大跨度預應力連續梁施工監控技術研究

中建二局第二建筑工程有限公司 鄭州 450000

1 工程概況

鄭州市隴海路高架快速通道跨南水北調特大橋工程位于鄭州市隴海路跨南水北調總干渠處，跨越南水北調中線工程總干渠及賈魯河，與總干渠斜交角度為19.5°，采用斜交正做，跨徑布置為：

地面連續梁：（32 m+32 m）西側引橋+（94 m +160 m +94 m）主橋=412 m；

地面北輔道橋：（22 m +22 m）西側引橋+（90 m +150 m +90 m）主橋+（22 m +22 m）東側引橋=418 m；

主線主橋：90 m +150 m +90 m =330 m。

南輔道連續梁為變高預應力混凝土連續梁，梁高按二次拋物線變化。南輔道主橋橋梁凈寬18.5 m，主橋跨徑組合為94 m+160 m+94 m=348 m，單箱雙室直腹板截面，箱梁底寬12.5 m，中支點平均梁高11 m；跨中及端支點梁，平均梁高3.8 m。全橋設置3 個2 m合龍段。

2 施工監控任務

2.1 監控的難點和重點

本工程4 幅橋均采用掛籃懸臂施工。施工階段與成橋階段存在體系轉換，隨著施工階段的推進，橋梁結構形式、支承約束條件、荷載作用方式等都在不斷變化，結構受力狀態是逐工況逐階段累計形成的，中間每個施工階段或最終成橋狀態的結構受力是已經完成的各個工況或各個階段結構受力狀態的疊加結果。如何保證關鍵截面應力和沉降控制在允許范圍內，確保線形符合設計要求是監控的難點和重點。

圖1 橋梁總體布置示意（單位：m）

圖2 主梁截面

2.2 監控任務

監控任務包括應力監測、線形監控、溫度監測、沉降監測和整體穩定性監測。全橋共埋設了13 個應力監測截面的65 個振弦式傳感器、84 個截面的336 個高程觀測標、2 個溫度場觀測截面的26 個溫度傳感器、2 個墩身的8 個沉降觀測標和8 個臨時支墩的8 個整體穩定性監測傳感器。

3 連續梁應力監控

大橋連續梁采用掛籃懸臂施工。除0#塊和22#塊采用支架現澆外，其余1#～21#塊均采用掛籃對稱懸臂逐段澆筑，懸臂長度達79 m，21#塊為邊中跨合龍段，采用掛籃施工。主跨、邊跨各設置2.0 m合龍段，先進行邊跨合龍，再進行中跨合龍，懸臂階段劃分如圖3所示。

其施工順序：主墩0#塊（支架現澆）→1#～20#塊（3 m×5+3.5 m×4+4 m×11，掛籃懸臂澆筑）→邊跨現澆段及21#塊邊跨合龍段澆筑→解除臨時支座和臨時支墩的約束→21#塊中跨合龍（掛籃就位、配重、澆筑混凝土）→體系轉換（張拉合龍段預應力）→橋面系施工。

圖3 懸臂階段劃分示意（半橋）

3.1 測點布置

根據連續梁懸臂施工時的受力特點和施工控制的主要目的，綜合整幅橋的施工特點和進度安排，將箱梁的墩頂截面、L/4、L/2和合龍段和中墩底部橫截面定為監測截面。連續梁布置13 個監測截面，每個監測截面布置5 個應變測點，共計65 個測點。

3.2 實測應力

各觀測截面的應力變化如圖4、圖5所示。

圖4 監測截面4（懸臂梁根部）實測應力

圖5 監測截面6（懸臂梁中腹部）實測應力

通過全橋應力數據觀測計算，全橋在施工期間，監測截面頂板應力最大為-14.9 MPa；底板應力最大為-11.8 MPa。預應力張拉對澆筑梁體特別是合龍塊的受力有明顯作用，梁體的受力變化趨勢合理且在許可變化之內。

3.3 實測應力和計算應力的比較

懸臂階段梁體各監測截面考慮混凝土收縮、徐變影響的實測應力和其對應的計算應力比較后，以截面4（懸臂梁根部）為例，其對比情況如圖6所示。

通過全橋實測應力與計算應力的比較，可以看出： 橋梁應力分析中，按上述方法計算的實測應力與計算應力吻合較好。

圖6 監測截面4（懸臂梁根部）實測應力與計算應力比較

綜上所述，通過對施工期監控數據的分析和比較可以得出以下結論：

在影響梁體非力學應變的眾多因素中，混凝土收縮、徐變的影響最大，而收縮、徐變比較復雜，其變異系數達到近30%，因此實測值和計算值間有一定偏差；

各監測截面應力、應變隨施工進程發展狀況符合預期設計狀態，各階段施工狀況良好，全橋合龍時各截面混凝土應力狀態均在容許應力范圍內。

4 線形控制

4.1 線形控制方法

立模標高由設計標高、預拱度、施工調整值等確定，同時由于溫度、收縮、徐變、非線形及施工誤差等因素的影響，實際情況和理論計算會有差別，因此還要對立模標高不斷地進行修正。

