變截面鋼桁架橋梁轉(zhuǎn)體施工的監(jiān)控

王衛(wèi)星 李軍代

1. 江蘇陽湖建設(shè)項目管理有限公司 常州 213159；2. 上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司 上海 201210

1 工程概況

1.1 橋梁概況

某跨京杭運(yùn)河大橋主橋跨徑布置為65.7 m+120 m+65.7 m=251.4 m，為一變高度連續(xù)桁架梁橋，主桁由2 片鋼桁架組成，主桁中心距26 m，節(jié)間間距為8～13.5 m，橋面為雙向6 車道，在2 片主桁架的外側(cè)各挑出6.5 m的懸臂支撐作非機(jī)動車道及人行道，橋面總寬39 m。

主桁高度采用二次拋物線變化形式，兩邊跨矢高f=35 m，中跨f=12 m。中支點(diǎn)處高18.5 m。主桁桿件采用箱型截面，下弦桿高2.1 m，內(nèi)寬1.2 m；上弦桿高1.6 m，內(nèi)寬1.2 m；主桁斜、豎桿采用工字形截面，高1.2 m，外寬0.5～0.8 m。

主墩采用柱式墩，單個墩柱截面尺寸2.5 m×3.5 m，下接承臺平面尺寸6.4 m×10.3 m，承臺高度2.5 m，下接6根Φ1.5 m的鉆孔灌注樁。

1.2 施工過程概況

該橋主橋邊孔跨越312國道，主跨跨越京杭運(yùn)河，為了盡量減小對312國道及京杭運(yùn)河航道的影響，橋體采用平轉(zhuǎn)法施工。

主橋上部箱梁采用岸上懸臂拼裝施工工藝。具體施工順序為：主墩及上下轉(zhuǎn)盤施工→搭設(shè)支架拼裝鋼桁架拱→轉(zhuǎn)體準(zhǔn)備→轉(zhuǎn)體→邊跨合龍段拼裝施工→中跨合龍段施工→封盤→拼裝外托人行道、施工橋面系→完成。

轉(zhuǎn)體平面布置見圖1。

圖1 轉(zhuǎn)體平面布置示意（單位：cm）

2 橋梁施工特點(diǎn)分析

由于該橋施工采用平轉(zhuǎn)法施工，在施工過程中有多次體系轉(zhuǎn)換，且平轉(zhuǎn)角度較大，施工過程控制要求較高，從施工監(jiān)控角度分析，其有如下特點(diǎn)：

（a）轉(zhuǎn)體兩端懸臂長度較大，且兩端懸臂長度不一致，結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生不平衡力矩，結(jié)構(gòu)存在抗傾覆穩(wěn)定問題；

（b）轉(zhuǎn)體前拼裝采用岸上懸臂拼裝，結(jié)構(gòu)拼裝線形控制要求高；

（c）轉(zhuǎn)體節(jié)段拼裝完成后，需進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備轉(zhuǎn)體，體系轉(zhuǎn)換過程中需嚴(yán)密監(jiān)測結(jié)構(gòu)變形、轉(zhuǎn)點(diǎn)支反力及不平衡力矩；

（d）為確保轉(zhuǎn)體施工過程中的安全，需進(jìn)行轉(zhuǎn)動體不平衡重稱重試驗分析；

（e）為保證實際安裝無應(yīng)力狀態(tài)與成橋無應(yīng)力狀態(tài)一致，在轉(zhuǎn)體到位后，需進(jìn)行邊支點(diǎn)的頂升并結(jié)合溫度完成中跨合龍；

（f）支點(diǎn)位置腹桿長期處于受壓狀態(tài)，且計算長度較大，構(gòu)件穩(wěn)定性問題值得關(guān)注。

3 施工監(jiān)測的內(nèi)容和方法[1-5]

施工監(jiān)測是利用事先在各構(gòu)件主要部位布設(shè)的傳感器，并配合相關(guān)的測試儀器，按施工方案中的工況和工序，不間斷地測得大量數(shù)據(jù)，包括幾何參量和力學(xué)參量，以供施工決策。

