沙河特大橋鋼管混凝土拱橋施工監(jiān)控

黃 攀

(河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院試驗(yàn)檢測(cè)室)

1 橋梁概述

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

2 主要施工程序

首先實(shí)施鉆孔，搭設(shè)拱肋拼裝支架，吊裝拱肋，在臨時(shí)支架上進(jìn)行拼裝，然后按設(shè)計(jì)施工順序張拉系桿，灌注管內(nèi)混凝土、吊裝橫梁、澆筑縱梁及橋面板混凝土、澆筑防撞護(hù)欄及攤鋪橋面瀝青鋪裝，調(diào)整系桿永存拉力3 200 kN，封錨。

3 監(jiān)控要求

橋梁施工是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，施工誤差必然存在于主拱施工的過程中，因此，必須根據(jù)設(shè)計(jì)狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)狀態(tài)和誤差信息，對(duì)理論計(jì)算進(jìn)行調(diào)整分析，并確定可調(diào)，變量的最佳調(diào)整方案，保證大橋的實(shí)際狀態(tài)趨于設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。

4 控制思路

(1)施工前分析。首先仔細(xì)閱讀圖紙，明確每個(gè)施工階段所采用的施工工藝，按照設(shè)計(jì)方案選擇參數(shù)條件建立有限元模型。對(duì)施工進(jìn)行預(yù)先預(yù)算，獲得橋梁結(jié)構(gòu)在各施工階段的期望狀態(tài)。計(jì)算各施工階段監(jiān)控截面的變形和理論應(yīng)力值，分析誤差靈敏度對(duì)監(jiān)控的影響。根據(jù)各施工階段誤差允許范圍制定施工調(diào)整方案，將前期分析結(jié)果作為施工監(jiān)控的依據(jù)。

(2)施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和計(jì)算分析調(diào)整。在施工過程中，對(duì)各施工階段中的監(jiān)測(cè)截面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)，將實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行比較，當(dāng)出現(xiàn)較大偏差時(shí)，參照選定的設(shè)計(jì)參數(shù)分析偏差產(chǎn)生原因，確定調(diào)整措施。對(duì)結(jié)構(gòu)線形、應(yīng)力等進(jìn)行修正和調(diào)整，以此方法為依據(jù)，貫穿整個(gè)施工過程。

5 施工監(jiān)控過程

5.1 前期結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

本橋施工監(jiān)控橋梁結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算采用大型橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件Midas Civil2012 進(jìn)行，本橋上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)形成剛架，因此計(jì)算模擬時(shí)，對(duì)下部結(jié)構(gòu)承臺(tái)和樁基進(jìn)行了模擬;橋面系采用縱橫梁桿系單元進(jìn)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?jiǎn)卧M。吊索與主拱錨固點(diǎn)按照直接交匯在主拱軸線位置模擬，吊索與系梁錨固點(diǎn)按照直接交匯在中橫梁點(diǎn)位置進(jìn)行模擬。

5.2 監(jiān)控主要工作內(nèi)容

(1)施工過程中對(duì)拱肋安裝階段需搭設(shè)臨時(shí)支架進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。

(2)各施工階段對(duì)橋梁構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控。

(3)為確保本橋拱軸線線性和橋面線形，在整個(gè)施工過程中對(duì)拱肋線形、標(biāo)高，橫梁標(biāo)高，橋墩偏位以及橋面系標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)控，為施工過程中的調(diào)整和控制提供依據(jù)。

(4)溫度監(jiān)測(cè)，本橋溫度監(jiān)測(cè)主要是對(duì)主拱肋內(nèi)外溫度、橫梁內(nèi)外溫度、冬季施工混凝土養(yǎng)護(hù)溫度以及橋墩混凝土溫度現(xiàn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

(5)吊桿、系桿索力監(jiān)測(cè)。

5.3 監(jiān)測(cè)與控制要點(diǎn)

(1)拱圈的軸線控制。鋼管混凝土拱橋拱肋的放樣坐標(biāo)是拱肋線形控制的基礎(chǔ)。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(jù)該橋?qū)嶋H地形設(shè)置貫通的軸線控制點(diǎn)，在拱圈安裝過程中進(jìn)行軸線測(cè)量。考慮支架變形以及在拆除臨時(shí)支架，安裝吊桿，吊裝橫梁，進(jìn)行橋面鋪裝后拱軸線必然偏離設(shè)計(jì)拱軸，因此在拱圈拼裝前，將拱圈控制點(diǎn)的設(shè)計(jì)軸線加上其預(yù)拱度值進(jìn)行設(shè)置。

