預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工線形及應(yīng)力監(jiān)控分析

廖梓材

摘要：文章以某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋為研究對象，針對施工過程中的平面線形、高程線形、基礎(chǔ)沉降以及應(yīng)力分布進行監(jiān)控，并將監(jiān)控得到的實測值與設(shè)計值進行對比分析。結(jié)果表明：施工完成后連續(xù)剛構(gòu)橋的平面線形平順、優(yōu)美，可以滿足規(guī)范設(shè)計要求;成橋后連續(xù)剛構(gòu)橋的高程線形實測值與設(shè)計值誤差較小，可以滿足規(guī)范設(shè)計要求;施工過程中連續(xù)剛構(gòu)橋承臺的沉降較小，對于基礎(chǔ)沉降控制良好;施工過程中箱梁頂、底板的最大應(yīng)力差值均未超過規(guī)范要求的應(yīng)力合理差值1 MPa，應(yīng)力分布較為均勻。

關(guān)鍵詞：連續(xù)剛構(gòu)橋;平面線形;高程線形;應(yīng)力分布

中國分類號：U441+.5文章標識碼：A371433

0 引言

近年來，連續(xù)剛構(gòu)橋作為橋梁工程中的熱門橋型之一，已在我國公路、隧道連接工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。該類型橋梁的施工方法大多采用掛籃對稱懸臂澆筑法，但這種分節(jié)段澆筑方法會使得施工過程中線形與應(yīng)力分布無法與設(shè)計值達到一致[2]。因此，為確保成橋后橋梁應(yīng)力和線形滿足規(guī)范設(shè)計要求以及保障結(jié)構(gòu)的安全性，針對橋梁施工過程進行監(jiān)控具有重要意義[3-4]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于橋梁的施工監(jiān)控展開了大量研究，如王琪[5]采用變形預(yù)警體系對施工狀態(tài)安全度進行評價和風(fēng)險預(yù)警，根據(jù)分析驗算結(jié)果調(diào)整控制參數(shù)，預(yù)測了后續(xù)施工過程的結(jié)構(gòu)形狀，提出了后續(xù)施工過程應(yīng)采取的措施和調(diào)整后的合理設(shè)計參數(shù)。林巍杰等[6]針對大跨度連續(xù)梁橋施工過程中影響橋梁內(nèi)力及線形的因素進行監(jiān)控量測，并通過建立有限元梁單元模型進行仿真模擬分析，在施工過程中通過對比實測數(shù)據(jù)及建模數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)了連續(xù)梁橋的精確合龍。胡斌等[7]建立了一大跨徑剛構(gòu)橋懸臂澆筑施工主梁線形拋高值的預(yù)測模型，證明了灰色預(yù)測在該橋施工線形監(jiān)控過程中得到了較好的應(yīng)用，其使用方法簡單、操作性強、預(yù)測精度高，對其他同類型橋梁的施工監(jiān)控工作有很好的參考價值。孟祥源[8]以實際預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋作為背景，對橋梁施工控制中的線形控制和應(yīng)力控制進行分析研究，從平面線形監(jiān)控以及高程線形監(jiān)控出發(fā)，對橋梁的線形和應(yīng)力狀態(tài)進行了控制分析，證明了該控制方法是有效可行的。橋梁施工會受諸多因素的影響，施工過程中不可避免會產(chǎn)生誤差，但為保障橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，對施工過程進行控制必不可少，因此不斷完善橋梁施工監(jiān)控方法具有重要意義。基于此，本文設(shè)計了一種連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控方案，針對施工過程中的線形及應(yīng)力情況進行了全程監(jiān)控，最終確定成橋后各項指標均滿足規(guī)范設(shè)計要求。

1 工程概括

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)

