采用電子傳感器對不平衡箱梁懸臂澆筑過程進行安全監測

劉金峰，周東坡，王 垚

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 工程概況

蘭州元通黃河大橋位于蘭州中心城區，主橋采用的跨徑（80+150+80）m 的預應力連續箱梁，其中主跨 150 m 采用了預應力混凝土連續箱梁-鋼管混凝土拱組合結構（見圖1）。主梁結構為單箱三室，梁頂寬 28.8 m，梁底寬 21 m，主支點處梁高 7 m，跨中和邊支點處梁高 2.5 m。箱梁施工采用掛籃懸臂現澆施工。該橋兩個主墩分成兩組 17 對懸澆節段。中跨箱梁內共設有 21 道吊桿橫梁，每個吊桿橫梁混凝土方量約 14.5 m3。

2 問題的提出

由于吊桿橫梁存在,在每組懸澆施工中，將出現中跨與邊跨結構不對稱情況，這是最大的不平衡因素。與橫梁配套出現的當然還有橫梁的模板系統，它與邊跨的也有所增加，會產生不平衡力矩。

再仔細分析就發現橫梁布置是按吊桿需要設置的，而懸澆段的長度是變化的，所以，相對于每對懸澆段的相對位置是變動的，那么，在利用配重塊配平時就需要有針對性地計算。

還有施工過程中漲模、臨時堆放等偶然因素產生的不平衡力矩也要加以考慮。

3 問題的解決

針對懸澆存在的不平衡問題，可以通過配載來達到平衡。可以采用水箱、沙袋、混凝土預制塊、型鋼類材料等。元通黃河大橋采用的是預制混凝土塊配平。相應節段澆筑前進行配平計算。

配平原則：懸澆施工時按照主墩中點等力矩原則進行。

需要注意的是：施工時配重塊只能擺放在上一節段上，所以，計算時一定要考慮力臂的實際數據。

4 更好的解決方案

前面通過計算配平，看似問題解決了。但是，在實際施工中往往是達不到精確控制的理想狀態，特別是偶然誤差的出現，當在大懸臂狀態時偶然的誤差產生的后果是很大的，是潛在的不安全因素。

為了把潛在的因素明了化，采用了 JSS2-JTM-V1000 振弦式傳感器安裝于箱梁臨時支撐鋼管混凝土立柱上（見圖2）。根據施工過程中傳感器數據變化情況（使用 JTM-V10A 型振弦式讀數儀），調整施工配重，確保懸澆施工安全。

5 原理分析

在懸澆過程中，箱梁，以及施工荷載都施加在支座和兩側的臨時支柱上。當出現不平衡力矩時，需要通過臨時立柱通過的支反力來維持懸澆系統的平衡，因為，支座只提供支反力，而力臂為 0，不能產生反力矩。

在施工過程中，隨著懸臂長度的增加，施加在支座和兩側的臨時支柱上的荷載都在增大。在理想的對稱情況下，兩側的臨時支柱上的荷載應該是同樣的增長值。當出現不對稱時，也就是出現了不平衡荷載情況下，那么就會引起懸澆系統的重心偏移，這時兩側臨時支柱上的荷載增長就會一樣，最嚴重的后果就是單邊急速增大，而對邊不增長甚至減小，這時就產生失穩現象。

所以，在臨時支柱上安裝傳感器，就可以隨時方便直觀地觀測立柱受力情況，把受力狀態表觀化。

在工程應用中，并不是非常準確地觀測和推斷臨時立柱的準確受力值，而是根據傳感器的讀數值，判斷前后節段施工的變化趨勢。因為，傳感器的安裝拉桿近似于與立柱并聯受力，真正的受力分配額是很復雜的關系，但這里可以看作近似的比例關系。

圖1 蘭州市元通黃河大橋主橋立面圖

圖2 傳感器安裝位置圖及其實景

6 工程應用

元通黃河大橋在 9#、10#兩個主墩的懸澆施工中共安裝傳感器 16 個。每墩 8 個，墩的每側 4 個。以每個墩作為監測單元，在懸澆狀態發生變化后，立即對監測單元的數據進行分析，判斷箱梁的穩定狀況。

為了嚴密監測該橋箱梁的施工安全和總結經驗，在元通大橋懸澆施工期，根據懸澆的進展，對每一對懸澆節段在澆筑混凝土后和預應力張拉后都進行了數據采集。然后運用數據列表判斷左右側數據變化趨勢來判斷箱梁的平衡狀態。

在此詳述一下趨勢判斷法：基于不求精確結果，只利用變化趨勢來判別箱梁的穩定狀態。即，主墩左右兩側的傳感器受力變化若是趨勢一致或基本一致，即可認為箱梁穩定；若變化不一致甚至趨勢相反，則說明箱梁出現了不平衡態勢，這時就要采取措施進行配平；若是趨勢相反且變化急速則什么穩定狀態很糟，風險很大。

假設左側為 A；右側為 B。圖3為趨勢判斷法圖示。

基于此原理，元通黃河大橋在懸臂施工過程中，一方面通過計算來進行配平，另一方面通過傳感器反饋數據進行修正，很好的指導了施工。元通黃河大橋監測數據如表1所列。

補充說明：該監測單元數據呈遞減趨勢，是因為傳感器安裝時采用的是傳力桿焊接到臨時立柱上的方式，由于焊縫的收縮變形，使得傳感器產生了初始拉力。當立柱受壓時，傳感器的拉力數值逐漸變小。

也提示人們，分析判斷和設計安裝時要考慮安裝方式的影響。

7 成果總結和推廣

通過元通黃河大橋的應用，證明采用傳感器進行懸臂澆筑的安全監測是簡便可行的方法，結果明了，費用低廉。

該項目主要監測的是箱梁整體性的平衡狀態，還可以通過細致的數據變化來評估懸澆過程中箱梁是否存在橫橋向的側扭，以便調整懸澆的立模數據。

根據應用中的感受：全部費用投入僅僅幾千元，設備還完全能夠重復使用，而監測安全的收效是無法計算的。

因為費用低廉，操作方便，可以大面積在懸臂澆筑施工中推廣使用，特別是存在不平衡因素的懸澆施工工程中予以應用，其意義十分巨大。

表1 9#墩監測數據一覽表

[1] 傳感器原理及應用[M].北京：國防工業出版社，2005.

[2] 橋涵(下冊)[M].北京：人民交通出版社，2000.