3.1 線形監(jiān)測

3.1.1 測點(diǎn)布置

線形監(jiān)測內(nèi)容包括：鋼桁梁平面線形監(jiān)測、豎向變形監(jiān)測、轉(zhuǎn)體梁剛性轉(zhuǎn)動監(jiān)測及基礎(chǔ)沉降監(jiān)測。

（a）鋼桁梁平面線形監(jiān)測。平面監(jiān)測通過施工測量控制網(wǎng)引入基點(diǎn)作為測點(diǎn)，將精密全站儀架設(shè)在基點(diǎn)上，反射棱鏡置于下弦桿中心線上，利用全站儀測量待測點(diǎn)的平面坐標(biāo)，并與理論值進(jìn)行比較，從而得出各階段施工誤差，鑒于本橋的施工特點(diǎn)，在桁架拼裝及上墩后均需進(jìn)行平面線形測量。測點(diǎn)布置示意圖如圖2（a）、（b）中2、4點(diǎn)所示。

圖2 鋼桁梁平面線形（豎向位移）測點(diǎn)布置（單位：cm）

（b）鋼桁梁豎向位移監(jiān)測。為實時監(jiān)測主梁在整個施工過程中的線形，更好對施工過程主梁標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)控，鋼桁梁豎向位移監(jiān)測通過在下弦節(jié)點(diǎn)布設(shè)測點(diǎn)，主要利用水準(zhǔn)儀對節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行測量，測點(diǎn)布置示意如圖2（a）、（b）中1、2、3、4、5點(diǎn)所示。

（c）轉(zhuǎn)體梁剛性轉(zhuǎn)動監(jiān)測。轉(zhuǎn)體過程通過對轉(zhuǎn)體梁角點(diǎn)標(biāo)高狀態(tài)變化監(jiān)測實現(xiàn)對梁體剛性轉(zhuǎn)動的監(jiān)測，分別在懸臂端部和墩頂端面上做高程觀測點(diǎn)，并對轉(zhuǎn)體全過程進(jìn)行監(jiān)控，其中以梁體四角為主要控制點(diǎn)，分別放置4 把塔尺， 使用水準(zhǔn)儀觀測。有異常時及時預(yù)警，以便采取措施進(jìn)行水平狀態(tài)調(diào)整。該大橋單個轉(zhuǎn)體梁監(jiān)測共計4 個測點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)體梁水平狀態(tài)變化監(jiān)測

轉(zhuǎn)體過程中，使用4 只位移計或沉降儀，對上轉(zhuǎn)盤4 個角點(diǎn)的豎向位移進(jìn)行觀測。

（d）基礎(chǔ)沉降監(jiān)測。為監(jiān)測施工過程中的基礎(chǔ)承臺的不均勻沉降和累計沉降，在4 個主墩布置承臺沉降觀測點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀對其進(jìn)行沉降觀測。

（e）球鉸定位監(jiān)測。球鉸精確定位及調(diào)整完成后，對下轉(zhuǎn)盤球鉸的中心、標(biāo)高、平整度進(jìn)行復(fù)查；中心位置利用全站儀檢查，標(biāo)高采用精密水準(zhǔn)儀復(fù)測，經(jīng)檢查合格后對其進(jìn)行固定；豎向利用調(diào)整螺栓與橫梁之間擰緊固定，橫向采用在承臺上預(yù)埋型鋼，利用型鋼固定。

滑道在混凝土終凝前應(yīng)反復(fù)打磨，磨光平整度及高程誤差控制在1 mm以內(nèi)。利用已預(yù)埋的定位螺栓精確定位不銹鋼板，并利用調(diào)節(jié)螺栓調(diào)整鋼板頂面標(biāo)高、平整度。標(biāo)高采用精密水準(zhǔn)儀復(fù)測。

3.1.2 監(jiān)測時間

撓度（高程）觀測時間安排在在凌晨，觀測時需要記錄開始和結(jié)束時的環(huán)境溫度，當(dāng)觀測時間超過1 h后，則需要每小時記錄一次環(huán)境溫度。