某高速公路連接橋梁全長315 m，跨徑布置為3×25 m+45 m+75 m+45 m+3×25 m，橋面總寬25 m，分為左右兩幅。主橋采用跨徑為45 m+75 m+45 m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土層+10 cm現(xiàn)澆混凝土層。上部結(jié)構(gòu)箱梁采用單箱單室變截面連續(xù)箱梁，箱梁頂板寬12.5 m、厚30 cm，底板寬6.5 m、厚70 cm，懸臂長3.2 m，支點處梁高4.8 m、腹板厚110 cm，跨中處梁高2.2 m、腹板厚60 cm，頂板設(shè)置3%單向坡，底板為水平。主橋下部結(jié)構(gòu)橋墩采用矩形實心墩，寬度為2.4 m，橫向長度為6 m，承臺厚度為3 m，截面尺寸為8 m×8 m，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注群樁基礎(chǔ)，直徑為2 m。引橋采用25 m裝配式簡支轉(zhuǎn)連續(xù)箱梁，橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土層+12 cm現(xiàn)澆混凝土層，主墩采用樁柱式墩，橋臺采用肋板臺。主橋橋墩支座采用QZ22500型鋼球支座，引橋橋墩支座采用GYZ375×77型圓板式橡膠支座。連續(xù)剛構(gòu)橋立面布置如圖1所示。

1.2 施工順序

連續(xù)剛構(gòu)橋施工主要采用懸臂澆筑法，其中主橋箱梁0#、1#塊施工采用支架現(xiàn)澆，2#～11#塊施工采用掛籃懸臂澆筑，支點處現(xiàn)澆段長度為12 m，邊跨現(xiàn)澆段長度為6 m，T箱梁最大懸臂澆筑長度為32.5 m，邊、中跨合龍段均為2 m，合龍方案采用先邊跨、后中跨的方法。根據(jù)設(shè)計圖紙對施工工序進行劃分，具體工序如表1所示。

2 方案設(shè)計

2.1 線形監(jiān)控方案

連續(xù)剛構(gòu)橋線形監(jiān)控工作主要包括：平面線形、高程線形以及基礎(chǔ)沉降三個方面。平面線形與高程線形監(jiān)控儀器分別采用徠卡TC702全站儀和DiNi12水準儀，采用20 mm的鋼筋依次在每節(jié)段箱梁布置A、B、C三個觀測點，鋼筋露出頂板截面3 cm并使用紅漆進行標記。基礎(chǔ)沉降監(jiān)控儀器采用DiNi12水準儀，采用鋼筋依次在基礎(chǔ)承臺布置D、E、F、G四個觀測點。橋梁線形監(jiān)控觀測點布置如圖2所示。

2.2 應(yīng)力監(jiān)控方案

主橋應(yīng)力監(jiān)控儀器采用XHX-115型應(yīng)變計和XHY-ZH1型讀數(shù)儀，分別針對箱梁梁端、邊跨1/2處、根部、中跨1/2處以及中跨關(guān)鍵截面的頂板、底板應(yīng)力進行觀測，單個截面布置4個測點，共計44個測點。橋梁應(yīng)力監(jiān)控觀測截面位置如圖3所示。

3 施工監(jiān)控結(jié)果與分析

3.1 平面線形監(jiān)控

為監(jiān)測連續(xù)剛構(gòu)橋的平面線形是否滿足設(shè)計要求，針對成橋后左、右幅橋梁1#～11#關(guān)鍵截面的累積位移值進行監(jiān)測，并與設(shè)計值進行比較分析，結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可知，連續(xù)剛構(gòu)橋成橋后，左幅、右幅主梁的梁端和根部截面均出現(xiàn)輕微上拱，最大值為1.2 mm，相對于設(shè)計值僅存在0.2 mm的誤差，邊跨跨中截面下?lián)献畲笾禐?8.2 mm，相對于設(shè)計值存在0.5 mm的誤差，中跨跨中截面下?lián)献畲笾禐?18.8 mm，相對于設(shè)計值存在1.6 mm的誤差。總體來看，左幅、右幅橋梁成橋后的累積位移實測值與設(shè)計值最大誤差僅為1.6 mm，說明該連續(xù)剛構(gòu)橋的平面線形滿足規(guī)范設(shè)計要求。

