某連續剛構橋施工監控實例分析

(重慶文理學院 重慶 402160)

一、工程實際概述

某大橋施工監控項目范圍為北岸水中區引橋上部結構和北副航道橋上部結構，起止里程為K43+975～K48+975，全長5000m。孔跨布置為：7×(5×70)m+(70+2×120+70)m+5×(5×70)m+(6×70)m。

北岸水中區引橋上部結構為70m等跨徑預應力混凝土連續剛構箱梁，均采用單箱雙室斜腹板箱梁形式。施工時，采用短線法預制進行梁段分節段預制場地預制，架橋機進行現場拼裝的方法施工。下部結構采用大直徑單樁獨柱結構形式。

北副航道橋(70+120+120+70)m連續剛構采用掛籃懸澆方法施工，上部結構為一聯單箱雙室斜腹板預應力混凝土連續剛構箱梁，下部結構為群樁承臺基礎加薄壁墩。

二、北岸水中區引橋

(一)橋梁結構概述。北岸水中區引橋B13#～B18#、B18#～B23#、B23#～B28#、B28#～B33#、B33#～B38#、B38#～B43#、B43#～B48#、B52#～B57#、B57#～B62#、B62#～B67#、B67#～B72#、B72#～B77#、B77#～B82#～Z1#墩之間70m跨預應力混凝土連續剛構共有十三聯，合計66孔；下部結構采用大直徑單樁獨柱結構形式。北岸水中區引橋5×70m跨立面布置如圖1所示，北岸水中區引橋6×70m跨立面布置如圖2所示。

箱梁采用單箱雙室斜腹板箱梁形式；梁高為4.0 m，箱梁頂板寬19.8m，底板寬10.9m，翼緣懸臂長為3.2m，頂板厚為28cm，從墩頂至跨中，節段底板厚依次為50cm、43cm、37cm、31cm、27cm，兩側腹板厚依次為70cm、63cm、57cm、51cm、45cm，在墩頂設3.6m厚中橫梁，梁端設端橫梁，其他位置均不設橫隔梁，箱梁頂面設有2%橫坡，采用箱梁腹板高度變化形成，箱梁底板下緣橫向保持水平。預制箱梁節段及現澆橫隔墻材料采用C55混凝土，現澆濕接縫采用C55早強微脹混凝土。箱梁標準截面如圖3所示。

圖1 北岸水中區引橋5×70m跨立面布置圖

圖2 北岸水中區引橋6×70m跨立面布置圖

圖3 北岸水中區引橋箱梁標準截面圖

(二)施工監控的重點。短線法施工控制的核心是對施工全過程中的誤差進行預測、分析和消除，對每個施工階段的結構幾何構型和內力狀態進行預測和控制，從而保證結構在成橋后達到設計要求的幾何構型和內力狀態。在短線法施工過程中，各種誤差的積累效應顯著，前期一個小的誤差可能對后期的結構產生不可忽視的影響。因此，其施工控制應在結構的制造和安裝之前開始。

施工過程中，因設計參數誤差(如材料特性、截面特性、徐變系數等)、施工誤差(如制造誤差、安裝誤差等)、測量誤差及結構分析模型誤差等種種原因，將導致施工過程中橋梁的實際狀態(線形、內力)與理想目標存在一定的偏差，這種偏差累積到一定程度如不及時加以識別和調整，成橋后的結構安全狀態將難以保證。而且，已施工梁段上一旦出現線形誤差時，限于調整手段有限，誤差將永遠存在，甚至會導致成橋狀態偏離設計理想狀態。各階段的重點如下：

1.結構計算。在預制階段，根據設計圖紙及施工組織設計方案，利用橋梁結構專用軟件進行結構施工階段計算及運營期活載計算，得到預制線形。

在節段預制施工過程，采用短線匹配法幾何線形控制軟件，以預制線形為目標，根據現場預制情況，提供監控指令，指導節段預制施工。

在懸臂拼裝階段，以設計成橋線形為控制目標，根據節段預制和現場拼裝的實際具體情況，采用有限元軟件Midas/Civil的施工節段計算結果指導懸臂拼裝施工。

2.節段預制。通過匹配節段的坐標調整實現預期的預制線形，并且通過誤差分析將梁段線形制造誤差通過后續的坐標匹配予以修正；其中誤差的識別和調整方法是重點內容。該階段線形控制的好壞將直接關系到架設拼裝階段的線形。

