施工監(jiān)控技術(shù)在吉水贛江特大橋的運(yùn)用

洪　穎，凡漢云

(江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌　330038)

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施工監(jiān)控技術(shù)在吉水贛江特大橋的運(yùn)用

洪穎，凡漢云

(江西省交通科學(xué)研究院，江西 南昌330038)

摘要：以吉水贛江特大橋的施工控制項(xiàng)目為背景，對大橋施工過程的計(jì)算分析、施工監(jiān)測及參數(shù)識別等方面進(jìn)行研究。從吉水贛江特大橋工程實(shí)際出發(fā)作出了分析和總結(jié)，為今后同類型橋梁的施工監(jiān)控提供了有意義的參考。

關(guān)鍵詞：多跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋； 施工監(jiān)控； 撓度監(jiān)測；應(yīng)力監(jiān)測

0前言

吉水贛江特大橋位于江西省撫吉高速，是跨越贛江的又一重要橋梁。施工監(jiān)控對該橋質(zhì)量控制及后期營運(yùn)安全至關(guān)重要。該橋面寬度29.5 m，橫斷面組成：0.25 m(欄桿)+1.5 m(人行道)+0.5 m(防撞墻)+0.70 m(中央分隔帶)+0.5 m(防撞墻)+11.65 m(行車道)+0.5 m(防撞墻)+1.5 m(人行道)+0.25 m(欄桿)。吉水贛江特大橋總長2 019 m，吉水贛江特大橋全橋由主橋及引橋組成。上部結(jié)構(gòu)主孔布置為：65 m+2×100 m+65 m連續(xù)梁，箱梁采用變截面三向預(yù)應(yīng)力單箱單室連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)主墩采用壁厚3 m的實(shí)體墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋臺采用肋式橋臺，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-I級。

1計(jì)算模型的建立

在進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，按懸臂施工階段(梁段)離散了箱梁單元(1#～12#塊每個(gè)施工梁段劃分為一個(gè)單元，0#塊劃分為五個(gè)單元)，采用了橋梁博士軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果中可以反應(yīng)箱梁變形、應(yīng)力情況，吉水贛江特大橋整個(gè)橋梁現(xiàn)離散為193個(gè)梁單元，其結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖見圖1所示。

圖1　結(jié)構(gòu)計(jì)算空間模型

由于連續(xù)梁橋在施工合龍前是靜定結(jié)構(gòu)體系，并且合龍前后在墩頂和梁的接觸位置處始終是固接狀態(tài)形成剛臂。因而吉水贛江特大橋在邊界條件的處理上，采用了墩梁固接處以墩頂單元節(jié)點(diǎn)為主節(jié)點(diǎn)，上部的梁單元節(jié)點(diǎn)為從屬節(jié)點(diǎn)形成固接狀態(tài)。在墩底的邊界處理上，采用固定約束的簡化處理。

2控制測點(diǎn)布置

2.10#塊布置高程測點(diǎn)

0#塊是箱梁懸臂法施工的起始部位，吉水贛江特大橋?qū)⑺捻斆孀鳛闇y量的基準(zhǔn)點(diǎn)(面)，在這布設(shè)測點(diǎn)可以控制頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)也是各懸澆節(jié)段高程測量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.2各懸臂澆筑節(jié)段高程觀測點(diǎn)

控制成橋線形的基本數(shù)據(jù)和關(guān)鍵來自撓度的測量。吉水贛江特大橋在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁懸臂澆筑過程，在每個(gè)懸臂澆筑的梁段端點(diǎn)布置了3個(gè)高程測點(diǎn)，目的是為了觀測箱梁的豎向撓度變形及扭轉(zhuǎn)變形情況。測點(diǎn)預(yù)留約5～8 cm長的鋼筋在頂板上緣，對稱布設(shè)在懸臂澆筑梁段端頭20 cm的截面。鋼筋頂端作好標(biāo)記以免破壞，測點(diǎn)布置見下圖2、圖3。

圖2　變形監(jiān)控點(diǎn)截面布置圖

圖3　懸臂澆筑梁段變形監(jiān)控點(diǎn)立面布置圖

2.3應(yīng)變測點(diǎn)布置

根據(jù)吉水贛江特大橋懸臂施工方案及該橋受力特點(diǎn)，將測試重點(diǎn)放在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的縱向應(yīng)力上。設(shè)置縱向箱梁應(yīng)力測試截面在懸臂澆筑各T構(gòu)根部、1/4L、3/4L處。各控制截面分別布置了8個(gè)測點(diǎn)，見圖4所示。

