淺析大跨徑橋梁施工過程的施工控制

潘威

【摘 要】隨著社會的進步、經濟的騰飛，我國的交通事業蒸蒸日上，公路及橋梁的荷載等級、交通流量、行車速度等必然會隨之提高，還有一些不可預測的自然破壞力也將會危及橋梁的安全，這就對橋梁提出了越來越高的要求。若在橋梁建設時進行嚴格的施工監控，并預留長期觀測點，將會給橋梁創造長期的安全監控條件，從而給橋梁運營階段的養護工作提供科學可靠的數據，有效地保證橋梁的安全使用。

【關鍵詞】大跨徑 橋梁 施工 控制

1 前言

施工控制是大跨徑預應力混凝土連續剛構橋施工質量的保證。連續剛構體系在施工過程中要經歷多次體系轉換，結構單元數量、荷載逐步變化，是一種復雜的超靜定結構。隨著混凝土澆筑（或塊件拼裝）過程變化，橋梁實際狀態與設計理想狀態的誤差必然導致主梁各節段的內力值和位移值與設計值偏離，為了保證工程質量，就需要有一個科學合理的施工控制系統，來綜合考慮各種影響因素，嚴格監控整個施工過程中結構的變形、應力情況，達到指導施工的目的，以確保橋梁的成橋線形及結構受力狀態符合設計要求。

2 施工控制的目的

對大跨徑橋梁進行施工控制主要是達到以下目的：

（1）通過對施工過程的模擬分析，對施工方案的可行性做出評價。

（2）通過施工控制分析，可以確定各施工理想狀態的線形和位移，為施工提供目標與決策依據。

（3）通過施工控制的實時跟蹤分析，可對隨后施工狀態的線形及位移做出預測，提供施工控制參數，使施工沿著設計的軌道進行，保證施工質量和施工安全。

3 施工監控的方法

3.1 主跨結構施工監控

施工監控為施工控制提供必要的反映施工實際情況的數據與信息。在每一節段的主梁施工過程中，都需要觀測橋梁頂面的撓度，為控制分析提供實測數據，同時，在立模，節段澆筑，預加力張拉控制前后也需要觀測其撓度變化和相應的應力變化，以便與分析預測值比較，并為狀態修正提供依據。

結構施工監控分為結構線形及位移監控，應力監控與橋梁溫度場測量三部分。

3.1.1 主跨結構的位移監控

位移監控應分為豎直面內的線形及位移監控與水平面的線形及位移監控兩個部分，通過兩個面內測量才能準確掌握主跨的真實狀況，有效地控制主跨的施工質量，保證施工安全。

撓度的觀測資料是施工控制中控制成橋線形最主要的依據。在每個施工塊件上布置兩個對稱的高程觀察點，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀察橋梁是否發生扭轉變形。在施工過程中，對每個截面都需要進行立模時、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、張拉預應力后的標高觀測，以便觀測各點撓度的變化歷程進而提供合理的立模標高，同時監控方提供的立模標高經監理方確認后必須要求施工單位準確執行。高程控制點順橋向布置在距懸臂施工的梁段前端20cm，橫橋向布置在距箱梁兩個腹板1.5m處的翼板上。測點采用直徑20mm的Ⅱ級鋼筋加工制成垂直焊接或挷扎固定在最外層構造鋼筋或最近的箍筋上，測點頂面高出箱梁混凝土頂面3cm，并經磨光后涂紅漆標記。

（1）0號塊高程測點布置。布置0號塊高程測點是為了控制頂板的設計標高，同時也作為以后各懸澆節段的高程觀察的基準點。每個“T”零號塊的頂板各布置11個高程觀測點。

（2）各懸澆節段的高程觀測點布置。每個節段各設3個測點，頂板中心布置一個，另外兩個可對稱布置在距箱梁兩個腹板1.5m處的翼板上，離塊件前端20cm。

3.1.2 主跨結構應力監控

應力監控是大跨徑預應力混凝土連續剛構橋施工監控的一個重要內容。其不僅是要在施工過程中對結構各重要控制截面進行適時的應力監視，以起到危險預警作用，而且要提供結構在當前荷載條件下真實的應力狀態，從而為結構參數識別提供依據。

通過主跨結構應力監控可迅速知道主跨受力狀況，如剪力滯效應等，并及時判定主跨應力是否超限，從而可知主跨安全狀況。因此，必須進行應力跟蹤觀測，該項觀測在每一施工階段都要進行，并貫穿整個施工過程。

在大橋箱梁的關鍵截面布置應力觀測點，具體位置在箱梁的根部，合攏段等截面布置應力測點。應力觀測采用鋼弦式應力計和配套的頻率接收儀進行。

（1）測試儀器的選擇。應力觀測的儀器根據對多種應力測試儀器性能的比較，考慮到適合長期觀察，并能保證足夠的精度，故選用質量高的鋼弦式應力計和配套的頻率接收儀作為觀測儀器。該應力計的溫度誤差小，性能穩定，抗干擾能力強，特別適合于應力長期觀測。

（2）測點布置。箱梁的每個測試截面可布置4個應力測點。 “T”的根部截面，合攏段截面各布置4個測點，其中頂板、底板橫向各布置2個應變計觀測箱梁應力。

（3）應力計的埋設。應力計按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面。施工過程中注意對應力計和引出導線的保護。

