大跨徑預應力混凝土連續梁橋施工監控

楊 旭

(1.橋梁結構健康與安全國家重點實驗室，湖北 武漢 430034；2.中鐵大橋科學研究院有限公司，湖北 武漢 430034)

0 前 言

隨著新技術、新材料以及新設計的出現，國內出現了越來越多的橋梁結構。其中預應力混凝土連續梁橋應用范圍最為廣泛，因為這種橋梁結構具有外形美觀、結構性能良好、維護過程簡單、抗震能力好以及行車舒適的特點[1]。在開展預應力混凝土連續梁橋實際施工的過程中，對稱懸臂澆筑法是最為常見的施工方法，但是該施工方法在應用過程中會受到多種因素的影響，使得橋梁結構的內力以及位移會發生較為復雜的變化。為了保證連續鋼構橋的成橋質量和提高施工過程中的安全性，對施工監控進行研究和分析是十分有必要的。

1 工程概況

本文涉及工程位于湖北省境內漢江陳家集河段，和武荊高速漢江大橋之間的距離約為13 km。橋梁東西岸均設置有鄉村水泥公路。該橋梁主橋上部結構為四跨一聯分離式雙幅預應力混凝土變截面連續箱梁。主橋上部構造所采用的應力形式為三向預應力。為了提高成橋質量，在開展實際施工的過程中應用了較為嚴格的線形監控技術進行施工監控。

2 大跨徑連續橋橋施工監控方法

2.1 預測控制法

預測控制法適用于各種結構形式的橋梁施工監控。應用該方法時，應根據具體的設計要求對可能會影響橋梁結構的條件或者因素進行分析，預測下一節段主梁會發生的應力變化及位移情況，然后針對性地采取相應的方法來控制實際施工過程。對于任何工程來說，理論值和實測值之間都會存在一定的誤差，如果在預測未施工節段的預應力以及高程大小時將這些誤差所造成的影響考慮進去，那么可以降低誤差對實際施工所造成的影響[2]。每完成一個施工階段的施工后對下一階段的施工狀態進行預測，將設計橋型當做橋梁設計和施工的最終目標，得出最為合理的預拱度，這也是是預測控制法最為關鍵的內容。

2.2 自適應控制法

在橋梁項目實際施工的過程中，如果橋梁的應力和位移擾度的理論值和實測值之間存在一定的誤差，需要根據橋梁當前的實際施工情況重新確定建模的參數。完成參數的調整和確定后，通過軟件計算出各個施工階段的應力值及線形值，然后對理論值和實測值進行對比分析，再通過不斷的調整將實際狀態和理論狀態之間的誤差控制在合理范圍內。參數識別是自適應控制法應用的關鍵內容，如果實測值和理論值之間出現誤差，那么需要對誤差進行具體的分析并應用參數估計準則反算出模型參數的誤差。通常來說，應用范圍最為廣泛的參數估算準則有最小二乘準則、神經網絡法及色理論預測法等，其中最小二乘法計算較為簡便，精度可達到具體的要求。

3 施工監測的具體內容

3.1 標高控制

在開展鐘祥漢江公路二橋主梁的掛籃現澆施工的過程中，只有保證梁段標高更加合理才能確保主梁的線形更加平順。在實際控制標高的過程中結構仿真計算僅僅是理論數據，標高的控制會受到諸多不確定因素的影響，所以需要將實測值與理論值進行對比分析，然后根據具體的差異修整理論值，再確定下一階段的立模標高[3]。想要提高橋梁線形控制水平，合理的調整立模標高是十分有必要的，導致誤差產生的因素有很多，必須針對不同的因素采取合理的方法對立模標高進行調整和修整。本文涉及工程采用下列公式計算立模標高：

H設+∑f1+∑f2+f3+f4+f5=H施

(1)

