沙河特大橋鋼管混凝土拱橋施工監控

黃 攀

(河北省交通規劃設計院試驗檢測室)

1 橋梁概述

沙河特大橋主橋結構形式為Lp=146 m 下承式鋼管混凝土剛架系桿拱橋，拱肋與橋墩固結，采用預應力鋼絞線作為拉桿平衡拱的推力。拱肋的理論計算跨徑為140 m，計算矢高30 m，矢跨比1/4.667，理論拱軸線為拋物線。橋面結構采用縱橫梁體系、整體橋面板，以提高結構的整體剛度。

2 主要施工程序

首先實施鉆孔，搭設拱肋拼裝支架，吊裝拱肋，在臨時支架上進行拼裝，然后按設計施工順序張拉系桿，灌注管內混凝土、吊裝橫梁、澆筑縱梁及橋面板混凝土、澆筑防撞護欄及攤鋪橋面瀝青鋪裝，調整系桿永存拉力3 200 kN，封錨。

3 監控要求

橋梁施工是一個復雜的動態系統，施工誤差必然存在于主拱施工的過程中，因此，必須根據設計狀態，現場實測狀態和誤差信息，對理論計算進行調整分析，并確定可調，變量的最佳調整方案，保證大橋的實際狀態趨于設計理想狀態。

4 控制思路

(1)施工前分析。首先仔細閱讀圖紙，明確每個施工階段所采用的施工工藝，按照設計方案選擇參數條件建立有限元模型。對施工進行預先預算，獲得橋梁結構在各施工階段的期望狀態。計算各施工階段監控截面的變形和理論應力值，分析誤差靈敏度對監控的影響。根據各施工階段誤差允許范圍制定施工調整方案，將前期分析結果作為施工監控的依據。

(2)施工現場測量和計算分析調整。在施工過程中，對各施工階段中的監測截面進行現場量測，將實測值與理論值進行比較，當出現較大偏差時，參照選定的設計參數分析偏差產生原因，確定調整措施。對結構線形、應力等進行修正和調整，以此方法為依據，貫穿整個施工過程。

5 施工監控過程

5.1 前期結構分析計算

本橋施工監控橋梁結構模擬計算采用大型橋梁結構計算軟件Midas Civil2012 進行，本橋上部結構與下部結構形成剛架，因此計算模擬時，對下部結構承臺和樁基進行了模擬;橋面系采用縱橫梁桿系單元進行梁格模擬。吊桿拉索、系桿拉索采用桁架單元模擬，縱梁、橫梁、拱肋采用梁單元模擬。吊索與主拱錨固點按照直接交匯在主拱軸線位置模擬，吊索與系梁錨固點按照直接交匯在中橫梁點位置進行模擬。

5.2 監控主要工作內容

(1)施工過程中對拱肋安裝階段需搭設臨時支架進行全程監測。

(2)各施工階段對橋梁構件進行應力監控。

(3)為確保本橋拱軸線線性和橋面線形，在整個施工過程中對拱肋線形、標高，橫梁標高，橋墩偏位以及橋面系標高進行監控，為施工過程中的調整和控制提供依據。

(4)溫度監測，本橋溫度監測主要是對主拱肋內外溫度、橫梁內外溫度、冬季施工混凝土養護溫度以及橋墩混凝土溫度現進行監測。

(5)吊桿、系桿索力監測。

5.3 監測與控制要點

(1)拱圈的軸線控制。鋼管混凝土拱橋拱肋的放樣坐標是拱肋線形控制的基礎。沙河特大橋采取有支架的施工方法，考慮到拱圈安裝要受溫度、支架變形等因素影響，根據該橋實際地形設置貫通的軸線控制點，在拱圈安裝過程中進行軸線測量。考慮支架變形以及在拆除臨時支架，安裝吊桿，吊裝橫梁，進行橋面鋪裝后拱軸線必然偏離設計拱軸，因此在拱圈拼裝前，將拱圈控制點的設計軸線加上其預拱度值進行設置。

(2)測量時為了減少溫差引起的變形誤差，選擇在溫差較小的日出前和日落后。拱圈吊裝時在支架上方設置豎向及橫向微調裝置以使拱肋精確定位。

(3)拱圈的合攏控制:①為了防止拼裝過程中，由于焊接收縮而引起長度變化，主拱合攏段的加工長度，應有適當預留切割量;②合攏時，防止產生溫度應力，應按設計要求的合攏溫度進行合攏;③鋼管拱圈安裝合攏時宜采用管內設錐形套管進行臨時鎖定。

(4)拱圈合攏后，在體系轉換及逐步加載過程中，對拱圈受力及變形全面控制，發現問題及時反饋，調整各工作面的合理進度，處理以外的不均衡的施工狀態。

6 主拱監控成果及分析

6.1 冬季施工混凝土養護溫度監測

對澆筑的第210#拱腳進行混凝土養護溫度監測，在溫度監控期間，拱腳養護溫度均滿足規范要求:冬季大體積混凝土澆筑及養護溫度高于5 ℃且內外溫差不大于20 ℃。表明冬季施工拱腳混凝土養護溫度良好，滿足施工要求。

6.2 支架穩定性驗算與沉降監測

計算支架應力狀態、整體穩定性、局部穩定性、基礎承載能力均滿足施工要求。全橋24 個支架底座沉降較為均勻，沉降量差值在5 mm 之內。全橋支架未產生明顯變形，施工過程中亦無明顯突變產生，表明全橋支架沉降均勻，支架變形均勻性良好，滿足了正常施工要求。

6.3 主拱肋應變、位移與溫度監測

本橋4 榀主拱肋結構強度滿足要求。主拱肋實測最大壓應變295 με，折合應力為60.8 MPa，小于主拱肋Q345 鋼材容許應力值210 MPa，滿足材料與結構使用要求。

整個施工過程及成橋之后的拱肋標高值均滿足規范要求。各個施工階段拱肋標高沉降趨勢與理論計算趨勢一致，且最終各榀拱肋施工沉降量均小于理論計算沉降量，表明4 榀主拱肋剛度良好，滿足橋梁結構承載要求。

整個施工過程及成橋之后的拱肋軸線偏位值均滿足規范要求。

主拱肋混凝土養護溫度滿足要求，且混凝土水化熱反應符合一般規律，未對結構產生明顯影響。

6.4 橋面系線形監測

實測橋面標高與預計橋面標高差值較小，均在10 mm以內，表明成橋階段橋面線形良好，且具有良好預拱度，能夠滿足活荷載與收縮徐變的荷載要求。

6.5 索力監測

成橋階段，全橋200 根吊桿實測張拉力較為均勻，與理論計算值的偏差系數均在20%以內，滿足規范要求。所布設4 個系桿壓力傳感器測得系桿張拉力均滿足設計3 200 kN的要求，且與采用振動頻譜分析法測得的成橋系桿張拉力基本一致，表明成橋之后系桿張拉力達到設計要求3 200 kN，滿足橋梁承載的設計要求。

7 小 結

沙河特大橋鋼管混凝土剛架拱施工監控過程中，各施工監控參數均滿足設計與結構施工要求。且施工完畢，橋梁進入正常使用階段后，主拱肋、橫梁、吊桿等構件均有足夠承載能力儲備，可滿足橋梁承載能力要求。

［1］公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTG D62－2004)［S］.

［2］公路工程質量檢驗評定標準(JTG F80/1－2004)［S］.

［3］陳寶春.鋼管混凝土拱橋設計［M］.北京:人民交通出版社，1999.