3.2 應(yīng)力監(jiān)測

3.2.1 主桁架應(yīng)力監(jiān)測

為了在施工過程中，隨時可以掌握各控制截面的應(yīng)力狀況，以保證施工時橋梁的安全，須對該橋控制斷面應(yīng)力進(jìn)行施工監(jiān)測。

該桁架橋施工過程中，主梁的線形和受力受到桿件加工長度、桿件尺寸、溫度、施工荷載等各種因素的影響，必須對全橋的關(guān)鍵截面位置進(jìn)行細(xì)致的監(jiān)測，才能更為準(zhǔn)確的掌握當(dāng)前施工狀態(tài)的橋梁基本信息。

通過對鋼桁梁施工過程的初步計算分析，確定鋼桁梁的較不利受力桿件，進(jìn)而確定傳感器的布置位置。從弦桿施工過程中的桿件應(yīng)力包絡(luò)圖可以看出：結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力分布在跨中上弦桿、主墩下弦桿附近；結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力分布在跨中下弦桿、跨中四分點(diǎn)斜腹桿位置。

為此，在弦桿及腹桿的控制截面亦同步頂?shù)妆砻娌荚O(shè)振弦式表面應(yīng)變傳感器，對其軸向應(yīng)力進(jìn)行測試。

3.2.2 橫梁應(yīng)力監(jiān)測

由于本橋主桁架間距較大，且橫梁采用先安裝橫梁再安裝橋面板的方法施工，為保證結(jié)構(gòu)安裝過程中的安全性，選取主墩位置和主跨L/4位置橫梁進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。

3.2.3 臨時支架應(yīng)力監(jiān)測

在每個臨時支架鋼管樁上布設(shè)表面式振弦式傳感器，如圖4所示。其中拼裝臨時墩主要監(jiān)測：拼裝過程中其應(yīng)力水平防止超標(biāo)。

圖4 現(xiàn)拼裝臨時支墩測點(diǎn)布設(shè)方案

不平衡稱重實驗過程中臨時墩應(yīng)力用以檢驗不平衡稱重實驗過程中的頂升力。

邊跨臨時墩主要監(jiān)測：邊跨頂升過程中臨時墩的應(yīng)力水平，防止超標(biāo)。

3.3 溫度監(jiān)測

溫度是橋梁施工監(jiān)控中的重要參數(shù)之一，本橋溫度監(jiān)測利用振弦式應(yīng)變傳感器自帶的溫度測試功能進(jìn)行。

4 施工控制的內(nèi)容和方法

該橋所需的控制數(shù)據(jù)主要有：各施工狀態(tài)下以及成橋狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)坐標(biāo)、結(jié)構(gòu)位移，及各構(gòu)件控制截面應(yīng)力情況。

通過量測施工過程中實際結(jié)構(gòu)的行為，分析結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設(shè)計參數(shù)，經(jīng)過修正設(shè)計參數(shù)，來達(dá)到控制橋梁結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)間偏差的目的[8,9]。本橋主要采用最小二乘法對參數(shù)進(jìn)行識別：

（a）結(jié)構(gòu)計算模型假定與實際誤差對結(jié)構(gòu)的影響；

（b）結(jié)構(gòu)尺寸誤差對結(jié)構(gòu)的影響；

（c）施工荷載變動對結(jié)構(gòu)的影響；

（d）溫度的影響。

施工過程監(jiān)測中若發(fā)現(xiàn)應(yīng)力、位移變化與計算值相差過大等情況，將及時預(yù)警，并由施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組組織設(shè)計、監(jiān)理和施工等參建各方，必要時聘請專家召開專題會議，共同商議解決。

5 結(jié)語

該橋在南北兩岸鋼桁梁拼裝到位后，分別于2013年6月20日南側(cè)、6月27日北側(cè)均實現(xiàn)成功轉(zhuǎn)體90°后，在7月份主橋順利合龍，目前已經(jīng)順利進(jìn)入橋面系施工階段。把施工監(jiān)控的管理納入該橋梁項目的全過程管理，通過對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行分析、對誤差進(jìn)行識別和預(yù)警，從而及時進(jìn)行施工程序和狀態(tài)的調(diào)整，實踐證明該項措施是正確的。各項最終的施工監(jiān)管數(shù)據(jù)表明，結(jié)構(gòu)應(yīng)力和線形均在可控范圍之內(nèi)。