小半徑曲線上多跨連續大跨度鋼構橋線形控制及應力監測

龐同軍

（中鐵十六局集團第五工程有限公司 河北唐山 064000）

1 工程概況

1.1 工程簡介

小江特大橋為云南格巧高速公路施工重要控制性工程，格巧高速起于昆明市東川格勒，止于巧家葫蘆口，全長64公里，是川滇渝快速新通道的重要組成部分。小江特大橋位于昆明市東川區拖布卡鎮格勒村，大橋全長1268 m，大橋地處小江斷裂帶和地震帶，地質條件十分復雜，集深樁、高墩、大跨于一體，最高橋墩高90米，是全線連續鋼構橋里長度最長、投資最大、工期最緊的一座大橋。

大橋主橋為跨徑70+5×120+70 m連續剛構橋，上下行分幅布置，橋梁縱坡0.7%，引橋昆明側為（4×40+4×40）跨T梁，巧家側為5×40m跨T梁；曲線半徑R=1100 m，抗震設防烈度8度。主梁采用C55混凝土，采用三向預應力混凝土結構。主墩采用C40雙肢實心墩，下部基礎采用承臺接群樁基礎。主梁橫斷面采用上下分離的單箱單室箱型截面；箱梁高度按1.8次拋物線變化，支點處梁高7.5 m，跨中梁高3.0 m，箱梁頂寬12.25 m，底板寬度6.5 m。

1.2 工程地質條件

本段地層結構較為復雜，起點橋臺上覆地層主要為第四系全新統坡積(Q4dl)碎石土，沖洪積層（Q4al+pl）礫砂、卵石土，更新統（Qpal）礫砂，下伏基巖為寒武系龍王廟組（∈2l）白云巖，寒武系滄浪鋪組（∈2c）砂質泥巖、粉砂巖，筇竹寺組（∈2q）炭質頁巖、砂巖、粉砂巖。

2 標高控制點布設及測量方法

根據小江特大橋連續剛構橋懸臂澆筑施工期間的受力特點，結合應力測試內容及理論計算分析資料，在每個主墩0號塊的中心埋設水準點標識，用于主梁立模標高控制及主梁變化情況監測[1-2]。共布設12個水準點，分別為Z9, Z10, Z11, Z12, Z13, Z14, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14，具體如圖1所示。

所有0#塊的水準點采用二等水準測量方法從一側引橋已知點閉到另一側引橋已知點上，使全橋貫通，并定期進行復測，保證整個連續剛構橋梁線形順暢，美觀，精度滿足規范要求。

圖1 水準線路布置圖

3 主梁線形控制

3.1 預拱度設置影響因素

（1）一期恒載、預應力；

（2）二期恒載及1/2活載；

（3）結構體系轉換（頂推）；

（4）掛籃自重及變形；

（5）墩身壓縮；

（6）施工期收縮徐變；

（7）運營期收縮徐變；

（8）環境溫度和氣候；

（9）施工時長；

（10）施工臨時荷載、平衡重和配重等因素。

3.2 預拱度設置方法

（1）理論計算與經驗結合；

（2）經驗：根據目前經驗中跨最大預拱度應設置在L/1000,即12公分。本橋中跨跨中最大經驗抬高值按L/1000取值[3]，即中跨跨中截面抬高值為12 cm, 墩頂截面抬高值為0，按中跨跨中單元的豎向位移影響線對中跨各截面進行分配，邊跨最大經驗抬高值按中跨經驗值抬高值的1/4進行取值，即邊跨最大抬高值為3 cm,墩頂截面抬高值為0。

（3）考慮參數的差異和后期收縮徐變的不確定性，本橋預拱度取值為：成橋10年累計變形量+活載變形量/2+經驗抬高值[4]。

3.3 節段標高點布置

在主梁懸臂施工的每一個標準節段內，在橫向截面左、中、右各埋設一個標高點，左邊距離邊緣約60 cm，中間為橋梁中心線處，右邊距離邊緣約60 cm，距離端頭10 cm為宜，測點采用Φ20鋼筋制作，與頂板鋼筋垂直焊接，漏出混凝土面2-3 cm為宜，頂部磨平，澆筑完混凝土用紅油漆標記清楚，施工過程中嚴禁破壞。為了便于區分，分別將界面左、中、右的監測點標準為A、B、C，例如10號塊就為10-A, 10-B,10-C, 便于數據的整理及觀測，如圖2所示：

