施工監(jiān)控在鋼箱梁頂推工程中的應(yīng)用

何思遠(yuǎn)

一、概述

鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道高架橋主線第二聯(lián)設(shè)計(jì)為一聯(lián)（33+50+50+33）m連續(xù)鋼箱梁，平面位于右偏緩和曲線上，R=1100m。橋梁豎曲線為凸曲線，R=3200m，i1=1.75%，i2=-3.433%。橋面寬25.3m，雙向橫坡2%。橋跨布置見(jiàn)圖1，平面布置見(jiàn)圖2。

圖1 橋跨布置/m

圖2 橋梁平面布置圖/m

鋼箱梁材質(zhì)為Q345qD，總重為2595.167t。橫向分7段，5個(gè)箱室+2個(gè)挑臂；縱向共劃分為13個(gè)節(jié)段，最重的節(jié)段重約254.4t。

全橋鋼梁吊裝塊段數(shù)為91。鋼箱梁吊裝段運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后，用龍門吊機(jī)吊裝到臨時(shí)支架上，節(jié)段間橫向分段拼焊形成整節(jié)段，然后與導(dǎo)梁進(jìn)行焊接連接，導(dǎo)梁長(zhǎng)度為36米，分3個(gè)節(jié)段，重量約113噸。導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式采用工型梁桁架形式，為抵消大懸臂式撓度，導(dǎo)梁有尾端向前端逐漸減少，尾端梁高2.018m，前端梁高1.1m，縱向布置兩片桁架，兩片桁架平行，間距為13.5m，與鋼箱梁頂推滑道一致，兩片桁架之間采用桁架式橫梁連接成整體。

鋼梁與導(dǎo)梁完成連接后，進(jìn)行一個(gè)節(jié)段的頂推，由K6#墩側(cè)向K2#墩側(cè)進(jìn)行，頂推采用智能步履式頂推設(shè)備，頂推到位后進(jìn)行落梁，然后依次拼裝鋼梁、頂推、落梁，重復(fù)上述步驟，直至鋼梁全部頂推到位，采用千斤頂落梁的方法將鋼梁整體調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求后安裝支座，完成全橋體系轉(zhuǎn)換。

二、施工監(jiān)控的基本原理

對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行仿真分析，對(duì)關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工況進(jìn)行詳細(xì)的局部分析。采用多套分析軟件配合使用，用于結(jié)構(gòu)線形、內(nèi)力及應(yīng)力的分析和控制，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在監(jiān)控過(guò)程中及時(shí)修正計(jì)算參數(shù)，確定鋼梁頂推過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以便更好的指導(dǎo)后續(xù)施工，并提前預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，保證鋼梁頂推施工安全質(zhì)量可控。

三、本橋施工監(jiān)控的重難點(diǎn)

1.拼裝線形的確定

由于鋼箱梁進(jìn)行頂推施工時(shí)拼接線形主要根據(jù)鋼箱梁線形的預(yù)拱度設(shè)置進(jìn)行確定，“設(shè)計(jì)成橋線形+預(yù)拱度”即為拼接線形。預(yù)拱度主要根據(jù)成橋狀態(tài)主梁線形平順，結(jié)合施工過(guò)程中主梁的累計(jì)豎向位移等綜合確定。

2.頂推過(guò)程中線形控制

本橋是空間曲線梁橋，在頂推過(guò)程中梁體不僅上下?lián)蟿?dòng)，在平面內(nèi)線形也不斷變化，因此在頂推過(guò)程中需對(duì)平面線形及豎向線形同時(shí)進(jìn)行控制，在頂推前進(jìn)中對(duì)誤差進(jìn)行實(shí)施糾偏。

3.頂推過(guò)程中主梁內(nèi)力控制

在計(jì)算時(shí)需確定主梁的薄弱斷面，布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)對(duì)梁體應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

4.頂推力的控制

在頂推過(guò)程需同時(shí)對(duì)頂推力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)值超出理論值允許范圍，應(yīng)停止頂推工作，檢查各頂推設(shè)備及各滑道滑板工作是否正常，找出原因后并處理后，方能進(jìn)行下一步工作。

5.臨時(shí)墩狀態(tài)控制

頂推支點(diǎn)標(biāo)高異常，如沉降過(guò)大。停止頂推工作，研究臨時(shí)墩標(biāo)高調(diào)整方案，施工方采取措施調(diào)整該臨時(shí)墩標(biāo)高至滿足要求，方能進(jìn)行下一步工作。

四、鋼箱梁頂推施工監(jiān)控

1.測(cè)點(diǎn)布置

（1）線形監(jiān)測(cè)