(1)預埋控制點坐標采集。誤差大小通過預制梁段梁頂的預埋點匹配坐標實測值與理論值的差值來計算。因此，預埋點坐標的采集精度將會直接影響匹配誤差的計算和調整。

(2)匹配節段的姿態調整精度。通過匹配節段的坐標控制，調整匹配節段相對于待澆筑節段的姿態，從而實現誤差調整消除和設計線形的實現。因此，匹配節段的姿態調整精度必須要滿足要求，可以通過待澆筑節段頂板和底板的翼緣和中軸線的各三個縱向長度數據的測量來簡便而又準確的校核。

(3)已預制節段的誤差趨勢和大小。每個節段預制完成后，測量頂板和底板的翼緣和中軸線的各三個縱向長度，不斷累積、與理論值進行比較，從而可以把握已預制節段的梁段匹配長度上的誤差。接下來，對下一箱梁節段或者相鄰的幾個箱梁節段進行調整，直至回到理論狀態。

3.架設安裝。將預制階段控制點實際采集坐標換算為架設階段整體工程坐標系坐標，根據該坐標進行控制，若與目標線形有差別，則需要采取相應的調整措施予以及時糾正。由于此時調整范圍有限，因此對前述節段預制精度提出了高要求。若測量結果超出幾何控制數據允許的誤差范圍，則須對后續梁段的拼裝進行調整。

就本橋來講，根據施工組織方案，主要調整的方法為:通過對上部結構變形特征的評估與計算，在梁段間的某些部位設直徑20cm、厚度1mm至3mm的楔形墊片調整；楔形墊片的材質采用環氧樹脂墊片，這些環氧樹脂墊片也可層層相疊以形成更厚的楔形墊片

三、北岸副航道橋

(一)橋梁結構概述。北副航道橋上部結構為(70+2×120+70)m 跨徑布置的變截面預應力混凝土剛構，箱梁由主墩墩頂處6.8m 梁高過渡到跨中或梁端附近4.0m 梁高，底緣采用折線型變化。

箱梁采用單箱雙室斜腹板截面型式，分左右兩幅布置，兩箱中心距為21.50m。每幅箱梁頂寬為19.80m，翼緣懸臂長為3.20m。頂板設2%的橫坡，厚度為28cm，底板厚為27cm。在墩頂設3.2m 厚中橫梁和梁端設1.65m 厚端橫梁，其余部位均不設橫隔梁。

橋面鋪裝采用10cm 厚瀝青混凝土構成(4cmSMA-13、6cmSMA-20)。

圖4為北副航道橋立面布置圖。

圖4 北岸副航道橋立面布置圖

(二)施工監控的重點

1.混凝土彈性模量。混凝土彈性模量是結構計算中的一個非常重要的參數，實際的彈模與假定值總是存在一定的差距，需要通過試驗得出實際的混凝土彈性模量。由施工單位材料試驗室負責落實。混凝土彈性模量變化對橋梁線形和內力的影響分析由監控單位結合實測進行計算分析。

2.混凝土容重。混凝土容重大小與混凝土配比、所用石料密度等有關，實際容重與計算取值有一定差異。在主梁施工前幾個節段，要求按規范制作試塊，測定實際混凝土容重。容重大小由施工單位材料試驗室負責落實。

3.截面特性參數。任何施工都可能存在截面尺寸誤差，驗收規范中也允許出現不超過限值的誤差，但這種誤差將直接導致截面特性誤差，從而直接影響結構內力及變形的分析結果。因此在施工過程中，從立模開始至混凝土澆注成形后，都應進行截面特性參數的控制，一方面及時糾正施工偏差，另一方面及時發現成形后的截面特性偏差，在計算分析中予以適當考慮。截面特性參數由施工單位負責組織，由現場質檢員進行監測。

