東寶河新安大橋主橋施工監控技術

方文禮、肖鑫

（1.深圳市魯班建設監理有限公司，廣東 深圳 518000；2.廣州機施建設集團有限公司，廣東 廣州 510725）

1 工程概況

東寶河新安大橋跨越深莞市界的東寶河，直接聯系深圳市沙井街道和東莞市長安鎮。該工程是國省干道項目，為跨市界道路橋梁工程。橋頭引道東起沙井新和路，西至長安建安路。路線全長約1.45km，其中橋梁（主橋通航主跨156m）總長約1.04km。主橋全長497m，采用掛籃法懸臂施工，全橋共設3 道預應力混凝土變截面連續箱梁。主梁截面為單箱雙室變截面，腹板與底板采用薄壁鋼筋混凝土結構，頂板寬10m，底板寬12m，梁高1.8m。主梁標準斷面高5m。主橋上跨東寶河，跨徑布置為（88+156+88）m，橋面寬2×16.25m，跨河橋分兩幅布置。主橋梁結構采用變梁高波形鋼腹板PC 連續箱梁，在中跨跨中設置了41.61m 的鋼底板組合梁段，鋼底板組合梁段與雙側混凝土底板組合梁段用4.8m 的鋼—混凝土組合底板過渡[1]。該橋是現今國內已建成的同類型橋梁中跨徑最大、單箱最寬的一座大橋。

主橋設計為波形鋼腹板PC 連續箱梁，跨徑為（88+156+88）m，設計為雙幅橋梁，懸臂澆筑預應力混凝土梁全橋共60 段，樁號左幅為AK0+512.13—AK0+582.53、AK0+594.53—AK0+664.93、AK0+668.13—AK0+738.53、AK0+750.53—AK0+820.93，樁號右幅為AK0+530.01—AK0+600.41、AK0+612.41—AK0+682.41、AK0+686.01—AK0756.41、AK0+768.41—CK0+838.81，懸臂澆筑預應力混凝土梁長度共563.2m，懸臂長度設計為4.8m 和3.2m 兩種。混凝土強度等級為C60，混凝土方量為23000m3。在懸臂澆筑施工過程中，先進行臨時固結墩施工，待臨時固結解除后進行0#塊安裝。0#塊使用混凝土澆筑，重達400t，其頂板厚70cm、底板厚60cm，澆筑完成后進行混凝土養護和張拉工作，之后進行節段吊裝。在節段吊裝過程中由于自重等原因會產生較大的變形，通過對結構變形進行測量與控制可以保證節段拼裝線形滿足設計要求。

2 施工監控目的

通過施工監控可以及時查看橋梁在施工過程中的受力狀態和變形狀態是否達到設計要求，從而保證結構的安全、成橋的質量和橋梁在運營期的使用功能。具體而言，通過施工監控可以實現如下目的：一是實現對主梁預拱度和應力的合理控制；二是確保結構線形符合設計要求，成橋后的線形、應力均滿足設計要求；三是在施工過程中及時發現并處理結構不合理狀態，保障結構安全；四是實現橋梁施工質量的可控性，避免出現安全事故。新安大橋主橋監控主要包括如下內容：其一，主梁預拱度控制；其二，結構線形監測；其三，應力監測；其四，溫度監測；其五，支座沉降觀測；其六，環境溫度觀測；其七，結構穩定監測。

3 監控檢測內容和方法

為了保證結構的安全、成橋的質量與設計要求相符，根據橋梁施工的特點和要求，需要對施工過程進行監控，并根據監控結果調整施工方案。新安大橋主橋為單箱雙室變截面懸臂灌注梁，采用一次成橋方案。該方案主要是通過改變結構的內力和變形狀態，達到調整主梁預拱度和線形的目的，實現結構優化設計。在施工過程中，結合現場實際情況，合理確定監控目標，正確分析計算結果，及時調整監控方法和內容。通過對新安大橋主橋施工過程的監控，得到了結構的變形、內力、應力等參數的變化規律，從而確保新安大橋主橋成橋狀態與設計要求相符。

