變截面鋼桁架橋梁轉體施工的監控

王衛星 李軍代

1. 江蘇陽湖建設項目管理有限公司 常州 213159；2. 上海浦東路橋建設股份有限公司 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，為一變高度連續桁架梁橋，主桁由2 片鋼桁架組成，主桁中心距26 m，節間間距為8～13.5 m，橋面為雙向6 車道，在2 片主桁架的外側各挑出6.5 m的懸臂支撐作非機動車道及人行道，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。中支點處高18.5 m。主桁桿件采用箱型截面，下弦桿高2.1 m，內寬1.2 m；上弦桿高1.6 m，內寬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，主跨跨越京杭運河，為了盡量減小對312國道及京杭運河航道的影響，橋體采用平轉法施工。

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：主墩及上下轉盤施工→搭設支架拼裝鋼桁架拱→轉體準備→轉體→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。

轉體平面布置見圖1。

圖1 轉體平面布置示意（單位：cm）

2 橋梁施工特點分析

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

（a）轉體兩端懸臂長度較大，且兩端懸臂長度不一致，結構易產生不平衡力矩，結構存在抗傾覆穩定問題；

（b）轉體前拼裝采用岸上懸臂拼裝，結構拼裝線形控制要求高；

（c）轉體節段拼裝完成后，需進行體系轉換準備轉體，體系轉換過程中需嚴密監測結構變形、轉點支反力及不平衡力矩；

（d）為確保轉體施工過程中的安全，需進行轉動體不平衡重稱重試驗分析；

（e）為保證實際安裝無應力狀態與成橋無應力狀態一致，在轉體到位后，需進行邊支點的頂升并結合溫度完成中跨合龍；

（f）支點位置腹桿長期處于受壓狀態，且計算長度較大，構件穩定性問題值得關注。

3 施工監測的內容和方法[1-5]

施工監測是利用事先在各構件主要部位布設的傳感器，并配合相關的測試儀器，按施工方案中的工況和工序，不間斷地測得大量數據，包括幾何參量和力學參量，以供施工決策。

3.1 線形監測

3.1.1 測點布置

線形監測內容包括：鋼桁梁平面線形監測、豎向變形監測、轉體梁剛性轉動監測及基礎沉降監測。

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

圖2 鋼桁梁平面線形（豎向位移）測點布置（單位：cm）

（b）鋼桁梁豎向位移監測。為實時監測主梁在整個施工過程中的線形，更好對施工過程主梁標高進行監控，鋼桁梁豎向位移監測通過在下弦節點布設測點，主要利用水準儀對節點坐標進行測量，測點布置示意如圖2（a）、（b）中1、2、3、4、5點所示。

（c）轉體梁剛性轉動監測。轉體過程通過對轉體梁角點標高狀態變化監測實現對梁體剛性轉動的監測，分別在懸臂端部和墩頂端面上做高程觀測點，并對轉體全過程進行監控，其中以梁體四角為主要控制點，分別放置4 把塔尺， 使用水準儀觀測。有異常時及時預警，以便采取措施進行水平狀態調整。該大橋單個轉體梁監測共計4 個測點，如圖3所示。

圖3 轉體梁水平狀態變化監測

轉體過程中，使用4 只位移計或沉降儀，對上轉盤4 個角點的豎向位移進行觀測。

（d）基礎沉降監測。為監測施工過程中的基礎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，用水準儀對其進行沉降觀測。

（e）球鉸定位監測。球鉸精確定位及調整完成后，對下轉盤球鉸的中心、標高、平整度進行復查；中心位置利用全站儀檢查，標高采用精密水準儀復測，經檢查合格后對其進行固定；豎向利用調整螺栓與橫梁之間擰緊固定，橫向采用在承臺上預埋型鋼，利用型鋼固定。

滑道在混凝土終凝前應反復打磨，磨光平整度及高程誤差控制在1 mm以內。利用已預埋的定位螺栓精確定位不銹鋼板，并利用調節螺栓調整鋼板頂面標高、平整度。標高采用精密水準儀復測。

3.1.2 監測時間

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束時的環境溫度，當觀測時間超過1 h后，則需要每小時記錄一次環境溫度。

3.2 應力監測

3.2.1 主桁架應力監測

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

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，必須對全橋的關鍵截面位置進行細致的監測，才能更為準確的掌握當前施工狀態的橋梁基本信息。

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，進而確定傳感器的布置位置。從弦桿施工過程中的桿件應力包絡圖可以看出：結構最大壓應力分布在跨中上弦桿、主墩下弦桿附近；結構最大拉應力分布在跨中下弦桿、跨中四分點斜腹桿位置。

為此，在弦桿及腹桿的控制截面亦同步頂底表面布設振弦式表面應變傳感器，對其軸向應力進行測試。

3.2.2 橫梁應力監測

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，為保證結構安裝過程中的安全性，選取主墩位置和主跨L/4位置橫梁進行應力監測。

3.2.3 臨時支架應力監測

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

圖4 現拼裝臨時支墩測點布設方案

不平衡稱重實驗過程中臨時墩應力用以檢驗不平衡稱重實驗過程中的頂升力。

邊跨臨時墩主要監測：邊跨頂升過程中臨時墩的應力水平，防止超標。

3.3 溫度監測

溫度是橋梁施工監控中的重要參數之一，本橋溫度監測利用振弦式應變傳感器自帶的溫度測試功能進行。

4 施工控制的內容和方法

該橋所需的控制數據主要有：各施工狀態下以及成橋狀態下的結構坐標、結構位移，及各構件控制截面應力情況。

通過量測施工過程中實際結構的行為，分析結構的實際狀態與理想狀態的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設計參數，經過修正設計參數，來達到控制橋梁結構的實際狀態與理想狀態間偏差的目的[8,9]。本橋主要采用最小二乘法對參數進行識別：

（a）結構計算模型假定與實際誤差對結構的影響；

（b）結構尺寸誤差對結構的影響；

（c）施工荷載變動對結構的影響；

（d）溫度的影響。

施工過程監測中若發現應力、位移變化與計算值相差過大等情況，將及時預警，并由施工監控領導小組組織設計、監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、6月27日北側均實現成功轉體90°后，在7月份主橋順利合龍，目前已經順利進入橋面系施工階段。把施工監控的管理納入該橋梁項目的全過程管理，通過對設計參數進行分析、對誤差進行識別和預警，從而及時進行施工程序和狀態的調整，實踐證明該項措施是正確的。各項最終的施工監管數據表明，結構應力和線形均在可控范圍之內。