波形鋼腹板橋梁施工監(jiān)控技術(shù)研究

郭靖宇，王中民，劉鳳俠

（阜陽市公路管理局，安徽 阜陽 236000）

0 前言

對于大跨度連續(xù)梁橋，實際施工時，結(jié)構(gòu)彈性模量、自重、預(yù)應(yīng)力、掛藍變形、混凝土收縮徐變系數(shù)、施工臨時荷載、溫度對結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形存在隨機影響，橋梁的線形、應(yīng)力測量也存在誤差，這樣，結(jié)構(gòu)的原理論設(shè)計值與實際測量值難以一致，兩者之間會存在偏差。值得注意的是，某些偏差（如主梁的豎向撓度誤差）具有累積的特性。若對偏差不加以及時有效的調(diào)整，隨著主梁懸臂長度的增加，主梁的標(biāo)高會顯著偏離設(shè)計值，造成合攏困難或影響成橋的內(nèi)力和線形，主梁的應(yīng)力有可能發(fā)生積聚而超出設(shè)計安全狀態(tài)，以至發(fā)生施工事故。波形鋼腹板組合梁橋是一種新型的鋼混組合結(jié)構(gòu)，研究其施工過程中的受力分析尤其必要。

1 工程實例

1.1 工程簡介

G105線南照淮河公路大橋地處潁上縣南照鎮(zhèn)和霍邱縣周集鎮(zhèn)，是跨越淮河、連接阜陽與六安的重要通道。該橋建成于1999年，橋梁全長2328m，全寬20.5m，水泥混凝土橋面。跨徑縱向布置（阜陽至六安方向）為（65+98+65）連續(xù)波型鋼腹板組合梁和（38+68+38）連續(xù)波型鋼腹板組合梁結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)均采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，樁徑1.5m，主橋墩身為雙向下縮型空心墩，南岸跨堤段主墩為實體矩形墩。

主橋上部結(jié)構(gòu)共劃分15個節(jié)段，0#塊節(jié)段長度5.2m，1#塊～5#塊節(jié)段長度3.2m，6#塊～11#塊節(jié)段長度4.8m，13#塊～15#塊節(jié)段長度4.8m，12#塊合攏段3.2m。主橋墩頂梁高為6.0m，跨中梁高為2.8m。主橋節(jié)段劃分見圖1所示。

圖1 主橋施工節(jié)段劃分（單位：cm）

1.2 監(jiān)控內(nèi)容

1.2.1 線形監(jiān)控

橋梁的成橋線形對橋梁的內(nèi)力影響很大，因此，變形的控制在施工過程中十分重要。對于大跨徑波形鋼腹板變截面連續(xù)梁橋而言，懸壁掛籃現(xiàn)澆施工是其主要施工方法，施工過程中應(yīng)根據(jù)施工工序給出每梁段合理的立模標(biāo)高，將實測值與理論值進行綜合對比，根據(jù)其差異對理論值進行修正，再確定下一階段的施工立模標(biāo)高。

本橋監(jiān)控立模標(biāo)高計算采用公式如下：

為了保證橋梁施工過程上的線形，在混凝土頂板布置5個變形測點，底板布置3個變形測點高程觀測點布置在離塊件前端10cm處，采用Φ16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固，并要求豎直。測點（鋼筋）露出箱梁混凝土表面5cm，測頭磨平并用紅油漆標(biāo)記。

圖2 變形測點布置圖

1.2.2 應(yīng)力監(jiān)控

結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面應(yīng)力監(jiān)測是橋梁施工監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，懸臂施工的連續(xù)梁由于施工步驟的推進，使每個截面的應(yīng)力發(fā)生變化，因此通過對關(guān)鍵截面的應(yīng)力進行監(jiān)測可以對應(yīng)力進行及時預(yù)報，如發(fā)現(xiàn)施工過程中應(yīng)力超出允許值，就應(yīng)該及時查明原因并及時處理。橋梁在懸臂施工階段，主梁最不利截面為懸臂根部截面；在合攏后，除懸臂根部截面外，跨中合攏截面也是最不利截面。因此主梁根部截面和跨中截面為監(jiān)測控制截面，在施工過程中應(yīng)加強測試。主橋上部結(jié)構(gòu)（65+98+65）m總共布置7個應(yīng)力測試截面。分別為主跨的1/2L截面、1/4L截面、箱梁根部截面、邊跨1/2截面、1/4截面。

圖3 測試斷面布置示意圖（單位：cm）

圖4 B、E、C、F截面應(yīng)力測點布置圖（支點截面）

2 施工仿真計算

2.1 仿真計算

張拉過程中理論計算對指導(dǎo)施工方案及保證工程質(zhì)量方面有很重要的作用。本工程施工過程中對各施工工況模擬，并根據(jù)現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)信息對比，及時調(diào)整，科學(xué)指導(dǎo)施工。本計算采用midas civil有限元計算軟件。

2.2 仿真監(jiān)控原則

主橋箱梁施工方法都采用懸臂施工法：墩頂塊件（即0號塊和1號塊或0號塊）采用在支架現(xiàn)澆施工，其它梁段采用掛籃懸臂對稱、平衡澆筑施工，邊跨現(xiàn)澆段采用支架現(xiàn)澆施工，各單“T”澆筑至最大懸臂后，先澆筑邊跨合龍段，拆除邊墩的所有支架之后，澆筑中跨合龍段，張拉剩余預(yù)應(yīng)力束，拆除主墩臨時固結(jié)完成體系轉(zhuǎn)換，成為三跨連續(xù)箱梁，完成二期恒載施工。

