預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控

■謝鵬飛 ■江蘇淮安交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223000

1 工程概況

江都北路延伸工程古運(yùn)河大橋橫跨古運(yùn)河，線位與航道中心線斜交100 度。從橋梁的景觀效應(yīng)考慮，橋型采用(27.5 +45 +27.5)米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)V 形剛構(gòu)方案。橋梁平面上處于直線段內(nèi)，橋面橫坡均為2.0%;縱面上采用2.5%的上坡及-2.5%的下坡，豎曲線半徑為2500 米，全橋處于豎曲線段內(nèi)。本橋上部結(jié)構(gòu)以連續(xù)梁為主體，配以V型腿剛構(gòu)共同受力。主橋連續(xù)梁分為兩幅，單幅采用變截面單箱三室斜腹板箱梁，箱梁施工采用支架現(xiàn)澆。本橋下部結(jié)構(gòu)橋墩呈“Y”形，與上部固結(jié)，以與主梁共同參與結(jié)構(gòu)受力，橋臺(tái)采用分離式重力式臺(tái)，橋墩和橋臺(tái)的承臺(tái)都下接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。古運(yùn)河大橋立面示意圖如圖1 所示。為了保證在橋梁施工過程和成橋后運(yùn)營階段的安全，現(xiàn)對(duì)該橋施工階段進(jìn)行監(jiān)控。

圖1 古運(yùn)河大橋立面示意圖

2 橋梁監(jiān)控的目的和原則

古運(yùn)河大橋主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土V 形剛構(gòu)橋，為了確保主橋在施工過程中結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全的范圍內(nèi)，且成橋后的線形達(dá)到設(shè)計(jì)值或控制目標(biāo)值，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)等接近設(shè)計(jì)期望，所以在主橋施工過程中必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工監(jiān)控［1］。施工監(jiān)控是要對(duì)大橋的線形和應(yīng)力進(jìn)行有效控制［2］，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差對(duì)成橋的影響，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求。

3 橋梁施工監(jiān)控的數(shù)值分析

古運(yùn)河大橋采用前進(jìn)法計(jì)算分析。利用ANSYS10.0 有限元軟件進(jìn)行分析計(jì)算的。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，能進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)體系荷載的線性與非線性結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的截面施工操作，能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)上下部共同作用的分析;可進(jìn)行分階段施工過程的計(jì)算分析，輸出各施工階段對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。施工過程的理論計(jì)算，將橋梁結(jié)構(gòu)離散為有限個(gè)自由度的單元，并按實(shí)際施工過程劃分結(jié)構(gòu)單元，計(jì)算各部分在施工過程和投入運(yùn)營后的累計(jì)豎向變形值和各階段理論應(yīng)力變化值等結(jié)果。古運(yùn)河大橋的有限元模型示意圖如圖2 所示(兩端為鉸支座，圖中未標(biāo)出)。

圖2 古運(yùn)河大橋有限元模型示意圖

圖3 箱梁測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 大橋主梁線形監(jiān)控

4.1 主梁撓度測(cè)點(diǎn)的布置

主梁撓度的測(cè)點(diǎn)布置參照古運(yùn)河大橋施工圖，沿箱梁縱向全長(zhǎng)在梁頂設(shè)立三個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，梁底設(shè)三個(gè)反光片作為坐標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)，梁頂測(cè)點(diǎn)須用紅漆標(biāo)明。梁頂標(biāo)高采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)量，梁底反光片利用全站儀測(cè)讀，可根據(jù)施工過程中方便程度合理使用梁頂或者梁底作為主要測(cè)點(diǎn)。如遇特殊情況，測(cè)點(diǎn)可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。主梁撓度測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3 所示。

4.2 立模標(biāo)高的確定

立模標(biāo)高準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到成橋線形的優(yōu)劣。在建立了正確的模型和性能指標(biāo)后，就要依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和控制參數(shù)，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入到前進(jìn)分析系統(tǒng)中，得到各施工階段的理論撓度累計(jì)值，同時(shí)得到各施工階段的預(yù)計(jì)標(biāo)高。

立模標(biāo)高和預(yù)測(cè)標(biāo)高的計(jì)算公式分別見式(1)和式(2):

式中，Hm為立模標(biāo)高;H0為設(shè)計(jì)底板標(biāo)高;H1為外荷載、鋪裝層等結(jié)構(gòu)自重及張拉預(yù)應(yīng)力等作用下的撓度累計(jì)值;H2為收縮徐變影響值;f 為回彈值;h 為鋪裝層厚度。

4.3 大橋線形控制成果

大橋?qū)嶋H的施工狀態(tài)與理想的施工狀態(tài)是有差別的，這就是說，如果按照計(jì)算的理論撓度累計(jì)值及回彈值施工，最終成橋狀態(tài)不一定是理想的狀態(tài)，每一工況下各節(jié)段的實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)計(jì)標(biāo)高也存在偏差。這時(shí)，需分析各種對(duì)主梁變形產(chǎn)生影響的因素，對(duì)立模標(biāo)高做出調(diào)整。

按照上述介紹的方法對(duì)大橋整個(gè)施工過程的標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測(cè)，理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果符合較好，取得了良好的效果。

圖3 左幅(西幅)箱梁底板中心實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)測(cè)標(biāo)高比較圖

圖4 右幅(東幅)箱梁底板中心實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)測(cè)標(biāo)高比較圖

