石碧村特大連續梁橋施工控制技術

賈存星

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

特大連續梁橋在掛籃懸臂澆筑過程中以及合攏后結構體系轉換過程中都存在較為復雜的內力、位移變化。同樣，混凝土自身的非勻質性、離散性，鋼絞線張拉控制，以及施工過程所處環境的溫濕度等因素會使施工過程中的橋梁受力狀態和變形偏離預期目標。為了使橋梁在施工過程中結構處于安全范圍，且成橋線形、內力狀態達到設計要求，必須對橋梁結構每一施工過程進行實時監測，通過設備采集數據及時了解施工過程中橋梁結構實際內力和變形，對比理論計算情況，必要時需要對下一施工節段進行調整，減小偏差，使整個橋梁施工處于有效的控制，確保施工安全，最終達到設計成橋狀態。

1 工程概況

石碧村特大橋位于石碧溪下游，主橋為三跨變高度連續梁橋，跨徑布置為48+80+48 m，主橋立面布置如圖1 所示。主梁采用單箱單室截面，邊跨直線段以及中跨跨中處梁高均為280 cm，中墩支點處梁高為500 cm。箱梁一般斷面頂板厚28 cm，邊支點位置處加厚至50 cm，中墩支點位置處加厚至58 cm；箱梁一般斷面腹板厚50 cm，經直線加厚到80 cm，中墩支點位置處加厚至120 cm；箱梁一般斷面底板厚由跨中的30 cm 變化至中墩支點處梁根部70 cm，中墩支點處加厚至120 cm，橫斷面示意如圖2 所示。

圖1 橋型布置/cm

圖2 主橋橫斷面示意圖/mm

全橋共在4 處支點位置處分別設置橫隔梁，中墩支點位置處的橫隔梁厚度為200 cm，邊墩支點的端隔梁厚度為120 cm，中墩處的隔板設有孔洞，方便人員通行檢測。主橋特大連續梁采用掛籃懸臂澆筑施工，主橋掛籃懸臂澆筑的具體施工流程如圖3 所示。

2 橋梁施工仿真分析

2.1 計算參數選取

結構計算參數參照設計圖紙、規范及以往同類橋梁監控經驗取值，具體數值見表1。

表1 結構分析參數

2.2 結構分析模型建立

采用Midas/Civil 建立空間分析模型，根據現場施工流程共劃分為14 個施工階段和一個成橋階段，各關鍵施工階段模擬如圖4 所示。

2.3 計算結果與分析

（1）主梁應力計算

通過計算分析，主梁在施工過程中應力的分布如圖5 所示。

圖5 施工過程主梁最大壓應力分布/MPa

由圖5 可知：主梁上緣最大壓應力為16.6 MPa，主梁下緣最大壓應力為11.4 MPa，施工過程中未出現拉應力，結構安全，滿足規范要求。

（2）主梁撓度計算

主梁由于自重、預應力、外部荷載、支撐邊界條件的變化對主梁結構變形產生影響，橋梁合攏施工完成后，主梁變形如圖6（a）所示，中跨跨中最大豎向變形為36 mm，邊跨最大變形為12 mm；二期恒載鋪裝完畢，主梁變形如圖6（b）所示，中跨跨中最大豎向變形為-23 mm；收縮徐變階段主梁變形如圖6（c）所示，最大變形在邊跨為4.2 mm；1/2 活載作用下主梁變形如圖6（d）所示，邊跨最大變形為-5 mm，中跨跨中最大變形為-15 mm。

圖6 主梁撓度計算

（3）主梁立模標高

通過對結構的施工過程的分析計算，得出主梁的預拱值，進而可以計算出主梁的立模標高。主梁立模標高=設計高程+總預拱度；總預拱度=懸臂施工階段預拱值+合攏后及通車階段預拱值；總預拱度=-1×（懸臂施工階段變形+二期恒載變形+收縮徐變變形+1/2 活載變形），主梁總預拱度設置見圖7。