(2)測(cè)量時(shí)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(shí)在支架上方設(shè)置豎向及橫向微調(diào)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(zhǎng)度變化，主拱合攏段的加工長(zhǎng)度，應(yīng)有適當(dāng)預(yù)留切割量;②合攏時(shí)，防止產(chǎn)生溫度應(yīng)力，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的合攏溫度進(jìn)行合攏;③鋼管拱圈安裝合攏時(shí)宜采用管內(nèi)設(shè)錐形套管進(jìn)行臨時(shí)鎖定。

(4)拱圈合攏后，在體系轉(zhuǎn)換及逐步加載過程中，對(duì)拱圈受力及變形全面控制，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)反饋，調(diào)整各工作面的合理進(jìn)度，處理以外的不均衡的施工狀態(tài)。

6 主拱監(jiān)控成果及分析

6.1 冬季施工混凝土養(yǎng)護(hù)溫度監(jiān)測(cè)

對(duì)澆筑的第210#拱腳進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)溫度監(jiān)測(cè)，在溫度監(jiān)控期間，拱腳養(yǎng)護(hù)溫度均滿足規(guī)范要求:冬季大體積混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)溫度高于5 ℃且內(nèi)外溫差不大于20 ℃。表明冬季施工拱腳混凝土養(yǎng)護(hù)溫度良好，滿足施工要求。

6.2 支架穩(wěn)定性驗(yàn)算與沉降監(jiān)測(cè)

計(jì)算支架應(yīng)力狀態(tài)、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、基礎(chǔ)承載能力均滿足施工要求。全橋24 個(gè)支架底座沉降較為均勻，沉降量差值在5 mm 之內(nèi)。全橋支架未產(chǎn)生明顯變形，施工過程中亦無明顯突變產(chǎn)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(yīng)變、位移與溫度監(jiān)測(cè)

本橋4 榀主拱肋結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。主拱肋實(shí)測(cè)最大壓應(yīng)變295 με，折合應(yīng)力為60.8 MPa，小于主拱肋Q345 鋼材容許應(yīng)力值210 MPa，滿足材料與結(jié)構(gòu)使用要求。

整個(gè)施工過程及成橋之后的拱肋標(biāo)高值均滿足規(guī)范要求。各個(gè)施工階段拱肋標(biāo)高沉降趨勢(shì)與理論計(jì)算趨勢(shì)一致，且最終各榀拱肋施工沉降量均小于理論計(jì)算沉降量，表明4 榀主拱肋剛度良好，滿足橋梁結(jié)構(gòu)承載要求。

整個(gè)施工過程及成橋之后的拱肋軸線偏位值均滿足規(guī)范要求。

主拱肋混凝土養(yǎng)護(hù)溫度滿足要求，且混凝土水化熱反應(yīng)符合一般規(guī)律，未對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響。

6.4 橋面系線形監(jiān)測(cè)

實(shí)測(cè)橋面標(biāo)高與預(yù)計(jì)橋面標(biāo)高差值較小，均在10 mm以內(nèi)，表明成橋階段橋面線形良好，且具有良好預(yù)拱度，能夠滿足活荷載與收縮徐變的荷載要求。

6.5 索力監(jiān)測(cè)

成橋階段，全橋200 根吊桿實(shí)測(cè)張拉力較為均勻，與理論計(jì)算值的偏差系數(shù)均在20%以內(nèi)，滿足規(guī)范要求。所布設(shè)4 個(gè)系桿壓力傳感器測(cè)得系桿張拉力均滿足設(shè)計(jì)3 200 kN的要求，且與采用振動(dòng)頻譜分析法測(cè)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(dá)到設(shè)計(jì)要求3 200 kN，滿足橋梁承載的設(shè)計(jì)要求。

7 小 結(jié)

沙河特大橋鋼管混凝土剛架拱施工監(jiān)控過程中，各施工監(jiān)控參數(shù)均滿足設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)施工要求。且施工完畢，橋梁進(jìn)入正常使用階段后，主拱肋、橫梁、吊桿等構(gòu)件均有足夠承載能力儲(chǔ)備，可滿足橋梁承載能力要求。

［1］公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62－2004)［S］.

［2］公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(JTG F80/1－2004)［S］.

［3］陳寶春.鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)［M］.北京:人民交通出版社，1999.