由圖3 和圖4 分析可知，支架拆除前后，箱梁底板標(biāo)高在考慮外荷載及鋪裝層等結(jié)構(gòu)自重影響值和收縮徐變(僅中跨考慮此影響，表中對(duì)應(yīng)距梁端距離33.45m 至66.45m)調(diào)平層和瀝青混凝土鋪裝層引起的預(yù)拱值后，其變形均在誤差范圍以內(nèi)［3］，施工質(zhì)量較好。

5 大橋應(yīng)力監(jiān)控

古運(yùn)河大橋施工采用支架現(xiàn)澆法，支架采用滿堂扣件式腳手架。對(duì)于這種施工方法，跟蹤監(jiān)測(cè)箱梁關(guān)鍵截面在施工中的應(yīng)力狀態(tài)尤為重要。因此，在箱梁關(guān)鍵截面埋設(shè)了鋼筋應(yīng)力傳感器，對(duì)箱梁控制截面進(jìn)行正應(yīng)力監(jiān)控，觀察混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉錨固、結(jié)構(gòu)恒載等作用使箱梁控制截面產(chǎn)生混凝土正應(yīng)力的變化等［4］。

古運(yùn)河大橋應(yīng)力測(cè)點(diǎn)截面位置如圖5 所示，右幅(東幅)共計(jì)13 個(gè)截面，分別對(duì)應(yīng)箱梁的每跨跨中截面、中跨四分點(diǎn)截面和2、3 號(hào)墩根部以及V 腿根部;左幅(西幅)共計(jì)7 個(gè)截面，截面布置為右幅(東幅)的一半。每個(gè)截面布置2 -8 個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體的截面測(cè)點(diǎn)如圖6 所示，用來監(jiān)測(cè)主梁和橋墩的應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力在截面上的分布情況。

圖5 橋縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)截面位置

圖6 橋縱向應(yīng)力測(cè)點(diǎn)截面位置

按照施工控制的要求，對(duì)橋墩和箱梁澆筑過程中各工況下關(guān)鍵截面的應(yīng)力進(jìn)行了分階段觀測(cè)。

(1)監(jiān)控階段一:橋墩V 腿混凝土澆筑完畢;監(jiān)控階段二:箱梁底板和1/2 腹板混凝土澆筑完畢;監(jiān)控階段三:箱梁頂板混凝土澆筑完畢。

V 腿根部混凝土應(yīng)力理論值大小同樣應(yīng)為一個(gè)范圍，而滿堂支架與箱梁之間理論上不存在相對(duì)滑移現(xiàn)象，箱梁混凝土理論上不受力的作用，理論值應(yīng)為0。這三階段的實(shí)測(cè)結(jié)果表明除個(gè)別傳感器無數(shù)據(jù)以外，其余實(shí)測(cè)結(jié)果接近于0，可以認(rèn)為該差值是由于混凝土收縮徐變、溫度應(yīng)力以及滿堂支架與箱梁之間的相對(duì)滑移引起的，但都在控制范圍內(nèi)，說明箱梁支架變形較小，施工質(zhì)量較好，該階段處于正常狀況。

(2)監(jiān)控階段四:待澆筑的箱梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%以上，張拉預(yù)應(yīng)力筋，滿堂支架拆除前。

箱梁混凝土應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果大多與理論值較為接近，即校驗(yàn)系數(shù)η都在1 左右，說明預(yù)應(yīng)力張拉過程中預(yù)應(yīng)力筋張拉到位，預(yù)應(yīng)力損失較小，滿足設(shè)計(jì)要求，該階段處于正常狀況。

(3)監(jiān)控階段五:滿堂支架拆除后。

箱梁混凝土應(yīng)力平均值與理論分析結(jié)果較吻合，且應(yīng)力變化值較小，說明預(yù)應(yīng)力筋張拉后，該橋?qū)嶋H已成功落架，該階段處于正常狀況。

(4)監(jiān)控階段六:成橋后。

橋墩V 腿和箱梁混凝土應(yīng)力平均值與理論分析結(jié)果較吻合，說明成橋后橋梁混凝土內(nèi)部應(yīng)力變化較小，在控制范圍內(nèi)，該階段處于正常狀況。

6 結(jié)論

(1)江都北路延伸工程古運(yùn)河大橋的全面、及時(shí)的施工監(jiān)控工作，為保證施工質(zhì)量、工程進(jìn)度和施工安全提供了有力的保障;(2)對(duì)于每一個(gè)工況，均進(jìn)行了嚴(yán)格的檢查和提供了準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)聯(lián)系各方人員，現(xiàn)場(chǎng)解決施工難題，為施工順利進(jìn)行提供了有力的支持;(3)箱梁施工過程中，主梁控制截面上、下緣應(yīng)力分布符合理論分析的應(yīng)力變化規(guī)律;(4)由本橋梁底的實(shí)測(cè)高程可以看出，梁底線形控制達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)高程控制要求，各階段箱梁變形值與理論值較吻合;(5)從主橋應(yīng)力和梁底高程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來看，各項(xiàng)技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)均得到了有效的控制，符合設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力和線形控制指標(biāo)。

［1］顧安邦，常英，樂云祥.大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制的理論與方法.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，1999 年12 月.

［2］武芳交.連續(xù)剛構(gòu)橋梁懸臂施工線形控制分析.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006;(4):30 -31.

［3］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).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.北京:人民交通出版社，2004.

［4］張寶才，徐幀祥，陰存欣.跨海預(yù)應(yīng)力混凝土大橋工程監(jiān)測(cè)分析.鐵道技術(shù)，2000 年4 期.