為便于主梁及導(dǎo)梁在頂推過(guò)程中的線形監(jiān)測(cè)，在主梁及導(dǎo)梁上布置相應(yīng)的臨時(shí)線形測(cè)點(diǎn)，臨時(shí)測(cè)點(diǎn)既作為撓度測(cè)點(diǎn)也作為橫向偏位測(cè)點(diǎn)。本橋主梁每個(gè)節(jié)段各布置線形測(cè)點(diǎn)6個(gè)，全橋13個(gè)節(jié)段共計(jì)78個(gè)測(cè)點(diǎn)。具體布置見(jiàn)圖3。

圖3 鋼梁線形測(cè)點(diǎn)平面布置/m

導(dǎo)梁線形測(cè)點(diǎn)縱向共布置3個(gè)斷面，每個(gè)斷面橫向布置2個(gè)測(cè)點(diǎn)，全橋共計(jì)6個(gè)測(cè)點(diǎn)。導(dǎo)梁線形測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖4。

圖4 導(dǎo)梁線形測(cè)點(diǎn)平面布置/m

（2）應(yīng)力監(jiān)測(cè)

主梁主跨跨中布置2個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面，每個(gè)斷面布置5個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，頂板2個(gè)，底板各3個(gè)，全橋共計(jì)10個(gè)測(cè)點(diǎn)。鋼梁應(yīng)力測(cè)試斷面縱橋向布置見(jiàn)圖5。

圖5 鋼梁應(yīng)力測(cè)試橫斷面測(cè)點(diǎn)布置/m

導(dǎo)梁布置1個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面，位于導(dǎo)梁根部，頂板和底板各4個(gè)，全橋共計(jì)8個(gè)測(cè)點(diǎn)。導(dǎo)梁應(yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖6。

圖6 導(dǎo)梁應(yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置/m

（3）墩柱監(jiān)測(cè)

①頂推力監(jiān)測(cè)

頂推力監(jiān)測(cè)主要利用千斤頂上的油壓表讀數(shù)換算成頂推力。

②永久支座反力監(jiān)測(cè)

利用墩底布置的千斤頂油表讀數(shù)換算出支座反力的大小。

2.施工監(jiān)控計(jì)算

（1）模型建立

本橋施工過(guò)程計(jì)算采用midas civil 2017建模，導(dǎo)梁和鋼梁均采用梁?jiǎn)卧M，全橋共劃分節(jié)點(diǎn)406個(gè)，單元202個(gè)，支承單元25個(gè)，主要計(jì)算模型見(jiàn)圖7。

圖7 本橋計(jì)算模型

（2）監(jiān)控計(jì)算

模型建立以后，針對(duì)不同施工階段，對(duì)鋼梁和導(dǎo)梁剪力、彎矩、應(yīng)力、導(dǎo)梁最前端下?lián)狭考岸罩Х戳M(jìn)行計(jì)算。其中導(dǎo)梁下?lián)狭繒r(shí)程圖見(jiàn)圖8。

圖8 施工階段導(dǎo)梁最前端下?lián)狭繒r(shí)程圖/mm

（3）頂推施工監(jiān)控

①頂推力的確定

通過(guò)模擬頂推施工過(guò)程，計(jì)算主梁每前行一個(gè)一定距離各個(gè)墩頂?shù)闹Х戳Αｍ斖七^(guò)程中應(yīng)確保千斤頂施力的同步性，防止梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)、橫移等狀況。

②臨時(shí)墩豎向及水平偏位監(jiān)控

臨時(shí)墩是為了減小頂推長(zhǎng)度，從而減小梁的施工內(nèi)力而設(shè)置的，其剛度比永久性橋墩小得多，墩頂水平偏位相對(duì)較大。在施工過(guò)程中，采用全站儀測(cè)量臨時(shí)墩的水平偏位及豎向沉降，若偏位過(guò)大則必須調(diào)整頂推力，確保頂推施工的安全。

③鋼梁和導(dǎo)梁軸線位置監(jiān)控

在鋼箱梁的頂推施工過(guò)程中，采用全站儀測(cè)量鋼梁和導(dǎo)梁的軸線偏位，如果軸線偏位過(guò)大，則通知主控臺(tái)調(diào)整軸線位置。

④鋼梁線形監(jiān)控

在鋼箱梁頂推過(guò)程中，鋼梁線形受溫度、臨時(shí)墩變形、臨時(shí)荷載等影響較大，必要時(shí)調(diào)整臨時(shí)墩支承反力，調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力；在落梁過(guò)程中確定合理落梁次序，加強(qiáng)觀測(cè)。