式中，∑f1為橋梁自身及后續梁段自重對立模梁段所產生的撓度總和；∑f2為橋梁自身及后續梁段張拉預應力對立模梁段產生的撓度總和；H設為箱梁設計標高；f3為掛籃自重及其自身變形產生的撓度；H施為梁段施工立模標高；f4為二期恒載對立模標高產生的撓度；f5為箱梁對立模梁段產生的撓度。

根據施工現場情況，對該大橋13#墩9#段中跨線形控制標高進行了24 h的監測，得出其變化量曲線，如圖1所示，標志點實測與理論標高變化量如表1所示。

圖1 標志點實測與理論標高變化量曲線圖

表1 標志點實測與理論標高變化量對比表

3.2 應力監控

因為本文涉及項目工期較長，所以應力檢測工作注定是一個持續的測量過程，為了提高應力監測的精準度，選擇一個應用起來更加方便可靠的傳感器件是非常有必要的，就當前來看，埋入式智能混凝土振弦式應變計是最為常用的傳感器件[4]。該傳感器穩定性較好且具有較強的抗干擾能力，另外采集數據的過程更加簡單方便。根據橋梁結構的特點，橋梁上部結構需布置應力測試截面共計19個，主墩高墩需要布置測試截面共計8個。在開展混凝土澆筑施工之前就需要將埋入式傳感器捆綁在結構主筋上，如圖2所示。

圖2 埋入式智能混凝土振弦式應變計安裝示意圖

3.3 預應力監測

預應力施工質量的控制是整個工程的關鍵工作。為了提高預應力施工質量，必須控制好橫向預應力、豎向預應力以及縱向預應力的施工水平。預應力筋的張拉效果也會對最終的成橋狀態和橋梁線形產生影響，在開展實際施工的過程中必須對實際施工過程進行監測。

1)在對結構預加力時不僅要實現張拉的雙控作用，還需考慮管道摩阻的具體影響。

2)通過分析大跨徑橋梁所出現的病害發現，導致橋梁產生斜向裂縫的主要原因是主拉應力不足，通過分析橋梁結構受力特點可得出，如果適當施加豎向預應力可以提高主拉應力的抵抗效果，所以在開展實際施工的過程中必須加強豎向預應力的控制力度。

3.4 溫度監測

因為梁墩會發生固結使得橋梁的上下部結構會受到溫度的影響，所以在不同溫度環境下對橋梁結構的擾度變化和應力情況進行監測[5]。

1)應用熱敏電阻溫度傳感器測試混凝土溫度，并且將其放置在底板、腹板以及箱梁頂板中。

2)在開展混凝土澆筑施工前需將溫度傳感器預埋在箱梁混凝土內，不間斷監測3天，如果是晴天需每間隔1 h監測一次測點溫度，如果遇到陰雨需每間隔2 h觀測一次。然后繪制測點溫度隨時間變化的曲線，通過分析該曲線可得出結構的擾度變化和應力變化。其檢測結果如表2所示。

表2 溫度監測結果

4 施工過程分析及實際運行情況

1)施工全過程的結構分析。通過對項目施工過程中各個狀態的數據參數和理論參數進行對比分析，更好地預測和反饋項目實際的施工過程。本文涉及項目上部結構施工階段計算的過程是按照具體的施工順序以及橋梁段的劃分情況進行計算的。

2)施工監控的實際運行情況。在開展本文涉及項目施工的過程中左右幅同步施工。在計算和修整的過程中應用到了立模標高計算與實際測量修正控制方法，該橋梁項目立模標高比設計標高需高1 cm左右。完成梁段張拉施工后需對實際測量值和理論值進行對比分析，盡量控制下撓不超過2 cm，為后續的施工夯實基礎。

5 結束語

近年來，在開展橋梁施工建設的過程中預應力混凝土連續梁橋結構得到了較為廣泛的應用。但是該技術在實際應用的過程中，已經完成建設的部分具有不可調性，因此，為了提高整個項目的施工質量必須采取有效的施工監測方法。施工實踐證明，大跨徑預應力混凝土連續梁橋施工監控技術具有較好的監控效果，值得被廣泛推廣和應用。

[ID:009912]