圖2 橫截面監測示意圖

3.4 節段標高測量

在整個施工過程中主要每個節段觀測內容包括：掛籃前移及立模、混凝土澆筑前后、預加力張拉前后，拆除掛籃后、邊（中）跨合龍前后、后期預應力鋼筋張拉前后、最終成橋后的主梁標高值[5]。在施工過程中，對每一節點進行觀測，以便觀察各點的撓度及箱梁梁軸線的變化歷程。并以這些觀測值為依據，進行有效的施工控制，以保證箱梁懸臂端的合龍精度及橋面的線形。

3.5 節段標高觀測時間

為盡量減少溫度的影響，撓度的觀測安排在早晨 9∶00前，氣溫尚未上升時進行[6]。

3.6 立模標高的確定

在建立了正確的計算模型和性能指標之后，依據設計參數和控制參數，結合橋梁結構的結構狀態、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入前進分析系統中。從前進分析系統中獲得結構按施工階段進行的每階段內力和撓度及最終成橋狀態的內力和撓度，假設成橋為理想狀態，對橋梁結構進行倒拆分析，利用前進分析所得的數據，可獲得橋梁結構最終理想狀態的各階段的預拱度值[7-8]。根據設計標高、現場測試的混凝土材料性能、溫度資料，對施工過程中各工況高程及應力測點觀測結果進行詳細分析，對計算預拱度值作適當的調整，提供施工立模標高。從而保證橋跨結構施工期間線形符合設計要求并考慮混凝土長期收縮徐變等不利因素對結構線形的影響。

提供的施工立模標高：

HL = HS + YY + △g

式中：HL—立模標高；

HS—設計標高；

YY—調整后的預拱度值

△g—掛籃變形值

4 主墩及主梁應力監控

橋梁結構在施工過程中及在成橋狀態的受力情況是否與設計相符合是施工控制必需明確的重要問題[9-10]。通常方法通過結構應力監測來了解結構實際應力狀態，若發現實際應力狀態與理論應力狀態的差值超限，就要及時進行原因查找和調控，使將其控制在允許范圍內變化。結構應力控制的成功與否不像變形控制那樣易于發現，若應力控制不力將會給結構造成危害，嚴重時將發生結構破壞，所以應力控制顯得尤為重要[11]。小江特大橋主跨跨徑為120 m，為了確保大橋施工的順利實施，保證大橋在施工過程中的強度、穩定安全，了解大橋各控制截面受力行為及應力分布，需對大橋進行實時應力監測，以便及時發現問題，并有效控制、處理，使橋梁結構在施工過程中處于安全受力狀態[12-13]。

4.1 測點布置

根據小江特大橋施工監控方案及連續剛構橋懸臂澆筑施工期間的受力特點，結合應力測試內容及理論計算分析資料，在主橋橋墩墩底（距承臺頂面 2.0 m 高位置）、墩頂截面及主梁中跨、邊跨懸臂根部、邊跨跨中，中跨 L/4、中跨跨中、中跨 3L/4 等關鍵截面布設應力測點，截面測點布置詳見圖3~圖4。

圖4 箱梁懸臂根部截面應力測點

采用智能弦式混凝土應變傳感器，通過無線遙測系統，測得各施工階段各關鍵截面的混凝土應力，并與計算理論應力及混凝土強度設計值比較，分析結構受力狀態。下面已左幅9#墩部分節段為例做個簡單的說明，如表1及圖5所示。

表1 左幅 9#墩墩底截面混凝土應力分析表

圖5 9#墩墩底截面混凝土應力分布曲線圖

從表中可以看出，橋梁結構各測試截面混凝土實測應力與理論應力基本接近，實測值遠小于混凝土軸心抗壓強度設計值（C40：18.4MPa C55：22.4MPa），各測試點未出現拉應力，說明橋梁結構受力狀況正常，結構處于安全狀態。

5 結 論

本文以小江特大橋為依據，分析了施工各階段大跨度剛構橋的受力及變形特性，得到了如下結論：

（1）預拱度設置時需要考慮參數的差異和后期收縮、徐變的不確定性的影響；

（2）撓度測試應發生在上午9點之前，以消除溫度效應的影響；

（3）采用良好的數值模型，能夠準確預測不同施工階段的應力及變形特點；

（4）良好的理論計算及實時的監控，確保施工各個階段受力滿足要求，保證了橋梁順利合攏。