大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控分析

趙 旭

(中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司 石家莊市 050000)

隨著我國交通運輸事業(yè)的不斷發(fā)展，大跨度連續(xù)剛構橋因可跨越河流、峽谷復雜地質而廣泛應用。因此，大跨度連續(xù)剛構橋的施工控制顯得尤為重要，成為了越來越多國內外專家學者研究的課題[1～3]。在橋梁的施工過程中實行施工監(jiān)控，可以最大限度地保證橋梁施工順利進行，確保成橋后線性平順，受力合理[4]。以某高速公路上大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋為研究背景，詳細地介紹連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)測方案，并對現(xiàn)場各施工階段進行指導，保證了橋梁的順利合龍及施工質量，可為后續(xù)類似連續(xù)剛構橋的施工監(jiān)控提供參考依據(jù)。

1 工程概況

研究的工程實例為黑龍江省綏滿高速一座大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋，該橋橋墩采用柱式墩，橋梁基礎采用鉆孔樁基礎。橋梁跨徑布置為10×40m+(70+130+70)m+40m。以(70+130+70)m的一段預應力混凝土連續(xù)剛構橋為研究對象，結合該橋實際施工情況對其各施工階段進行監(jiān)測。橋梁按上下行分離設置，總寬度25m，設計速度80km/h，設計荷載為公路—Ⅰ級。橋梁立面圖、主梁截面圖如圖1、圖2所示。

圖1 橋梁立面布置圖(單位：cm)

圖2 主梁截面圖(單位：cm)

2 線性監(jiān)測

連續(xù)剛構橋線性監(jiān)控主要對橋梁的高程進行監(jiān)測控制，為了避免溫度效應對橋梁的線性影響，本橋測量的時間一般選擇在早上太陽還沒出來之前進行[5]。線性監(jiān)控不僅要對單獨梁段進行線性監(jiān)測，而且還要對每個節(jié)段澆筑后整體線性進行監(jiān)測，從而保證橋梁線性準確及成功合龍[6]。

2.1 測點布置

0#號塊及1#號塊梁段作為懸臂施工的關鍵部位，后續(xù)的施工節(jié)段都是在此基礎上進行的，因此0#號、1#號梁段的標高為后續(xù)施工高程測量的基準點[7]。為了更加準確地測量各梁段的高程，確保橋梁成橋后線性符合規(guī)范要求。本次線性監(jiān)測共布設9個監(jiān)測點位分別位于0#號塊及1#號塊梁段，具體布點位置如圖3所示。

圖3 0#、1#號塊標高測點布置圖

懸臂梁段測點的位置在布設時應避免阻礙施工，且要保證測點能夠準確反應橋梁結構的變形。因此本次監(jiān)測點位分別在梁頂面軸線位置和兩側翼緣板對稱位置處布設，共設置3個測點。這種布點方式不僅可以監(jiān)測到橋梁沿行車方向的變形，而且還可以監(jiān)測到橫向扭轉變形[8]。懸臂澆筑節(jié)段測點布置圖如圖4所示。

圖4 懸臂澆筑節(jié)段標高測點布置圖

2.2 線性監(jiān)測結果分析

因11#墩與12#墩結構對稱，本次線性監(jiān)控選取11#墩橋梁節(jié)段進行施工監(jiān)測分析，各梁段施工合龍后的標高實測值與理論值對比分析結果如表1所示。

表1 11#墩各梁段標高匯總表 m

由表1可知，各監(jiān)測點位的實測標高均要比設計標高及預計標高偏大。合龍后各梁段監(jiān)測點位實測標高與設計標高最大差值為0.014m，實測標高與預計標高最大差值為0.008m。此誤差在規(guī)范允許范圍之內，說明該橋合龍效果比較理想。標高的實測值、預計值、設計值基本相差不大，說明本次橋梁施工監(jiān)控將線性控制得較好，滿足規(guī)范設計要求，可為后續(xù)類似連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控提供參考依據(jù)。

2.3 實測線性值與設計值偏差分析

橋梁仍處于施工階段，二期恒載、混凝土收縮徐變等因素在設計時考慮但還未發(fā)揮作用，隨著橋梁施工過程的不斷推進，上述因素將影響橋梁的實測線性，實測標高值將逐漸接近設計標高值[9]。下列施工因素也會對橋梁的實測標高產(chǎn)生影響：

