連續梁高架橋懸臂澆注施工高程監控技術研究

賴小潭,毛興海

（贛州創新公路開發有限責任公司,江西 贛州 341000）

0 引言

案例連續梁高架橋懸臂澆注施工過程中，從加強預拱度仿真計算、現場高程監測、立模標高計算、高程監控成果用于在建和連續施工梁段的高程檢測控制應用等方面，加強施工過程中的高架橋懸臂澆注連續梁高程監控，保證了設計標高和線形的高質量實現，較好完成了橋梁建設任務。該文基于工程實踐，系統介紹該高架橋連續梁懸臂澆注施工的高程監控技術，為同類工程應用提供研究和監控技術參考。

1 工程概況

案例是一座交叉跨越公路的高速公路高架橋，混凝土預應力連續梁結構，現場懸臂澆注法施工建造。總長808 m，橋寬39 m，跨線交角90°，雙框架設計。

一級公路路橋和城市主干道級別標準，設計車速60 km/h；抗御地震烈度7度，加速度峰值0.15 g；設計年限100年。

上部結構為變斷面混凝土預應力連續箱體梁，引橋為安裝式混凝土預應力簡易箱體梁；下部結構為長方體柱式墩；引橋采取鉆孔注灌樁基礎；橋臺采取鉆孔灌注樁基礎的鋼筋混凝土U形橋臺，橋臺側壁與路基擋土墻連接。

主橋為變斷面連續箱體梁，40 m+60 m+40 m跨越，采用混凝土C55強度標準，現場懸臂澆注法施工。底板13.49 m寬，頂板19.50 m寬，支座區域梁高為3.70 m，跨中梁高為2.00 m，支座區域底板厚0.70 m，跨中底板厚0.3 m。梁的高度和底板的厚度都以2次拋物線方式漸變[1]。

2 連續梁橋高程施工監控的必要性

連續梁橋采用懸臂澆注法施工時，基本工序通常為：裝配吊籃、扎綁鋼筋、混凝土筑澆、預應力鋼梁張拉、待混凝土強度達到設計要求后前移吊籃。在整個懸臂澆注施工中，僅0#塊與墩間存在固結支承，其余橋段將以懸臂狀態臨時存在，直到整個合攏段完成合攏施工。

因各梁段自重不同，各施工階段吊籃所承受的載荷也不盡相同，伴隨吊籃的施工推進，吊籃額外載荷所引發的梁段形變量也不盡相同。梁段混凝土筑澆后，化學反應、結構體體內水分比變化以及溫度變化等會導致混凝土體發生收縮徐變。不同梁段工期不同，混凝土收縮率亦會有所差異。不同的收縮和徐變，會引起梁體不同的撓度反應狀態。

總之，混凝土預應力連續梁橋懸臂澆注法施工，其梁體標高受到梁體、混凝土、吊籃、預應力張拉、結構收縮徐變等載荷因素影響，不可避免地會引起梁標高和線形的偏離應變，如果不能采用合理的施工監控和調節方法，過量偏差會導致連續梁線形偏差或結構狀態不符合設計要求。所以在連續梁橋懸臂澆注法施工中實時進行標高檢測，將標高誤差控制在設計標準范圍內，是連續梁橋懸臂澆注施工順利的重要技術環節。

3 連續梁橋高程施工監控的主要技術內容

連續梁橋懸臂澆注法施工過程中，高程監控的主要技術內容包括：

（1）高程理論值前期有限元模擬計算。Midascivil是一款實用性強、操作簡單的工程有限模擬技術工具，借助該工具，通過合理選擇數理模擬單元，搭建合理模擬節點，恰當給予邊界約束和載荷分布條件，可以對施工中橋梁各結構部件進行模擬計算，計算成果可為橋梁施工監控提供數據參照，讓施工監控模擬化、數據化、科學化，使施工監控更適用，更有工程指導性。

Midascivil模擬計算過程為，選擇模型和材料特性—建立模擬單元和節點—給定邊界控制條件一輸入控制參數—給定目標作業階段—運行計算分析—獲得和導出計算結果—用于施工監控[2]。

借助Midascivil模擬計算分析，可以獲得結構理論位移值，通過系統自動反向計算，獲得位移值作為預拱度施工參考值，此是應用Midascivil工具開展橋梁結構有限元分析計算的一大功能優勢。在橋梁標高和線形監測上，獲得預拱度是重要的數據。預拱度直接決定模板標高的設置和橋梁線形的合理性。要計算獲得預拱度，就要模擬計算分析各個施工階段結構目標位移值。

（2）設計配置測量點，開展施工過程中的梁段標高適時測量。

（3）立模標高預測算。前進分析法是根據既定的連續梁橋施工方案和作業順序，分析得出各梁段截面高程、位移以及應力狀態的計算方法。因為該方法可以較好模擬橋梁施工過程，比較準確地計算出各個施工段的梁段截面高程、位移以及應力狀態，為連續梁橋提供施工控制依據，因此連續梁橋施工監控經常應用該技術。高架橋梁段立模標高控制計算公式：