東寶河新安大橋除具有普通波形鋼腹板PC 連續箱梁結構的一般特點外，中跨跨中還有41.61m 的鋼底板組合梁段，結構更加復雜；橋址靠近河流入海口，氣候炎熱，與常規混凝土相比，波形鋼腹板混凝土組合結構的溫度敏感性更高；波形鋼腹板與上下部的混凝土板間由剪力鍵連接，相鄰的波形鋼腹板之間使用了大量的螺釘，且容許的位置偏差很小[1]。

4 主跨結構施工監控

全橋單幅主跨結構共有14 個懸澆節段，每個墩頂有1 個墩頂托架現澆施工段，全橋共4 對合龍段，每端各有1 個支架現澆不平衡段。在每一節段的主梁施工過程中，需要觀測箱梁頂面的撓度。同時，應在模板安裝、節段澆筑、張拉前后對模板變形及對應的應力進行監控，與理論計算結果進行對比，對模板變形進行修正。此外，必須對箱梁的溫度進行監測，以便于計算溫度效應對結構的影響[2]。主跨結構施工監控分為結構線形監測、應力監測、體外束有效索力監測、波形鋼腹板定位及懸臂端溫度變形測量等。具體監測內容包括如下方面：

一是監測結構狀態。主橋主跨結構施工監控的主要目的是監測橋梁結構的狀態，包括撓度、應力、溫度等方面的變化情況。為了保證施工質量和安全，需要在橋梁結構狀態發生變化之前進行監測。

二是預測結構變形。主橋主跨結構施工監控需要預測橋梁結構變形的情況，以防止由于施工誤差或其他原因導致的結構變形。可以采用智能算法、有限元分析等手段預測橋梁結構變形。

三是監測荷載情況。主橋主跨結構施工監控需要監測橋梁荷載的情況，包括荷載重量、荷載分布等方面的變化情況，以免在施工過程中荷載過大對橋梁造成損害。

四是預測故障情況。主橋主跨結構施工監控需要監測橋梁結構是否存在故障，以防止由于故障導致的橋梁坍塌或損壞，可以通過測試橋梁結構的穩定性、強度等方面的數據來判斷。

五是監測溫度變化。主橋主跨結構施工監控需要監測溫度變化對橋梁結構的影響，以確保在溫度變化之前進行調節和處理，可以通過測量溫度、氣象預報等手段來判斷。

4.1 主跨結構線形監控

在施工監控過程中，撓度監測數據是對成橋線形進行控制的重要依據。為了最大程度地降低氣溫對觀察結果的影響，建議將觀察時間定在日出前，并詳細記錄觀察的時刻和所測的溫度。

在每一個施工段上分別設置5～7 個高程觀測點，既能測得其撓度，又能觀測其有無扭轉變形。高度控制點距離塊體前端10cm，用φ16 圓形鋼條將上下部鋼條垂直焊牢。測點（鋼筋）暴露在箱梁混凝土面上2cm 處，將測點磨平，并涂以紅色顏料。

必須在安裝模板時、混凝土澆筑后、鋼筋張拉后，對每個斷面的高程進行測量，以觀察各個點位的變形情況，以及箱梁曲線的演變情況，從而保證箱梁懸臂處的閉合精度，以及橋面成橋時的線形符合要求。

4.2 主跨結構應力監控

通過主跨結構應力監測可及時知曉主跨受力狀況，及時判定主跨應力是否超限，從而掌握主跨安全狀況。

4.2.1 測點布置

每座橋的全部主梁應力控制斷面分別布置在邊跨L/2、橋墩頂部、0#塊邊緣、中跨 L/4、11#塊過渡段、中跨合龍段等位置，共15 處；波形鋼腹板剪切監測斷面布置在接近支座和過渡段等位置，共12 個斷面；剪應力測點一般布置在剪應力最大位置，即中性軸處，考慮到波形鋼腹板剪應力在腹板中均勻分布，測試時根據現場條件選擇合適位置安裝測試元件。

