淺談懸澆連續梁橋上部結構施工監控方案的應用

宋祖廣

（宿遷市交通運輸綜合行政執法支隊，江蘇 宿遷 223800）

關健詞：懸澆；連續梁橋；監控；施工

某連續梁橋主橋主墩基礎采用Φ900mm鋼管樁，邊墩基礎采用Φ600mmPHC管樁，墩身采用矩形雙柱式薄壁墩，高度為10m左右。主橋上部結構為雙幅四跨單箱單室三向預應力砼變截面連續箱梁，四跨布置為69m+120m+120m+69m，單幅箱頂寬16m，箱底寬7.5m，箱梁根部高7m。

1 施工監控目的

在大跨徑連續梁橋的懸臂施工中，撓度的計算和控制是極為重要的一環，它不僅影響到橋梁合龍的精度，而且影響到成橋線形與設計線形的吻合程度。一般來講，箱梁懸臂施工中影響撓度的因素主要有混凝土容重、彈性模量、收縮徐變、日照和溫度變化、預應力大小、結構體系轉換、掛籃變形、施工荷載和橋墩變位等因素。設計中各項參數的設定值與實際施工狀態值不可能一致，加上計算理論的不完善（主要指混凝土收縮徐變）導致箱梁計算撓度與實測撓度有較大偏差，而且對撓度偏差的控制隨懸臂跨徑增大，難度也越大。采取科學有效的措施對箱梁撓度實施監控，預測分析、實時調整，以達到大橋實際線形盡可能地吻合設計線形，這是施工監測的主要目的。

2 監控內容

2.1 箱梁平面線形監控

在懸澆施工過程中定時監測已完成箱梁節段的平面坐標，與箱梁設計平面坐標進行對比，將數據輸入到計算機，動態顯示設計線形和測量線形，進行實時監測。

2.2 箱梁高程監控

高程控制主要包括理論計算、確定立模標高、高程監測及高程糾偏等幾方面。

高程監控計算與設計中的結構計算內容基本一致，但采用的參數不同，監控計算采用的材料容重、彈模、結構上下緣溫差及收縮徐變參數都是按實際施工的數值。連續梁橋掛籃懸臂澆筑每一個箱梁節段可分為三個階段，在掛籃前移后、混凝土澆筑后和張拉預應力后，均需對已施工箱梁上的監測點進行觀測。將監測的撓度與理論計算結果進行比較，如有偏差應分析其產生的原因，并采取相應的糾偏措施。 借鑒國內已建成同類橋梁的撓度監測經驗，撓度的預測采用數值回歸方法，以使懸臂的施工狀態最大限度地接近設計狀態。

2.3 溫度測試

本橋溫度觀測分兩部分：1）箱梁溫度～撓度隨氣溫變化觀測，2）箱梁溫度場觀測。前者觀測方法與高程觀測一致，后者則通過在箱梁斷面中埋設溫度感應元件得到箱梁隨氣溫變化的溫度場。

3 施工監控實施細則

3.1 箱梁平面線形監控

懸臂施工的箱梁平面線形控制比其高程控制要簡單，因為影響因素相對少，容易控制。本橋平面線形控制主要是監控每施工一個箱梁節段，橋軸線實際平面坐標是否與設計平面坐標吻合。具體操作定期（每完成兩個塊件），測量已完成箱梁平面坐標，并將測量結果及時輸入計算機系統，以動態顯示設計線形和測量線形。平面線形一般不調整，施工測量應準確就位。測點布置位于頂板上中間位置。

根據施工圖設計文件，本橋平面線形控制精度要求為：橋軸線平面偏差≤1cm。具體測量要求：測距精度：±（2mm+2ppm）；測角精度：±2″。

3.2 箱梁高程監控

箱梁懸臂施工的高程控制是施工控制的重點。高程控制的最終目標是準確提供每一個箱梁節段的立模標高。一切計算分析和對實測數據的處理都是圍繞這個目標進行。本橋高程控制主要從理論計算、施工措施和實際操作等幾方面做工作。

1）理論計算，本橋施工監控計算是為了從理論上了解黃浦江大橋的受力和變位情況。計算內容考慮溫度、收縮徐變、施工荷載和體系轉換。監控計算采用的材料容重、彈模、結構上下緣溫差及收縮徐變參數都是按實際施工的數值。通過理論數值與實測數據的差異分析，修正計算中的各個參數，準確地預測下一節段箱梁的立模標高。在高程控制中，結構溫度、收縮徐變、自重和施工荷載等因素究竟對撓度產生有多大的影響？在監控計算完成之前，不能給出定性結論，即使完成之后對材料非線性、收縮徐變等因素在實際中的效應也很難預測準。對撓度影響較大的因素主要是：結構自重、掛籃變形、預應力張拉和結構溫度。其中結構自重、掛籃變形、預應力張拉等因素影響比較容易預測，而非線性、收縮徐變和溫度影響較難預測。施工中撓度折減系數主要就是針對上述幾個因素的。

2）施工措施，高程控制中的施工環節同樣很重要，若沒有一個施工措施作保障，會給實際監控帶來很大困難。

①每個節段施工周期為6～7天，要求盡量縮短澆筑混凝土時間；②根據理論計算和加載試驗結果，精確確定各節段梁段混凝土澆筑時的掛籃下撓度；③掛籃后錨點的錨固要保證牢固可靠，不準有松動；④要求混凝土材料、配合比及外加劑等材料全橋應盡量一致；⑤要求各T的懸臂施工進度盡量保持一致。