掛籃懸臂施工一個梁段稱為一個階段，每階段可分六個工況：①掛籃前移定位立模；②鋼腹板安裝就位；③底板混凝土澆筑完畢；④頂板混凝土澆筑完畢；⑤預(yù)應(yīng)力張拉，管道壓漿；⑥掛籃移動。

在整個施工過程中對每階段五個工況、邊（中）跨合龍前后、最終成橋前的應(yīng)力與變形進行監(jiān)測，以這些監(jiān)測值為依據(jù)，進行有效的施工控制。

應(yīng)變測試和變形測量貫穿到了整個施工過程中，對測量數(shù)據(jù)的處理分析及其重要。

對于應(yīng)變而言，其判斷依據(jù)是根據(jù)修正后的理論狀態(tài)與實際狀態(tài)相比較，施工過程中結(jié)構(gòu)的實際應(yīng)力與設(shè)計相差宜控制在+5%以內(nèi)；對于變形而言，其判斷依據(jù)是根據(jù)修正后的理論變形并考慮掛籃變形等施工因素的綜合因素，每節(jié)段平面線形控制精度為：橋軸線偏差＜1cm，結(jié)構(gòu)變形測量精度：±2mm。

對測量數(shù)據(jù)進行分析是保證監(jiān)測質(zhì)量的前提，對測量實際數(shù)據(jù)處理方法主要通過與計算的理論數(shù)據(jù)相比較的方法進行，當(dāng)實際數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)相差較大時，需復(fù)核現(xiàn)場和理論數(shù)據(jù)確認(rèn)主因并解決后，方可進行下一梁段施工。

圖5 波形鋼腹板懸臂施工

2.3 監(jiān)控數(shù)據(jù)分析

施工過程采用MIDAS CIVIL橋梁專用軟件進行分析，全橋共劃分50個單元，51個節(jié)點。計算共分32個施工階段。

從圖6、圖7可知，最大懸臂施工階段截面最大壓應(yīng)力為10.80MPa，小于18.76MPa，最大拉應(yīng)力為0.31MPa，小于限值 1.68MPa；從圖 8～ 圖 11可知，截面最大壓應(yīng)力為11.10MPa，小于18.76MPa。因此，通過理論分析可知，橋梁在施工過程中滿足安全性要求。

①線形監(jiān)控結(jié)果

圖6 最大懸臂施工階段截面上緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖7 最大懸臂施工階段截面下緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖8 中跨合攏后截面上緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖9 中跨合攏后截面下緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖10 二期恒載施工完成后截面上緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖11 二期恒載施工完成后截面下緣正應(yīng)力圖（MPa）

圖12 主橋?qū)崪y線形

在懸臂澆筑階段，對箱梁底板、頂板、鋼腹板高程進行控制；中跨合攏段張拉后，測量合攏后全橋各截面頂面高程。高程最大偏差為20mm，在±20mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求；相鄰階段高差在10mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求；合攏高差6mm，小于20mm，符合規(guī)范要求；由圖12可看出合攏后箱梁線形接近理論線形。

②應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果

應(yīng)力監(jiān)測從上部結(jié)構(gòu)0#塊施工開始，在各個塊段的混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后、掛籃移動前后測量所有已施工梁段控制點內(nèi)力，且通過對關(guān)鍵截面的應(yīng)力監(jiān)測來及時指導(dǎo)橋梁施工，最終保證橋梁的施工安全和成橋合理內(nèi)力。懸臂施工節(jié)段和合攏后，應(yīng)力狀態(tài)滿足規(guī)范要求。實測結(jié)果以截面D（中跨跨中截面）應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果展示，正號表示受拉，負(fù)號表示受壓。

3 結(jié)論

通過監(jiān)控有效控制橋梁在施工過程中滿足安全性要求，正常使用極限狀態(tài)下，標(biāo)準(zhǔn)組合、作用短期效應(yīng)組合下法向應(yīng)力滿足規(guī)范要求。高程最大偏差為20mm，在±20mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求；相鄰階段高差在10mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求；合攏高差小于20mm，符合規(guī)范要求；合攏后箱梁線形接近理論線形。應(yīng)力監(jiān)測從上部結(jié)構(gòu)0#塊施工開始，在各個塊段的混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后、掛籃移動前后測量所有已施工梁段控制點內(nèi)力，且通過對關(guān)鍵截面的應(yīng)力監(jiān)測來及時指導(dǎo)橋梁施工。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004要求，施工階段預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件C50混凝土容許壓應(yīng)力應(yīng)小于 22.68MPa（657με），拉應(yīng)力應(yīng)小于 1.855MPa（54με）。受力狀態(tài)滿足要求。本橋梁監(jiān)控成功將在施工流程，技術(shù)管控、施工組織、技術(shù)創(chuàng)新等多方面得到總結(jié)與提高，并凝練成相關(guān)總結(jié)報告，為今后施工同類波形鋼腹板橋的施工提供監(jiān)控原始依據(jù)以及寶貴的實踐經(jīng)驗。