3.1.3 主跨結構溫度觀測

溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度變化包括季節性溫度和日溫變化兩個部份。

其中局部溫度變化是主要的影響因素，它不但會引起結構內力分布的改變（如日照單面墩壁），而且一定會引起結構應力分布的改變，同時也會引起結構的各個方向的撓曲、偏移。例如：主梁頂、底板溫差不但會引起頂、底板應力的增減，而且會引起主梁豎向撓曲變形；主梁左、右側腹板溫差不但會引起左、右腹板應力的變化，而且會引起主梁橫向偏移；墩身兩側的溫差也會引起墩身產生側向偏移或沿縱向偏移，從而導致主梁因剛體轉動而產生懸臂端豎向位移。

溫度觀測的項目應包括：主梁箱外大氣溫度、主梁箱內大氣溫度、主梁梁體溫度和溫度梯度。測點布置考慮到各個“T”的溫度大致相同，故只選一個“T”的一個懸臂典型截面作為溫度測量的對象并布置相應溫度測點。測溫度的鉑電阻先貼在鋼筋上，作防潮和防機械損傷處理后埋入混凝土內，測試導線引到混凝土表面。

3.2 橋墩施工監控

一般來說，可在墩根部，中部或截面變化處設置應力，應變測點，在墩根部，墩中部或系梁處，墩頂部設置變位測點，必要時還應設置溫度測點，以全面監控橋墩在大橋施工過程中的應變，變位狀態，校正設計參數，并幫助確定預拋高值和預偏量值。

3.2.1 橋墩應力監控

本監控方案在主墩的墩底及墩頂變截面上下50cm處布置應力測點，每個截面布置4個鋼弦式應變計。

3.2.2 橋墩變位監控

橋墩的變位測點設置在墩的根部，中部和墩頂截面變化處，在測點位置貼反光片，配合全站儀進行墩的變位監控。

3.2.3 橋墩的溫度監控

對橋墩進行溫度監控，以獲得與應力及變位相對應的大氣溫度以及空心薄壁墩的溫度，為控制分析服務。選擇一個墩的一個截面作為測試對象，進行適時觀測。

3.3 基礎沉降監控

測試的內容為在承臺頂設置不均勻沉降觀測點。

3.4 混凝土彈模、容重的測定和收縮、徐變系數的確定

結構設計時的參數一般是按規范取用，這對設計是可以的，但對于結構施工控制則應對部分主要設計參數進行實際測定，以便在施工前對部分結構設計參數進行一次修正，從而進一步修正原設計線形，為該橋在成橋后滿足設計要求奠定基礎。具體測定工作的進行應根據大橋所在自然環境情況，所用材料情況，施工工藝及工序情況來加以測定，需測定的參數如下：采取現場取樣，分別測定混凝土在3天、7天、14天、28天、60天、3個月、6個月和1年齡期的彈模，為主跨預拱度修正提供數據。混凝土容重的測定也采用現場取樣，在實驗室用常規方法測定。

3.4.1 混凝土彈性模量的測定

混凝土彈模的測試主要是為了測定混凝土彈性模量（E）隨時間（t）的變化過程，即E—t曲線。采用現場取樣然后通過萬能試驗機試壓的方法，分別測定在3天、7天、14天、28天、60天、3個月、6個月和1年齡期的E值，以得到完整的E—t曲線。

3.4.2 混凝土容重的測量

《公路橋梁設計通用規范》給出了鋼筋混凝土的容重范圍2.5～2.6噸/米3，然而對于不同的混凝土組成，其容重也存在著差異，因此有必要對混凝土的容重進行測定，容重一般以進行容重實驗來測定。對于每座橋梁，主梁混凝土容重試驗至少應進行兩次，如有需要（混凝土配合比改變，主要材料來源改變等）應多做幾次。

容重試驗的混凝土試件制作，應依照《水泥混凝土試驗規程》中<混凝土抗壓強度試驗》的試件要求進行制作。

混凝土容重測試是現場取樣，采用實驗室常規方法進行測定。

3.4.3 主梁混凝土收縮、徐變試驗

預應力混凝土連續剛構橋在懸臂澆筑的施工過程中，由于混凝土的收縮、徐變，將引起預應力鋼材的松弛，將導致主梁懸臂端的下撓。因此對混凝土收縮、徐變效應的準確估計，對準確預測由于混凝土收縮、徐變產生的下撓有著決定性的意義。

由于混凝土的收縮、徐變對橋梁變位影響較大，應專門進行3天、7天、14天、28天、90天等加載齡期的徐變，收縮試驗數據測試得出相應的收縮、徐變系數。試驗所用原材料及配合比與大橋混凝土所用原材料及配合比一致。

4 結語

橋梁大跨徑的最終形成，必須經歷一個漫長而又復雜的施工與體系轉換過程。通過理論計算，可以得到各施工階段的理想立模標高值。但是，實際施工過程中各種誤差干擾著橋梁形成的正確性，可能致使合攏困難、成橋線形與內力狀態偏離設計要求，給橋梁施工安全、外形、可靠性、行車條件及經濟性等方面帶來不同程度的損害。因此，為了確保橋面線形良好、符合設計要求，在施工過程中，實施有效的施工控制是非常必要的。