圖7 總預拱度設置圖

3 現場施工監控分析

3.1 應力監測

主梁縱向應力監測斷面主要選擇施工過程中應力較大的斷面處，本橋布置A～E 共5 個應力測試斷面，見圖8。橫斷面應力測點布置見圖9、圖10。應力測試采用埋入式鋼弦應力計，應力測試時還需進行無應力計測試應力來進行修正。

圖8 應力測試斷面布置圖/cm

圖9 A、B、C、D 截面應力測點布置圖/cm

圖10 E 截面應力測點布置圖/cm

應力測試應在以下3 個工況測量控制截面的上下緣應變，以此來了解主梁結構控制斷面處的應力變化情況：（1）澆筑節段混凝土前；（2）混凝土澆筑后；（3）縱向預應力張拉后。

根據橋梁現場監測情況，本文列取A、B、E 這3 個截面的實測應力與理論計算應力的對比，其中A 截面的實測應力與理論計算應力對見圖11，B 截面的實測應力與理論計算應力對見圖12，E 截面的實測應力與理論計算應力對見表2。

圖11 A 截面實測應力與理論計算應力對比/MPa

圖12 B 截面實測應力與理論計算應力對比/MPa

表2 E 截面實測應力與理論計算應力對比/MPa

在整個施工過程中，本橋應力實測值均在規范允許值范圍內，實測應力值與理論應力值較為接近，且趨勢大體相同，其大小均在規范容許范圍（壓應力-22.37 MPa，拉應力1.73 MPa）之內，滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》要求。各控制截面應力狀態良好，且保持有較大的壓應力儲備，為后期的橋梁運營創造了良好的條件。

3.2 變形監測

連續梁橋懸澆施工過程中主要對主梁撓度、軸線偏位進行測量。高程控制網采用該橋已建立的控制網點，中墩上的0#塊施工完畢后，需在各7#、8#墩頂橋面橋梁中心線位置處布置高程觀測基準點ZD，作為變形監測過程中的標高觀測基準點，定期與高程控制網聯測，基準點布置如圖13 所示。每個懸澆塊梁端以橋梁中心線對稱布設3 個測點，測點距梁端10 cm，監測主梁撓度的同時，觀測主梁是否發生扭轉變形，箱梁節段變形測點布置見圖14。

圖13 0#塊頂部基準點布置圖/cm

圖14 一般節段變形測點橫向布置圖/cm

主梁撓度監測采用DS2 自動安平水準儀+FS1 測微器、配備使用2 m 的銦鋼尺，精度級別達到DS05；主梁軸線偏位采用全站儀直接測量。每一懸澆節段過程中需要進行以下3 個工況的變形測量和高程控制測量：（1）澆筑節段混凝土前；（2）混凝土澆筑后；（3）縱向預應力張拉后。

以上對當前施工懸澆節段變形監測外，還需對已施工的節段進行高程測量，以得到主梁節段累計實際變形情況。

主梁懸臂施工過程中的變形監測與計算變形值較為吻合，最終給出主梁成橋標高理論與實測數據對比結果見圖15。

圖15 主梁成橋標高理論與實測數據對比

由圖15 可知，懸臂澆預應力筑混凝土連續梁橋的成橋標高與理論偏差最大值為10 mm，滿足《公路工程質量檢驗評定標準第一冊(土建工程)》的限值±10 mm 的要求。橋梁整體豎向線形平順，梁段間無明顯凹凸不平。

4 結論

本文依托石壁村特大連續梁橋為工程背景，介紹了連續梁橋的懸臂施工步驟，并通過有限元軟件Midas/Civil 對該橋每一懸澆施工進行仿真計算分析，施工過程中的主梁上、下緣均處于壓應力狀態，以及施工過程中的主梁變形均處于安全范圍內。并對主梁的應力、變形進行監測，監測結果表明：

（1）實測應力值均在規范允許范圍內，各控制截面應力狀態良好，且有較大的壓應力儲備；

（2）成橋標高與理論偏差最大值為10 mm，滿足限值±10 mm 的要求，線形平順，無凹凸不平；

（3）通過實測與理論值的對比，說明采用的計算模型是可靠的，監控方法是科學、合理的。