4.2.2 應力觀測原理

正應力：每個測點埋設1 支振動弦波型混凝土應力計，在被測構件內部的應力發生變化時，應力計會感知到變形，并通過前后端座傳遞到振弦上，轉化為振弦應力的變化，進而改變振弦的振動頻率，電磁線圈激發振弦，并對其振動頻率進行測量，頻率信號通過電纜傳送到讀數裝置（振弦頻率儀）上，即可測出被測結構物內部的應變量，進而計算出應力值。

同時，該系統還能對各測點的溫度進行實時測量。通過設置應力測量點可以測量出在實際施工情況下箱梁內部的應力情況，從而達到監控結構安全狀態的目的。對每一塊張拉前后的頂板和底板進行應力測量，并對其進行分析，繪出每一步的理論應力與實測應力關系圖，便于對張拉施工進行控制[3]。

剪應力：使用長壽命應變花配合電阻應變儀進行剪應力觀測。應變花為三軸，可測出三個方向的軸應變，鋼材的彈性模量、泊松比已知，根據材料力學公式即可推出測試位置的主應力與剪應力情況。

4.2.3 箱梁實測應力、溫度原始數據采集

原始數據采集分底模焊接后、澆筑箱梁混凝土前、澆筑箱梁混凝土后、張拉預應力束后4 個階段進行。采集時間盡量選擇在早晨7：00—9：00 之間，每次采集的數據要和之前的數據進行比較，如有突變則要分析原因。

4.3 體外束有效索力監控

波形鋼腹板預應力混凝土連續梁橋為內外梁組合結構，因其腹板為波形鋼腹板，不存在腹板束流，且頂板束流過多，容易導致底板產生拉應力。因此，目前國內外對該類型橋梁的研究相對較少。通過對離體束進行監控，即可了解其效果。該橋每個跨距選取2 個離體束，共6 個離體束，索力動測儀如圖1 所示。設計一種使用磁通量傳感器的監控裝置，并在拉索動態測試裝置上進行取樣和校核，磁通量傳感器如圖 2所示。

圖1 索力動測儀

圖2 磁通量傳感器

4.4 波形鋼腹板定位

考慮到波形鋼腹板的柔性，在施工時需要對其進行合理的空間位置調整，以防止由于波形鋼腹板的側向位移過大，導致兩端懸臂端部無法正常閉合。由于波形鋼腹板是一個具有空間特性的薄板，因此在對其進行空間定位時，應根據3 個點的空間坐標來確定其位置，并使用高精度全站儀進行測量。

根據3 點確定面的原則，每塊波形鋼腹板至少采用3 個測點進行精確定位。每塊波形鋼腹板的3 個測點分別為上翼緣的前、后端點和下翼緣的前端點，如圖3、圖4 所示。

圖3 波形鋼腹板定位三維圖示

圖4 波形鋼腹板定位示意圖

4.5 懸臂端溫度變形測量

波形鋼腹板梁結構具有很大的柔韌性，加之該橋地處沿海，日夜溫差較大，因此準確認識溫度對橋梁合龍時間的影響，對于正確選擇合龍時間有重要意義。在晴朗的天氣中選擇最大懸臂截面或鄰近截面中的一個節段，對整個箱梁的變形進行一次測量，該測試持續24h，每1h 測讀1 次，測試內容包括環境溫度、梁體表面溫度以及節段測量點三維位移[4]。

5 施工監控結果分析

根據工程要求，對新安大橋主橋進行了施工檢測，并在施工過程中及時調整監控方法和內容。通過對新安大橋主橋施工過程的監控，得到了結構的實際狀態、應力變化情況以及結構的線形變化情況，并及時進行分析處理。根據分析結果，對結構進行了調整，使得成橋狀態與設計要求相符，其他各項數據也都滿足設計要求。該橋主梁結構受力合理、線形平順、應力分布均勻。

6 結語

在橋梁施工中，通過對結構標高、關鍵截面溫度、應力進行跟蹤測量，掌握施工過程中結構的受力情況，能夠確保施工期間的安全性，保證成橋后每一處測量點與設計方案的偏差都在標準范圍之內。文章結合東寶河新安大橋工程，對主橋施工監控技術進行分析，明確了施工監控的要點，期望在未來的深入研究中，進一步探討該課題并取得更深刻的認識，為提高我國橋梁施工水平作出應有的貢獻。