圖4　控制截面應(yīng)變(應(yīng)力)測點(diǎn)布置圖

3吉水贛江特大橋施工控制過程

在吉水贛江特大橋施工過程中對每一截面都要在立模前后、澆筑混凝土前后、張拉預(yù)應(yīng)力筋前后、移掛籃后進(jìn)行觀測，觀察各控制點(diǎn)的撓度和箱梁撓曲變形軌跡。從而就確保了懸臂澆筑的精度，為最后合龍和成橋線形提供了有效保障。

4誤差分析及措施

4.1混凝土彈性模量誤差

由于混凝土材料、養(yǎng)護(hù)、施工實(shí)際狀態(tài)和混凝土齡期等多方面的原因，實(shí)際工程的彈性模量與設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定會(huì)有較大的區(qū)別。吉水贛江特大橋混凝土彈性模量E的取值采用同齡期混凝土的實(shí)際彈性模量來分析來減少該誤差。

4.2溫度影響誤差

懸臂施工時(shí)雖然這一階段的主體結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)。然則由于預(yù)應(yīng)力鋼筋束和混凝土力學(xué)機(jī)制差異很大。在環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，預(yù)應(yīng)力鋼筋束和混凝土的變形量不同且不能各自自由變形。應(yīng)力重新分布致懸臂段產(chǎn)生溫度應(yīng)力。為研究溫度場影響效應(yīng)，在吉水贛江特大橋的施工過程中，我們對長懸臂箱梁標(biāo)高在溫度變化時(shí)影響規(guī)律觀測，也進(jìn)行了箱梁應(yīng)變24 h連續(xù)采集，再通過實(shí)體結(jié)構(gòu)溫度場力學(xué)模擬修正誤差。

4.3鋼弦應(yīng)變計(jì)的安裝誤差

為了確保智能鋼弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)安裝可靠和穩(wěn)定，我們預(yù)先采用細(xì)扎絲將其捆扎固定在上下緣的縱向鋼筋上，鋼弦式應(yīng)變計(jì)的位置距離箱梁頂?shù)酌孢€約10 cm左右。那么測試應(yīng)變與箱梁頂?shù)酌娴耐饩墤?yīng)變間就有些差異。而且由于安裝的關(guān)系智能應(yīng)變計(jì)安裝與橋梁縱向線也不可能完全重合。另外在混凝土澆筑與振動(dòng)搗實(shí)的時(shí)候，智能鋼弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)會(huì)受到不同方向的非平衡荷載的擠壓，也可能使得應(yīng)變計(jì)的方向偏差。因此我們加強(qiáng)施工管理確保安裝誤差最小。

4.4混凝土應(yīng)變滯后誤差

受力混凝土應(yīng)變滯后性主要是出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉后，由于混凝土材料和施工狀況等，應(yīng)變傳播速度在梁體各截面隨懸澆臂階段不同而不同。預(yù)應(yīng)力鋼筋束短應(yīng)變滯后性尚不明顯。預(yù)應(yīng)力鋼筋束長，應(yīng)變的滯后時(shí)間與截面距張拉端的距離相?？拷鼜埨说慕孛婊緹o滯后，遠(yuǎn)端則相反。如果應(yīng)變測試時(shí)機(jī)過早，有可能未能捕捉到外力對應(yīng)發(fā)生的應(yīng)變，應(yīng)變測值偏小，但應(yīng)變測試時(shí)機(jī)太晚則不便施工。吉水贛江特大橋待各截面應(yīng)變穩(wěn)定后進(jìn)行應(yīng)變測量，通過試驗(yàn)確定在預(yù)應(yīng)力鋼筋束張拉后約8 h測量，這樣就可以最大程度使得這一誤差減小。

4.5混凝土收縮徐變誤差

混凝土的收縮和徐變的影響在施工措施中不可能完全消除。那么我們只能在吉水贛江特大橋仿真計(jì)算與施工控制中計(jì)入混凝土的收縮與徐變的影響，并測量同期試塊來盡量的模擬這一影響。

4.6鋼弦應(yīng)變計(jì)調(diào)零誤差

智能鋼弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)絕大多數(shù)穩(wěn)定性良好，在同溫度、同工況下測量值有很好的復(fù)現(xiàn)性。但初讀數(shù)的時(shí)機(jī)應(yīng)好好把握，必須減小初讀數(shù)產(chǎn)生的誤差。吉水贛江特大橋采用多次初讀，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法確定可靠的初讀數(shù)。

