大跨徑預應力混凝土剛構—連續箱梁橋的施工監控

郭永國 譚瑞梅

摘 要：現代橋梁朝著大跨徑的方向發展，尤其預應力混凝土連續梁級連續剛構橋，隨著跨徑的增大，橋梁整個施工過程中的不安全因素也增多。為確保成橋后的橋面線形和內力符合設計要求，同時保證整個施工過程安全，對其進行施工監控十分有必要的。對橋梁結構進行施工過程模擬，實際施工中對主梁的變形及控制截面應力進行監測，通過實測數據與計算數據的動態調整，保證這兩項指標在允許誤差范圍之內。

關鍵詞：連續剛構；監控；線形；內力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.108

1 工程概況

某特大橋主橋為（66+120+2×138+120+66）m預應力混凝土連續剛構箱梁，全長648m，截面形式為單箱單室。底板厚度及梁高按照1.8次拋物線進行變化，120m跨的主梁高度由跨中3.1m變化到端部7.0m；138m跨梁（中間跨）主梁高度由跨中3.1m變化到端部的8.0m；兩側懸臂為2×2.8m，懸臂板根部厚度為80cm；底板寬6.0m，頂板寬度11.6m，橋面設置坡度為2%的單向超高橫坡；腹板的厚度包括40cm、60cm及90cm三種，中間設置變截面過渡段。

主橋采用掛籃對稱懸臂澆筑施工，15號墩和19號墩先采用臨時固結，然后進行懸臂澆筑，16墩～18墩為剛構直接懸臂澆筑；次邊跨合龍后，應解除15、19號墩的臨時約束；在主墩墩頂及托架上現澆完成各個“T”構的0、1號塊主梁，其他各塊采用懸臂掛籃施工。主橋合龍的順序為先邊跨、再次邊跨、最后中跨；邊跨、次邊跨合龍段采用安裝勁性骨架，懸臂端配重，采用掛籃進行澆筑施工；中跨合龍段，先對梁端進行頂推，安裝勁性骨架，懸臂端進行配重，同樣采用掛籃進行澆筑施工。為確保成橋后的橋面線形和內力符合設計要求，同時保證整個施工過程安全，對其進行施工監控十分有必要的。

2 施工監控方法

橋梁施工監控方法現普遍采用的主要有3種：開環控制、反饋控制及自適應控制。經過分析本橋的實際情況，經過論證認為宜采取自適應控制方法。自適應方法的原理是當實測數據與理論計算數據存在誤差時，分析誤差的來源，將誤差重新輸入到計算模型中，并調節相關參數，最終得到的模型結果與實際一致。再考慮誤差修正，優化模型，重新計算后續每一個施工階段的狀態。經過多次的反復修正調節，最終實現實際監測數據與計算結果一致，從而達到對施工后續過程的動態調節與控制。

橋梁監控就是在施工→監測→識別→調整→預告→施工的循環過程中不斷地調節使實際情況按照計算狀態推進，而在實際操作過程中難免會存在一定的誤差。施工監控主要任務為首先對各種參數誤差進行分析、識別和調整，然后對結構后續施工作出準確的預測，最終使成橋后的結構線形和內力符合設計要求。

3 有限元模型的建立

在對某特大橋各施工階段實施控制時，采用有限元程序軟件MidasCivil，將其簡化為空間三維梁單元，主梁為180個單元，橋墩為32個單元。0號塊和1號塊在墩頂及托架上澆筑，其余梁段的懸澆筑過程分為三個階段：前移掛籃澆筑混凝土張拉預應力鋼束。在有限元模型仿真分析中，整個橋梁施工過程劃分為65個施工階段，能夠準確模擬各個施工階段中施工荷載、邊界條件等因素的影響。

4 主梁線形控制

主梁線形控制中采用精密水準儀對主梁設置的控制點進行標高測量，然后根據測量數據整理測試結果來實現主梁線形的控制，按照確定的觀測頻率（掛籃前移、梁段澆筑后、預應力張拉后），分3個周期對箱梁梁頂預埋的測點進行測量。測量宜應選在溫度、氣候變化相對較小的時間段進行，工作時間盡量縮短，避免了日照溫差對測量結果的影響，時間宜選擇日出前后。