4.掛籃彈性變形。預拱度的設置應考慮掛籃彈性變形的影響，掛籃彈性變形通過掛籃加載試驗獲取。

5.混凝土材料的收縮徐變參數。由于混凝土材料的收縮徐變，會導致施工過程中及成橋后梁體線型及內力發生較大變化，因此在施工前及施工過程中的監控計算必須了解混凝土材料的收縮徐變特性。

6.預應力相關參數。預加應力是預應力混凝土結構內力及變形控制考慮的重要結構參數，預加應力的大小受很多因素的影響，需根據現場實際進行測定。

7.溫度場測量。施工過程中的溫度場測量包括大氣環境溫度場測量、主梁梁體溫度場測量、承臺溫度場測量及溫度對線型、內力的影響測量分析。

8.施工線形控制測量。施工過程中的線形測量包括橋梁施工控制測量網定期復核測量、主墩墩頂沉降測量、各節段施工立模標高測量、施工荷載對線形影響測量、溫度對線形影響測量等。

9.施工應力測量。在施工控制截面布置應力測點，以監控施工過程中應力變化及分布情況并與理論計算值對比，在計入誤差及變量調整后分析以后每階段及竣工后結構的實際工作狀態。

四、測量內容與測量方法

(一)線形測量。大型橋梁在施工過程中受自身結構體系和外界環境(包括溫度、日照等因素)不斷變化的影響，結構的線形和內力狀態也在不斷變化，而線形的變化是最直觀，測量精度高。施工過程中線形情況最直接反映結構的安全狀況，而且施工過程的線形決定能否最終達到成橋設計線形，因此有必要對線形進行監測。

70m梁段預制施工階段：在預制梁段混凝土養生完成，抽取30%的梁段進行預制成果的數據采集復查；每節段數據進行理論計算復核。

70m梁段懸拼施工階段：在懸臂拼裝的梁段預應力張拉完成，抽取30%的梁段進行拼裝成果的線形測試復查；每節段數據進行理論計算復核，當發生與理論控制目標存在誤差較大時，立即采取措施查明原因。

120m梁段懸澆施工階段：在懸臂澆筑的梁段預應力張拉完成，抽取30%的梁段進行澆筑成果的線形測試復查；每節段數據進行理論計算復核，當發生與理論控制目標差異超出誤差許可范圍時，立即查明原因。

(二)應力監測。由于設計計算時采用的各項物理力學或時間參數和實際工程中的相應參數值不可能完全一致，導致結構的實際應力與設計計算預期的結果存在一定差異。因此有必要在施工階段對梁體控制截面進行施工應力監控測試，為設計、施工控制提供參考數據，以確保大橋安全、優質建成。

70m梁段預制施工階段：進行應變測點的預埋，并進行初始讀數。

70m梁段懸拼施工階段：在懸臂拼裝的梁段預應力張拉完成，進行相關截面的應變數據采集；每節段數據進行理論計算復核，當發生與理論控制目標存在誤差較大時，立即采取措施查明原因。

120m梁段懸澆施工階段：在懸臂澆筑的梁段預應力張拉完成，進行相關截面的應變數據采集；每節段數據進行理論計算復核，當發生與理論控制目標差異超出誤差許可范圍時，立即查明原因。

(三)溫度測量。連續剛構結構溫度分布對主梁的懸臂施工期間的結構線形影響較大，故需要加強對溫度的監測。

70m梁段預制施工階段：與應變一同進行溫度測點的預埋，并進行初始讀數。

70m梁段懸拼施工階段：在懸臂拼裝的梁段預應力張拉完成，進行相關截面的溫度數據采集；每節段數據進行理論計算復核，當發生線形、應變等與理論控制目標存在誤差較大時，立即采取措施查明原因。

120m梁段懸澆施工階段：在懸臂澆筑的梁段預應力張拉完成，進行相關截面的溫度數據采集；每節段數據進行理論計算復核，當發生線形、應變等與理論控制目標差異超出誤差許可范圍時，立即查明原因。

五、施工監控精度

預制施工階段允許誤差：

表1 箱梁節段預制允許誤差

懸臂拼裝施工節段誤差：

表2 箱梁拼裝允許誤差

合龍段兩側允許誤差：

表3 合龍段兩側允許誤差

掛籃懸臂澆筑施工階段允許誤差：

表4 掛籃懸臂澆筑施工允許誤差