4.7預(yù)拱度高程測量的誤差

高程測量的誤差的產(chǎn)生是多方面的主要有儀器誤差、觀測誤差、外界條件影響及溫度影響等四大方面。在監(jiān)控實(shí)踐中采用了常用減小這些誤差的措施外，還在后期數(shù)據(jù)處理中采用參數(shù)估計(jì)的方法甄別篩選及調(diào)整分析。主要采用參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則有灰色系統(tǒng)理論法、Kalman濾波法以及最小二乘法。

5吉水贛江特大橋監(jiān)控小結(jié)

5.1變形監(jiān)控

吉水贛江特大橋全橋共4個(gè)合龍段，合龍精度和合龍溫度符合設(shè)計(jì)要求。下表1為29跨半幅通車前標(biāo)高測量結(jié)果。

表1　通車前實(shí)測標(biāo)高成果

由表1可見吉水贛江特大橋整個(gè)施工監(jiān)控的線形控制基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

5.2應(yīng)變監(jiān)控

吉水贛江特大橋?qū)崪y應(yīng)力值略大于理論值，個(gè)別測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)力值與理論值偏差稍大，但仍在設(shè)計(jì)和規(guī)范許可范圍內(nèi)。現(xiàn)將29#墩T構(gòu)控制截面應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果列于下表2。

表2　29#墩T構(gòu)控制截面應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果表

由表2可見，吉水贛江特大橋?qū)崪y值于理論值的相關(guān)性較好，施工過程應(yīng)力是受控的。吉水贛江特大橋理論計(jì)算采用了平面桿系，而實(shí)際結(jié)構(gòu)是空間實(shí)體。吉水贛江特大橋箱梁的實(shí)測應(yīng)力測值穩(wěn)定，數(shù)值無異常，現(xiàn)在看來這一計(jì)算簡化是合理的。

5.3監(jiān)控特點(diǎn)

(1)吉水贛江特大橋設(shè)計(jì)高跨比比較大(1/17)，腹板高度大，自重效應(yīng)大，需要設(shè)置的預(yù)拱度大。一般同類型橋梁拱度最大設(shè)置為10～20 mm，而吉水贛江特大橋比這大了10 mm。這樣施工測量及施工張拉控制都不利，因而在建設(shè)初期我方建議在大懸臂端將一次張拉措施改為二次對稱張拉，項(xiàng)目部采納了建議，從實(shí)際效果來看還是不錯(cuò)的。

(2)吉水贛江特大橋合龍段原本設(shè)計(jì)的加勁型鋼設(shè)計(jì)在澆筑在腹板混凝土中。這樣在合龍段張拉的時(shí)候，張拉預(yù)應(yīng)力一部分被型鋼承擔(dān)了，就會(huì)導(dǎo)致合龍段混凝土預(yù)應(yīng)力不足。為解決這一問題，我方提出方案是在：澆筑前將型鋼置于腹板外與預(yù)留的鋼筋頭焊接好，這樣在澆筑時(shí)型鋼還是起到了原本的加勁作用，確保了合龍高差的控制?；炷翉?qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行張拉，待預(yù)張拉后(20%張拉力)，持荷盡快將型鋼連接去除，再張拉到100%，這樣就將預(yù)加力全部加到合龍段上了。這一方案同樣得到采納，實(shí)際效果良好。

6結(jié)語

依托了吉水贛江特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃ㄟ^建立吉水贛江特大橋仿真計(jì)算模型，對吉水贛江特大橋施工全過程進(jìn)行了仿真計(jì)算，為吉水贛江特大橋的施工監(jiān)測與控制提供了理論監(jiān)控?cái)?shù)值，在吉水贛江特大橋懸臂澆筑監(jiān)測與控制中得到了檢驗(yàn)。同時(shí)研究其顯著性參數(shù)對吉水贛江特大橋施工過程和成橋狀態(tài)受力影響，希望能對其它工程有所借鑒。

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The application of the construction monitoring technology in Jishui Ganjiang super major bridge

HONG Ying, FAN Han-yun

(Jiangxi Province Traffic Science Research Institute, Jiangxi, ,China)

Abstract:This article researches the calculation analysis, construction monitoring and parameter identification, etc, based on the Jishui Ganjiang super major bridge project. And it has made an analysis and summary on the engineering practice for the future construction of the same kind of bridge monitoring provides a meaningful reference.

Keywords:multiple span prestressed continuous girder bridge; construction monitoring; deflection monitoring; stress monitoring

收稿日期：2015-08-19

作者簡介：洪穎(1982-)，男，碩士，工程師，從事交通檢測。

中圖分類號：U445.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)04-0069-03