4.1 測點布置

在離已澆梁塊前端的10cm處布置主梁標高控制點，采用直徑20mm的鋼筋，并與主梁頂板鋼筋網的上層鋼筋豎直焊牢，露出混凝土表面2cm，磨平頂頭并用紅色油漆涂記。

主梁標高測點布置示意圖如下，圖中的尺寸均為厘米，圖中▽、●符號表示標高測點位置，每梁段兩側的測點和腹板外緣在同一豎直面上。

4.2 監測結果

在主梁各個懸臂施工階段過程中，需對主橋T構的控制點標高進行跟蹤監測。通過分析對比實測值和理論值的偏差，不斷地校核調整后續施工階段的立模標高，對橋梁結構線形進行有效控制。

主梁在每次合攏前都要對整個主梁梁段控制點進行統測，并與理論值對比分析。各跨合龍前兩側梁端的底模標高實測值與理論標高進行對比，見下表。

從上表的實測數據來看，結構線形控制效果良好；主橋合龍前，邊跨合龍段兩側梁端的相對高差最大值為10mm，次邊跨合龍段兩側梁端的相對高差最大值為6mm，中跨合龍段兩側梁端的相對高差最大值為7mm；成橋后的橋面線形平順，與理論線形基本保持一致。

5 主梁應力控制

本橋施工周期較長，監控中應考慮傳感器的耐久性并能保證測試精度，選用具有溫度誤差小、性能穩定、靈敏度高、并適合長期觀測等特點的振弦式混凝土應變計及配套的讀數儀進行應力測試。

混凝土澆筑強度形成過程中收縮變形較大，應力測量應安排在混凝土完成收縮變形較小的階段進行，在澆筑完成48小時后的夜間或清晨（日出之前）時間段完成應力初始值的測量；0號塊和1號塊梁段由于體積過大，澆筑混凝土后，需進行24小時連續觀測；預應力束張拉后的測試應該在張拉完成后的8小時完成，此時預應力已經施加到整個結構上。

5.1 測點布置

根據本橋受力特點，在主橋上部結構布置20個控制斷面，應力測點一共190個，應力控制斷面選取在空心薄壁墩根部、主梁根部、1/4跨，其中主梁根部截面在懸臂澆筑過程中處于最不利受力狀態，監測過程中需進行重點關注；應力控制斷面和測點布置見下圖。

5.2 監測結果

在各個施工階段過程中，從實測數據來看，控制斷面的各點應力變化均勻。施工階段過程中，個別應力實測數據比理論值略大，整體變化趨勢一致。橋梁在施工過程中誤差較小，控制斷面應力實測值接近理論值，說明其結構安全、施工質量可靠。

因主梁控制斷面測點較多，只對部分測點應力測量數據和理論值進行比較，見下圖，圖中正值為壓應力，負值為拉應力。

6 結論

（1）對預應力混凝土連續剛構橋進行施工監控時，需根據實際結構施工特點，建立更加細化的計算模型，通過動態調整誤差，保證與最終成橋結構狀態相吻合。施工階段的劃分和計算參數的選用，應與現場情況相結合。

（2）在主橋合龍之前，合龍段兩側梁端的相對高差最大值為10mm，成橋后的橋面中軸線高差在20mm以內，均符合設計要求。

（3）經過對比分析，各個施工階段過程中，控制斷面的主要測點應力變化均勻，個別應力實測數據比理論值略大，但整體變化趨勢一致，表明該橋在施工過程中安全可靠。

（4）成橋后結構線形與理論線形較為吻合；內力狀態符合設計要求；表明本橋采用的監控分析方法及理論計算合理、可靠，達到監控目的和要求。

參考文獻：

[1]顧安邦，張永水.橋梁施工監測與控制[M].北京：機械工業出版社，2005（09）.

[2]宋玉普.預應力混凝土橋梁結構[M].北京：機械工業出版社，2007（06）.

[3]徐君蘭，項海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000（08）.

[4]邵容光.關于預應力混凝土連續梁（連續剛構）橋中的若干問題[D].東南大學，2001（12）.

[5]余郁，謝鑒云，承宇，段洪杰.大跨徑連續剛構橋施工監控技術[J].2010（12）.

[6]邵容光.關于預應力混凝土連續梁（連續剛構）橋中的若干問題[D].東南大學，2001（12）.

[7]向中富.橋梁施工控制技術[M].人民交通出版社，2001.