4.2 預拱度及掛籃變形值設置

連續梁預拱度中跨跨中設12 cm預拱度，邊跨跨中設11 cm預拱度，支點不設預拱度，預拱度按二次拋物線變化。掛籃預壓試驗主要是測量掛籃在各級靜力試驗荷載作用下的變形值，以此來推算出各施工段的掛籃變形值。同時通過預壓試驗，檢驗掛籃的安全性，消除掛籃主桁、吊帶及底籃的非彈性變形。連續梁掛籃預壓加載時按計算預壓荷載總質量的50%、100%、120%分3 個階段進行預壓，靜載2 h后進行卸載。

掛籃變形值采用預壓試驗輔以施工經驗取值的方法，建議值為1.1 cm，較預壓實測值偏小。由后續施工可知，對節段最重塊（即1#節段）掛籃變形值取1.1 cm，其他節段按混凝土方量進行線形插值計算所得的掛籃變形值是合理的。

4.3 觀測斷面及測點布置

梁體每個施工節段上均設測試斷面，測試斷面布置在距施工塊端部20 cm的位置處，若有沖突依施工具體情況再進行調整。每一個觀測斷面內布置3 個觀測點，不僅可以比較測試結果，相互驗證，而且可以通過兩側測點的撓度對比，觀測梁體有無出現橫向扭轉。

觀測點采用φ16 mm鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固，端部露出混凝土表面約1.5 cm，鋼筋磨平刻十字絲并用紅漆標記。

本橋采用3 階段觀測法。第1階段：掛籃移動后，測現澆段；第2階段：混凝土澆筑后，測現澆段；第3階段：張拉預應力之后，測現澆段和已澆段。

對于線形觀測，比較關鍵的是固定觀測時間，以減少溫度對觀測結果的影響和施工對觀測工作的干擾。本橋箱梁線形觀測嚴格控制在利于觀測的時段內，如清晨6：00～8：00時間段內，同時記錄空氣溫度。

4.4 基于Access軟件的立模標高管理系統

為了提高了立模標高管理工作效率，確保數據信息的準確性和安全性。建立基于Access軟件的立模標高管理系統，在Access窗口中，制作調整值輸入/輸出可視化窗口，將每一階段的墩號、節段、節點、梁頂立模標高、梁高、梁底立模標高以施工聯系單的形式給出。

4.5 懸澆箱梁線形控制的主要措施

1）建立觀測制度，提高測量精度，及時準確地實施并檢查平面控制測量和高程控制測量。

2）對每節梁塊施工跟蹤觀測，發現實測值與設計或計算值有較大差別時，及時糾偏，并在下節梁段作適當調整，使結構撓度偏離設計值之誤差控制在最小范圍，保證了合龍精度。

3）重視施工荷載計算和保持施工荷載穩定，重視立模高程的計算和實測、施工氣溫的把握。重視對相關實測參數的收集整理、匯總并與計算值對比分析，密切注意施工過程中的線形變化。

4）主墩承臺為連體式，主梁左右幅施工時懸澆塊件無錯開，減小了對連體承臺的影響。掛籃前移、鋼筋綁扎和混凝土澆筑對稱施工，材料設備對稱堆放在墩頂塊件上，保證施工荷載總量不變。

4.6 合龍后線形

在中跨掛籃沒有拆除前，成橋后線形如圖7所示。

圖7 連續梁全橋合龍后線形

從圖中可以看出，除中跨受掛籃影響導致高程有些偏低外，其他部位的實測高程和（設計標高+成橋預拱度）吻合得非常好。

5 溫度效應監控

溫度是影響梁體產生變形的主要因素之一。溫度變化會引起梁體頂板、底板產生溫度差，使主梁發生撓曲。同時，日照溫度也會引起墩身兩側產生溫度差，使墩身產生偏移。由于日照溫度變化的復雜性，理論分析難以考慮日照溫度的影響，只能通過觀測對立模標高加以修正。

溫度觀測分箱梁溫度-撓度關系曲線觀測和箱梁溫度場觀測。前者觀測方法與高程觀測一致，后者則通過在箱梁斷面中埋設溫度傳感器得到箱梁隨氣溫變化的溫度場。

本工程4 幅橋中受日照影響最大是主線南橋，其溫度～撓度關系觀測結論是：箱梁線形對溫度變化不敏感，可以不考慮溫度變化引起的箱梁撓度變化。

6 整體穩定性監控和沉降監測

為了保證懸臂施工時T構兩側受力均衡，防止梁體發生傾覆，通過外貼JMZX-212型表面智能數碼弦式應變計，對T構兩側的臨時支墩的應變進行監控。即在中間主墩處選擇4 個臨時支墩進行應變監控，分布在墩柱4 個角處。

為避免傳感器被破壞，待梁體中腹部節段澆筑完成后再布置傳感器，并對其進行初始讀數。由監測結果可以看出，東、西兩側變形基本一致。

綜上所述，T構兩側梁體均衡性良好，不會發生傾斜現象；兩墩沉降亦比較小，兩側沉降基本均勻。

7 實施效果

通過線形監控技術的應用，鄭州市隴海路特大橋連續箱梁所有合龍段全部順利合龍，成橋狀態的線形和內力均滿足設計要求，合龍段高程差亦控制在20 mm以內，中線偏差均控制在規范規定的10 mm以內，施工線形控制的效果非常好。經工后實測，箱梁應力滿足設計要求，墩柱沉降滿足設計要求，各項監測數據均正常。