預應力混凝土連續剛構橋施工監控分析

朱亞飛，徐澤平

(蘇交科集團檢測認證有限公司 南京市 211112)

0 引言

橋梁施工過程中的應力和變形變化規律對于判斷橋梁的穩定性具有重要意義，目前國內的文獻對此進行了一些研究，文獻[1]結合某工程實例建立有限元模型計算分析高墩曲線剛構橋的受力和位移規律,研究此類橋梁在施工階段和成橋階段的空間結構行為，為高墩大跨曲線剛構的設計與施工提供參考；文獻[2]對某大跨徑橋涵預應力混凝土箱梁半年的連續溫度場觀測結果，分析了在太陽輻射下春、夏季的混凝土箱梁各個截面的溫度場隨時間變化的規律，利用數理統計方法，擬合了截面升溫模式和降溫模式的溫度梯度，并分析了各國規范截面沿梁高的溫度梯度模式，得出了適合廣東地區的溫度梯度模式；文獻[3-4]結合某大橋右幅橋多跨懸澆預應力混凝土變截面連續剛構橋，對主梁線形進行了平面位置及掛籃變形監測，并對上部結構主梁線形監控結果進行了分析，橋在施工懸臂階段的線形控制良好，和理論線形吻合，基本控制在±1cm之內，大橋合龍后線形順暢,滿足規范及設計要求；文獻[5-6]采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建模計算對預應力混凝土連續剛構橋在施工階段應力和變形展開研究，分析了在施工階段中梁體自重、預應力、掛籃荷載、混凝土收縮徐變等因素對兩端懸臂、最大懸臂、中跨合龍3個關鍵位置的受力影響。主要以某預應力混凝土變截面連續剛構橋為研究對象，對承臺沉降、應力和主梁階段標高進行了監測，并對監測結果進行了分析，研究結果可為類似工程施工和監測提供參考。

1 工程概況

某預應力混凝土變截面連續剛構橋上部結構采用(74.5+135+74.5)m預應力混凝土變截面連續剛構，左右幅分幅設置，單幅主梁分為18個梁段，其中0#梁段為托架現澆段，1～16#梁段采用掛籃懸臂現澆施工，17#梁段為邊跨合龍段和中跨合龍段，18#梁段為邊跨現澆段。上部結構主梁施工采用懸臂法施工工藝，通過對主梁線形跟蹤監測和控制，保證主梁線形偏差在規范允許范圍內，實現主梁線形監控的目標。本橋位于分離路基上，單幅橋梁橫斷面組成為0.5m(防撞護欄)+11.5m(行車道)+0.5m(防撞護欄)=12.5m；設計汽車荷載等級為公路-Ⅰ級。主橋橋型示意圖如圖1所示。

圖1 主橋橋型示意圖(單位：cm)

2 監測方案

2.1 監測項目

該大橋上部結構主梁施工階段的主要監控項目分別為承臺沉降、結構應力、主梁階段標高、監測。

2.2 監測類別

2.2.1承臺沉降監測

通過對主墩承臺的沉降監測，收集基礎沉降數據為主梁立模標高數據提供參考，并為結構計算模型中基礎沉降取值提供可靠的參數。每個主墩承臺設置4個基礎沉降監測點，測點布置如圖2所示，采用自動安平水準儀進行承臺沉降監測。

圖2 3#、4#墩沉降觀測點布置示意圖

2.2.2應力監測

結構的應力(應變)測試結果，一方面用來評價施工質量，另一方面還可對橋梁結構的實際受力狀態跟蹤監測，從而較準確地掌握結構的真實應力狀態。應變傳感器埋設在主梁懸臂端根部；傳感器在綁扎主梁鋼筋時埋設。在主梁上部結構施工階段每階段主梁混凝土澆注后、預應力張拉后采用JMZX-3006L綜合測試儀觀測1次，應變采集時應在氣溫恒定環境下待數據穩定后采集。上部結構主梁施工階段應力監控測點布置如圖3所示。