(1)在進行有限元模擬分析時所采用的混凝土容重、彈性模量等參數(shù)與實際施工時采用的材料參數(shù)不完全相同。

(2)各梁段的重量和掛籃錨固度可能與理論計算值存在誤差，使掛籃的實際變形值與理論變形值不同。

(3)在澆筑完的主梁上堆放臨時荷載，現(xiàn)場測量存在誤差。

(4)模板的剛度降低會產(chǎn)生變形，從而導致立模標高存在偏差。

(5)預應力鋼束在進行張拉時，施加的張拉控制應力不夠準確，導致標高在測量時存在偏差。

3 應力監(jiān)測

為了保證橋梁的設計應力與實際應力相符，需要對主梁及橋墩的關鍵截面設置應力監(jiān)測點，對各施工階段進行應力監(jiān)測。若發(fā)現(xiàn)實測應力值與設計應力值存在偏差時可及時進行糾偏，偏差過大時應立即停止施工。本次橋梁應力監(jiān)測對橋梁懸臂施工各節(jié)段均進行了應力監(jiān)測，從而確保橋梁結構應力達到設計要求[10]。

3.1 測點布置

為了反映橋梁的實際受力情況，應力測點主要布置在主要控制截面上。本次主梁施工監(jiān)測每個斷面設置4個監(jiān)測點位布置應力監(jiān)測傳感器，主墩施工監(jiān)控每個斷面布置6個監(jiān)測點位[11]。具體測點布置如圖5～圖8所示。

圖5 主橋應力測點布置圖

圖6 懸臂端測點布置圖

圖7 跨中截面測點布置圖

圖8 主墩應力測點布置圖

3.2 應力監(jiān)測結果分析

3.2.1主梁應力監(jiān)測結果分析

僅對11#墩附近的主梁斷面3的頂板監(jiān)測點1和底板監(jiān)測點4的應力實測值與理論值進行了對比分析，兩監(jiān)測點位各施工階段應力值變化趨勢如圖9所示。

由圖9可知，斷面3頂板及底板在整個施工過程中一直保持受壓狀態(tài)，且本次監(jiān)測的應力實測值大部分均大于理論值。各監(jiān)測點位的實測值與理論值的變化規(guī)律基本一致，隨著施工的澆注和預應力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環(huán)境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實測應力和理論應力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規(guī)范允許范圍內。在張拉預應力的作用下上緣應力呈增大的趨勢，下緣應力呈現(xiàn)遞減趨勢。隨著施工的逐漸進行，頂板應力和底板應力都會逐漸增大。頂板應力均大于底板應力，本橋主梁最大實測壓應力為15.34MPa。各監(jiān)測點位誤差值均小于規(guī)范允許值，說明該橋主梁具有一定的安全儲備，本次橋梁主梁施工監(jiān)控效果較好。

圖9 斷面3頂板、底板應力理論值與實測值對比圖(施工階段)

3.2.2主墩應力監(jiān)測結果分析

11#墩和12#墩構造相同，僅對11#墩最底部附近的B斷面的1和4兩個測點進行數(shù)據(jù)分析。得到的應力監(jiān)測結果如圖10所示。

圖10 11#墩斷面B應力理論值與實測值對比圖(施工階段)

由圖10可知，11#墩斷面B始終保持受壓狀態(tài)，各監(jiān)測點位的實測應力值較為接近理論應力值，最大誤差為0.23MPa，在規(guī)范允許范圍之內，符合橋梁監(jiān)測相關規(guī)范。且實測應力值與理論應力值契合度較高，說明本次橋梁主墩施工監(jiān)控較為成功。

3.3 實測應力值與設計值偏差分析

根據(jù)應力監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以看出,實測應力與理論應力之間存在一定的誤差,引起誤差的因素主要包括以下幾個方面[12]:

(1)實際施工情況與有限元模擬的情況存在誤差,實際施工及人為等因素不確定性會導致實測值與理論值產(chǎn)生偏差。

(2)因混凝土的收縮徐變會使橋梁應力產(chǎn)生重分布的情況，從而導致應力實測值與理論值產(chǎn)生誤差。

(3)現(xiàn)場監(jiān)測儀器存在測量誤差，溫度效應會引起應力變化。

4 結語

詳細介紹了大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控的實施過程，主要從線性監(jiān)控和應力監(jiān)控兩個方面進行研究。主要得出如下結論：

(1)主梁頂部各監(jiān)測點位的實測標高均要比設計標高及預計標高偏大。合龍后各梁段監(jiān)測點位實測標高與設計標高最大差值為0.014m，實測標高與預計標高最大差值為0.008m。此誤差在規(guī)范允許范圍之內，說明該橋合龍效果比較理想，驗證了本橋線性監(jiān)控是成功的。

(2)主梁各監(jiān)測點位的實測應力值與理論值的變化規(guī)律基本一致，隨著施工的澆注和預應力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環(huán)境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實測應力和理論應力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規(guī)范允許范圍內，驗證了本橋主梁應力監(jiān)控是成功的。

(3)主墩各監(jiān)測點位的實測應力值較為接近理論應力值，最大誤差為0.23MPa，在規(guī)范允許范圍之內，符合橋梁監(jiān)測相關規(guī)范。且實測應力值與理論應力值契合度較高，說明本次橋梁主墩應力監(jiān)控較為成功。