3.2 高程線形監(jiān)控

為監(jiān)測連續(xù)剛構(gòu)橋的高程線形是否滿足設(shè)計要求，針對成橋后左幅、右幅橋梁1#～11#關(guān)鍵截面的高程值進行監(jiān)測，并與設(shè)計高程進行比較分析，結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，連續(xù)剛構(gòu)橋成橋后梁端截面高程實測值與設(shè)計值的最大誤差為5 mm，邊跨跨中截面高程實測值與設(shè)計值的最大誤差為8 mm，根部截面高程實測值與設(shè)計值的最大誤差為7 mm，跨中截面高程實測值與設(shè)計值的最大誤差為10 mm，綜合來看，左幅、右幅橋梁成橋后的高程實測值與設(shè)計值最大誤差為10 mm，滿足規(guī)范設(shè)計要求，說明該橋施工對于高程線形控制效果良好。

3.3 基礎(chǔ)沉降監(jiān)控

為監(jiān)測連續(xù)剛構(gòu)橋的基礎(chǔ)沉降是否滿足設(shè)計要求，針對不同施工階段承臺D、E、F、G四個測點的高程值進行監(jiān)測，結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4可知，隨著連續(xù)剛構(gòu)橋施工的進行，承臺D測點的高程由19.007 m降至19.004 m，沉降值為3 mm;承臺E測點的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值為4 mm;承臺F測點的高程由19.005 m降至19.001 m，沉降值為2 mm;承臺G測點的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值為4 mm。綜合來看，承臺4個測點的沉降值在3～4 mm左右，滿足規(guī)范設(shè)計要求，說明該橋施工對于基礎(chǔ)沉降控制良好。

3.4 應(yīng)力監(jiān)控

為監(jiān)測連續(xù)剛構(gòu)橋的應(yīng)力分布是否滿足設(shè)計要求，針對不同施工階段的箱梁頂、底板應(yīng)力進行監(jiān)測，并與設(shè)計應(yīng)力值進行比較分析，結(jié)果如表5所示。

根據(jù)表5可知，隨著連續(xù)剛構(gòu)橋施工的進行，主梁各關(guān)鍵截面完全處于受壓狀態(tài)，在懸臂施工階段箱梁頂板的應(yīng)力值要大于底板應(yīng)力值，且應(yīng)力差值隨著懸臂的伸長而逐漸增大，但在體系轉(zhuǎn)換后箱梁頂?shù)装鍛?yīng)力差值開始逐漸減小。施工過程中箱梁頂板最大應(yīng)力差值為-0.46 MPa，箱梁底板最大應(yīng)力差值為-0.38 MPa，均未超過規(guī)范要求的應(yīng)力合理差值1 MPa，且整個施工過程中未出現(xiàn)應(yīng)力變化過大情況，由此說明該橋施工對于應(yīng)力控制良好，保障了橋梁施工的安全性。

4 結(jié)語

本文通過對某連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程中的平面線形、高程線形、基礎(chǔ)沉降以及應(yīng)力分布進行監(jiān)控，并將監(jiān)控實測值與設(shè)計值進行對比分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）成橋后連續(xù)剛構(gòu)橋的累積位移實測值與設(shè)計值最大誤差僅為1.6 mm，說明該連續(xù)剛構(gòu)橋的平面線形可以滿足規(guī)范設(shè)計要求。

（2）成橋后連續(xù)剛構(gòu)橋的高程實測值與設(shè)計值最大誤差為10 mm，滿足規(guī)范設(shè)計要求，說明該橋施工對于高程線形控制效果良好。

（3）連續(xù)剛構(gòu)橋承臺4個測點的沉降值在3～4 mm，滿足規(guī)范設(shè)計要求，說明該橋施工對于基礎(chǔ)沉降控制良好。

（4）施工過程中箱梁頂、底板的最大應(yīng)力差值分別為-0.46 MPa和-0.38 MPa，均未超過規(guī)范要求的應(yīng)力合理差值1 MPa，說明該橋施工對于應(yīng)力控制良好，保障了橋梁施工的安全性。

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