式中，Hsj——橋梁掛籃底板的高程設計值；Hlm——橋梁掛籃底板高程理論值；Hygd——經有限元模擬計算獲得的預拱度理論值；H(sg)lm——作業過程中橋梁掛籃底板的實際高程值；Hgl——經試驗獲得的橋梁掛籃底板形變理論值；Hwcx——實測高程值與設計理論值的誤差修正值[3]。

連續梁橋施工過程中，需要考慮溫度變化、混凝土收縮徐變等影響，需要動態把握分析各作業段的實測高程與理論高程間的誤差狀態，以保證合理有效地提供施工高程監控。對作業過程中梁底板立模標高的控制過程如下：

1）梁底板立模初始標高H(sg)lm按照公式Hlm給予計算。

2）一個梁段完成施工后，通過監控測量獲得實際高程Hs值。

3）對比分析高程實測Hs值與理論Hl值。允許誤差范圍：

則連續施工梁段梁底板立模標高無須任何糾正，可以繼續施工。

如果超出了允許誤差范圍：

則連續施工梁段梁底板立模標高須及時給予糾正。將誤差修正值Hwcxz應用至連續施工梁段梁底板立模標高控制中，即：

（4）對比分析，給出梁段立模標高控制數據或施工控制建議。綜合上述計算、測量成果，根據施工中相關梁段的理論高程值、實際測量值，調整正在進行的工程操作。在此基礎上通過公式計算，獲得連續梁段立模標高調整參考值，應用于連續梁段的立模標高工程控制[4]。

4 連續梁高架橋施工高程監控的實施

4.1 預拱度仿真計算

基于工程有限元計算工具Midascivil系統，在連續梁高架橋正式施工前開展預拱度模擬計算，為施工中的梁高程施工控制提供參考數據[5]。

4.1.1 模擬計算主要技術參數

混凝土材料和預應力鋼束模擬計算主要技術參數（如表1、表2）。

表1 混凝土材料參數

表2 預應力鋼束的料材料參數

4.1.2 單元、節點及邊界定義

橋梁結構每幅劃分50個單元，總計存在59個節點。邊界條件配置見表3所示。

表3 邊界條件配置

通過模擬計算，獲得了案例高架橋各梁段的預拱度模擬計算值，通過系統自動反向計算，獲得了預拱度施工控制參考值。

4.2 現場高程施工監測

案例高架橋各梁段各測量截面，均設計配置5個測量點，其中設置在底板2個，頂板3個，各梁段施工中和施工結束后，均要監測梁段的標高狀態。

4.3 前進分析法計算立模標高

考慮到施工過程中混凝土溫度、徐變收縮等因素的影響，采用前進分析法開展標高監測控制過程中，修正誤差按如下原則進行。

案例高架橋施工標高監控過程中，對左幅12#、13#墩，右幅12#、13#墩監控，獲得梁底板標高具體監測數據、誤差與修正值，其中左幅12#梁底板標高的監測數據見表4所示。

表4 左幅12#梁底板標高的監測數據

案例高架橋合攏工序，遵循先邊跨、后中跨順序進行，結構體系轉換，在合攏段施工操作過程中即得以完成。中跨完成合攏后，按照施工監控方案的要求，對整橋開展了綜合測試。其中合攏后左幅底板高程檢測結果如表5所示。

表5 合攏后左幅底板高程檢測結果

4.4 案例高架橋高程監控成果分析

（1）案例高程檢測數據表明，在施工監測過程中，因正向分析法計算，高程理論值的誤差得到了補償。在高程檢測數據中，誤差均控制在允許標準內，不存在誤差太大等異常工況。結合誤差值的變化可知，當高度誤差值太大時，連續施工段的高程誤差會被控制在一定范圍內。因此，采用正向分析法，修正控制高程誤差，對橋梁線形控制非常有效。

（2）從標高監測數據可以看出，案例高架橋的6個合攏斷面中，最大合攏斷面的標高誤差僅7 mm，表示合攏標高控制完美，符合合攏標高精度控制要求。

（3）設計標高與實際測量標高值比較可以看出，案例高架橋合攏后，實測標高幾乎完美接近設計標高，符合合攏標高質量要求。合攏后的橋梁線形與設計一致，保證了案例高架橋成橋后的線形合理和美觀。

5 結語

開展了連續梁高架橋懸臂澆注施工高程監控技術研究，主要包括：

（1）分析了連續梁橋高程施工監控的必要性。梁體標高受到梁體、混凝土、吊籃、預應力張拉、結構收縮徐變等載荷因素影響，不可避免地引起梁標高和線形的偏離應變；實時進行標高檢測，將標高誤差控制在設計標準范圍內，是連續梁橋懸臂澆注施工成敗的至關重要的技術環節。

（2）闡述了連續梁橋高程施工監控的主要技術內容。包括高程理論值前期有限元模擬計算、設計配置測量點現場實時測量、前進分析法立模標高預測算、實測數據與理論值對比分析、給出梁段立模標高控制數據或施工控制建議等。

（3）介紹了案例連續梁高架橋施工過程的高程監控操作，開展了案例高架橋高程監控成果分析。