圖3 主梁應力監測截面橫斷面布置示意圖

2.2.3主梁階段標高監測

該大橋在上部結構主梁施工過程中，采用自動安平水準儀對主梁節段的標高進行測量，保證主梁線形偏差在規范允許范圍內，實現主梁線形監控的目標。大橋共設置4個主墩，施工過程中為便于跟蹤觀測主梁線形偏差，主梁施工過程中每個節段分成3個工況：掛籃前移并定位立模；澆注全部混凝土；預應力張拉，每個工況利用自動安平水準儀進行標高測量。對主梁標高進行跟蹤測量和控制，確保主梁線形偏差始終在規范控制范圍內。圖4～圖5為主梁階段立模標高測點及箱梁階段高程測點布置示意圖。

圖4 主梁階段立模標高測量布置示意圖

圖5 箱梁階段高程測量布置示意圖

3 監測結果分析

3.1 承臺沉降

在承臺澆筑完成后在高墩承臺上布置承臺沉降變形測點，并用紅油漆標記。利用自動安平水準儀對承臺進行了多次沉降監測，承臺沉降累計變形圖如圖6～圖9所示。由圖可知，對于左幅3#和4#承臺以及右幅3#和4#承臺的1#～4#測點處的累計均小于9mm，滿足梁段立模標高偏差小于規范要求的±10mm的規定。

圖6 左幅3#承臺累計變形示意圖

圖7 左幅4#承臺累計變形示意圖

圖8 右幅3#承臺累計變形示意圖

圖9 右幅4#承臺累計變形示意圖

3.2 應力監測結果分析

在上部結構主梁施工階段采用JMZX-3006L綜合測試儀進行觀測，利用應力與應變的線性關系換算成應力并與理論應力(有限元仿真計算值)進行對比，了解橋梁結構的實際受力狀態。實際工程中，對左幅3#和4#以及右幅3#和4#墩箱梁段混凝土澆注、張拉后的截面應力進行了監測，由于篇幅所限，僅給出了左幅3#梁節段混凝土澆注、張拉后1-1截面和1’-1’截面應力監控數，如表1和表2所示，其中受壓符號為負，受拉為正。由表可知，由應力與應變的線性關系換算成應力與理論應力值非常接近，且在規定的控制范圍內。

3.3 主梁階段標高監測結果分析

大橋上部結構主梁施工一個梁段稱為一個節段，每節段分成3個工況，即包括：掛籃前移并定位立模、澆注全部混凝土、預應力張拉。采用自動安平水準儀對節段的標高進行測量，保證主梁線形偏差在規范允許范圍內，實現主梁線形監控的目標。工程中對梁段左右側底模立模標高和立模偏差、主梁頂板和底板鋼筋頭在混凝土澆注及預應力張拉后的高程變化進行檢測。由于篇幅有限，僅給出了左幅3#墩立模梁底標高，并與相應工況的理論計算值進行了對比，得到立模偏差，如表3所示。由表可知，實測立模標高與理論立模標高差值均小于10mm，說明了模擬結果的可靠性，且混凝土澆注、預應力張拉對主梁節段高程的影響也符合規范要求，處于正常狀態。

表1 左幅3#墩箱梁段1-1截面應力(單位：MPa)

表2 左幅3#墩箱梁段1’-1’截面應力(單位：MPa)

4 結論

以某預應力混凝土變截面連續剛構橋為研究對象，對承臺沉降、應力和主梁階段標高進行了監測，并對監測結果進行了分析，結論如下：

表3 左幅3#墩立模梁底標高(單位：m)

(1)通過對該大橋梁底立模標高復核，滿足梁段立模標高偏差小于規范要求的±10mm的規定。

(2)通過對混凝土澆注前后、預應力張拉前后箱梁頂面、底面觀測點高程的對比可知，混凝土澆注、預應力張拉對主梁節段高程的影響基本符合理論原理，處于正常狀態。

(3)通過對該大橋主梁應力的監測和控制，實測應力在控制范圍內，實測應力與理論應力較接近，實現了應力控制的目標。上部結構主梁施工線形、應力均滿足設計要求。