澆筑到混凝土初凝這個過程中，由于溫度、收縮徐變等因素的影響，混凝土內測點的應變均無規律；

（2）在施工過程中，由于剪力滯效應的影響，腹板與頂底板相交處測點的應變變化較大，頂板中心線處測點應變次之，翼緣處測點應變變化最小；

（3）澆注混凝土使已有梁段頂面受拉，底面受壓，邊跨合攏前張拉預應力使已有梁段頂面受壓，底面受拉，澆注和張拉預應力筋共同作用下箱梁全截面受壓。

總之，梁底線形平順，標高合理，符合設計要求；主梁結構受力狀況良好，符合設計規范要求，主梁結構安全可靠。

4 結語

（1）橋梁施工中的主梁應力觀測是一項長期、煩瑣的現場監測工作，現場監測數據的準確性對整座橋的線形和應力的控制至關重要。

（2）在掛籃變形的觀測過程中，通過模板觀測由于澆注混凝土產生的掛籃變形，而通過鋼筋頭來觀測由于張拉產生的高程變化，達到了較為精確的測量結果。

（3）計算應力時，必須考慮溫度的影響，溫度修正應變的計算必不可少。

（4）施工監控理論分析表明，滬寧城際鐵路工程連續梁橋體預應力張拉完畢后，混凝土的收縮徐變將會引起主跨標高向下回落，向設計標高靠攏。因此，建議在滬寧城際鐵路工程連續梁橋的營運階段，加強對大橋的長期監測，密切關注連續混凝土梁橋的各項參數變化，定期檢測，確保滬寧城際鐵路工程連續梁橋在設計使用年限內，始終處于良好的工作狀態。

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