3）高程控制方法、精度和工作流程

①高程控制方法：箱梁立模標高的理論計算公式如下：

Hni＝Hi+fyi+fni

式中：Hni—第i節點在第n階段高程（若第n施工階段為i節點的安裝階段，則Hni為i節點的立模標高）；Hi—i節點的設計高程；fyi—i節點的預拱度；fni—i節點從n施工階段到成橋的累計撓度。由于溫度、收縮徐變和非線性等因素，實際情況和理論計算不可能一致，因此對理論立模標高要不斷修正。箱梁實際立模標高為：

Hsi＝Hi+fyi+βfni+△fi+fg

式中：Hsi—第i節點實際立模標高；Hi—i節點的設計高程；fyi—i節點的預拱度；fni—i節點從n施工階段到成橋的累計撓度；β—根據撓度觀測結果，分析統計出的撓度折減系數；△fi—根據撓度觀測結果和懸臂梁下撓（上撓）的趨勢而確定的撓度調整值。

fg—掛籃彈性壓縮變形。

各箱梁節點斷面設置三個測控點，沿頂板對稱布置3個測點，其中兩個測點位于腹板上方，中間測點兼作平面線形監控測點。節點斷面測控點布置在距節點15㎝的斷面內，若有沖突依施工具體情況進行調整。另在0＃塊橫橋向中心線的頂板上布置3個測點，其位置與其它斷面的頂板測點相一致。測控點用直徑φ16㎜的鋼筋，鋼筋頂部磨圓。在澆筑混凝土時預埋好，端部露出混凝土表面10㎜作為撓度監測的觀測點。觀測點的埋設應保證本身的穩定性，同時不妨礙掛籃的前移。橫向設兩個測點有兩方面的作用，其一是通過兩個點的撓度比較，可觀測到該節段箱梁有無出現橫向扭轉；其二是同一節段箱梁上有兩個觀測點，可以比較監測結果，相互驗證，以確保各節段箱梁撓度觀測結果的正確無誤。

②高程控制精度：根據設計文件，高程控制精度為：箱梁施工完成后裸梁頂面標高與對應設計標高高差≤±2.4㎝。箱梁合龍前合龍段兩側箱梁相對高差≤2.0㎝。

③高程控制操作流程。撓度觀測，比較關鍵的是固定觀測時間，以減少溫度對觀測結果的影響和施工對觀測工作的干擾。本橋箱梁撓度觀測嚴格控制在清晨6∶00～8∶00時間段內進行，同時記錄空氣溫度和箱內溫度。在標高控制中強調梁縱向曲線的順滑，即使在某個階段實際標高與理論計算不一樣時，不必強行在下一梁段施工中立即全部調整過來，可以在以后幾個梁段施工中逐步調整。重要的是保證梁的豎曲線和理論豎曲線近似，均勻連續，無局部的突起或下撓。

3.3 高程監測結果分析

本橋采用數值回歸方法處理數據以提高撓度的預測精度。懸臂箱梁在施工過程中，隨著施工的進展，懸臂長度和懸臂質量在不斷增加，在荷載和張拉力的作用下，懸臂中的各塊箱梁處在不斷的撓度變形之中。在設計方面，引起撓度變形的原因與變形量之間的關系，很難用一種數學表達式精確地表達出來，因此要對箱梁的撓度變形進行成因定量分析，并對未來變形作出預報是很困難的，而在工程測量方面，可以根據已施工箱梁實測的撓度和對應的懸臂長度、質量、張拉力、溫度等因素，采用線性回歸的方法進行箱梁撓度變形的回歸模型分析，并根據回歸的數學模型，進行箱梁撓度變形的成因分析和變形預測。回歸分析的目的是為了掌握箱梁撓度的變形規律，預報已施工箱梁在后續施工中的變形情況和待施工箱梁撓度變形的范圍，這將有助于施工管理人員制定和調整未來箱梁的施工方案，使懸臂的施工狀態最大限度地接近設計狀態。數據處理和預測分析是監控的關鍵技術，在分析數據時重點考慮影響高程數值的主要因素：

①掛籃變形誤差影響l；②橋面臨時荷載影響；③結構剛度誤差影響；④溫度影響；⑤預應力誤差影響；⑥模板定位誤差影響。

4 溫度測試

溫度對箱梁撓度的影響不可忽視已成定論，但在實際中應該如何考慮溫度的影響卻沒有一個可行的理論方法，即環境溫度升高（或降低）一度對撓度產生影響沒有對應的解析公式，只有通過設溫度感應元件觀測溫度對撓度的影響，并試圖從中找出規律達到準確修整立模標高的目的。本橋溫度觀測擬分兩部分，①箱梁溫度～撓度隨氣溫變化觀測，②箱梁溫度場觀測。前者觀測方法與高程觀測一致，后者則通過在箱梁斷面中埋設溫度感應元件得到箱梁隨氣溫變化的溫度場。溫度感應元件埋設斷面選在箱梁懸臂1／4及1／2位置附近（兩個斷面），在該斷面頂底板左右對稱布置JDC-2預埋式測溫線。箱梁溫度～撓度隨氣溫變化觀測時間選在：早5∶00～7∶00，中13∶00～15∶00，晚5∶00～7∶00。箱梁溫度場觀測選在有代表性的天氣進行，每個月選兩天，一個陰天，一個晴天。一天中的觀測時間安排如下：從早晨6∶00開始，一個小時一次，直到晚上8∶00為止。

5 結語

本橋監控方案充分考慮了懸澆連續梁橋施工中影響監控的各種因素，合攏平面控制和高程控制均滿足設計和規范要求，有效的保證了施工需要，可以對以后類似橋梁施工具有借鑒意義。