⑤鋼梁及導(dǎo)梁應(yīng)力監(jiān)控

鋼梁頂推過(guò)程中截面應(yīng)力是不斷變化的，根據(jù)計(jì)算情況，跟蹤觀測(cè)鋼箱梁的截面應(yīng)力，一旦出現(xiàn)異常，則立即停工，查找原因，并予以調(diào)整。

⑥導(dǎo)梁前端標(biāo)高監(jiān)控

頂推過(guò)程中，導(dǎo)梁前端標(biāo)高是不斷變化的。為了保證導(dǎo)梁順利通過(guò)臨時(shí)墩，在導(dǎo)梁接近臨時(shí)墩時(shí)，對(duì)其標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如導(dǎo)梁標(biāo)高不滿足施工要求，則通過(guò)導(dǎo)梁端部設(shè)置的起頂設(shè)備提高導(dǎo)梁端部的標(biāo)高。

⑦臨時(shí)墩最大支反力

通過(guò)鋼箱梁頂推全過(guò)程仿真計(jì)算，獲取各計(jì)算工況下各臨時(shí)墩的反力，統(tǒng)計(jì)出各臨時(shí)墩最大支反力。鋼箱梁頂推施工過(guò)程中，結(jié)合施工監(jiān)測(cè)結(jié)果修正計(jì)算模型，獲取修正后的各計(jì)算工況下各臨時(shí)墩的反力、各臨時(shí)墩最大支反力。

⑧實(shí)施“分級(jí)同步策略”

鋼箱梁頂推時(shí)，采用分級(jí)同步策略。初步按計(jì)算的理論頂推力分為4級(jí)，即理論頂推力的50%、80%、95%、100%。鋼箱梁開(kāi)始頂推時(shí)，單個(gè)頂推設(shè)備提供的頂推力達(dá)到某一級(jí)時(shí)立即進(jìn)行穩(wěn)壓操作，等待所有頂推設(shè)備的頂推力均達(dá)到該級(jí)后，方能進(jìn)行下一級(jí)頂推力的施加。如果所有頂推設(shè)備提供的頂推力都達(dá)到理論頂推力的100%時(shí)鋼箱梁仍然不前進(jìn)，則各頂推力按一定順序（根據(jù)具體情況計(jì)算確定）循環(huán)往復(fù)依次增加一定值（如理論頂推力的2%），直至鋼箱梁開(kāi)始前進(jìn)。鋼箱梁一旦移動(dòng)，各頂推支點(diǎn)的反力將發(fā)生變化，各頂推設(shè)備提供的頂推力也應(yīng)依據(jù)仿真計(jì)算的理論動(dòng)頂推力做相應(yīng)調(diào)整。

⑨頂推到位落梁

鋼梁頂推到位后將鋼梁調(diào)整至落梁前線形，由于落梁后鋼梁標(biāo)高低于主墩頂推設(shè)備頂面標(biāo)高，所以需要將主墩頂推設(shè)備拆除后安裝落梁千斤頂將鋼梁落梁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

鋼梁頂推到位后對(duì)鋼梁線形進(jìn)行測(cè)量，將鋼梁里程、軸線、標(biāo)高調(diào)整至落梁設(shè)計(jì)值，防止落梁完成后二次調(diào)梁。落梁時(shí)各支點(diǎn)需基本同步按比例下降，落梁后必須保證各支點(diǎn)對(duì)應(yīng)支承均勻受力。

（4）監(jiān)控結(jié)果

導(dǎo)梁根部斷面應(yīng)力、導(dǎo)梁最前端線形、鋼梁應(yīng)力和線形、臨時(shí)墩支反力等監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算均較為吻合，結(jié)構(gòu)應(yīng)力、線形和支反力等均處于可控狀態(tài)，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，橋梁的實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)基本一致，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

圖9 導(dǎo)梁最前端撓度實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比圖/mm

五、 結(jié)語(yǔ)

在本工程監(jiān)控實(shí)施過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)偏差較大時(shí)，能及時(shí)預(yù)警并查找原因，制定解決方案和處理措施。此外，通過(guò)對(duì)反饋數(shù)據(jù)資料整理分析，及時(shí)微調(diào)監(jiān)控計(jì)算模型，使計(jì)算模型更好的與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相吻合，減小了由監(jiān)控計(jì)算造成的誤差，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，保證了工程實(shí)施過(guò)程中安全可控、質(zhì)量?jī)?yōu)異。