公路特大橋主橋施工監控分析

摘要：文章以某高速公路特大橋為研究對象，為掌握該橋主橋線形和應力狀態，擬定了施工現場監控方案并對監控結果進行分析。研究表明：主橋應力在施工過程中有小幅增加，但實測值與理論值偏差較小，受力狀態良好；主梁各節段高程在各施工階段變化不大，主梁變形不大，線形良好；溫度對主梁豎向變形影響較大，成橋后各測點標高偏差不大，線形平順，主橋應力和線形達到了預期效果。

關鍵詞：公路特大橋；主橋；施工監控；應力；線形

中文分類號：U446.2A571893

0引言

橋梁在施工過程中，由于受到各類外界因素的影響，會產生一定程度的結構變形和內部的應力狀態變化。公路特大橋采用懸臂澆筑法施工，由于施工工藝復雜、施工周期長［1］，尤其是主梁自重荷載較大時會增加結構受力和變形。而主梁懸臂現澆施工要經歷立模、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、張拉等多個工序，在這期間要對結構自重、張拉順序、溫度場等因素的影響進行全面考慮［2-3］。如在施工過程中對橋梁變形控制不當，可能會造成橋梁合龍困難、線形不平順、受力不合理等多方面問題［4］，通常采用現場監控的方式進行控制。在橋梁施工過程開展監控，對橋梁結構主要截面應力和變形進行監測，及時修正由于變形變位產生的誤差，調整結構受力狀態。在大跨徑橋梁懸臂現澆施工中，由于施工節段標高的變化會直接影響橋梁整體線形，甚至影響整體結構穩定，通過現場監測可掌握變形情況，采取措施調整立模標高，削弱變形誤差。

發達國家已建立了相對完善的施工監控系統，在施工過程中通過人工觀測和儀器設備采集數據［5］，借助計算機分析和處理，反饋到施工現場對施工參數進行調整，確保橋梁結構受力和變形處于可控狀態。我國橋梁監控技術得到了快速發展，重點對應力、變形和穩定性進行控制［6］。其中，應力監測數據由于受多方面因素的影響，通常起到安全預警作用。我國在橋梁監控方面積累了大量的施工經驗，但由于不同橋梁之間存在一定的差異，不能直接套用以往的施工經驗，應該根據實際情況合理制定監控方案。本文以某高速公路特大橋為研究對象，在橋梁主橋施工過程中布置測點進行線形、應力和溫度監測，通過分析確定橋梁結構變形和應力狀態，為下一步施工參數的調整提供參考依據，保證橋梁的順利施工。

1工程概況

某高速公路特大橋總長度為1 937 m，其中主橋為預應力混凝土連續梁橋，跨徑組合為50 m+90 m+50 m，主橋橋跨組合如圖1所示。主橋橋梁上部結構采用單箱單室變截面箱梁，下部結構采用實體墩，墩身厚度為2 m，基樁采用鉆孔灌注樁，樁孔直徑為1.5 m。橋梁位于緩和曲線上，橋面橫坡度為2%，按照公路-Ⅰ級荷載設計，橋面凈寬為23.5 m。橋面采用瀝青混凝土，分上下兩層，總厚度為10 cm（6 cm中粒式和4 cm細粒式瀝青混凝土）。主橋采用變截面箱梁，混凝土標號為C50，承臺和橋墩混凝土標號為C30，選用低松弛高強度鋼絞線。主橋箱梁采用懸臂澆筑法施工，合龍段長度為2 m，合龍施工順序為先邊后中。

2施工現場監控方案

2.1線形監測

為保證主橋線形滿足設計要求，確保主梁順利施工，在施工過程中布置測點對主梁線形進行監測。通過在主梁0#塊上部布設高程基準點，采用精密水準儀開展監測，在主梁施工過程中進行精確定位，保證主梁順利合龍。主梁線形監測每個測量斷面布置3個測點。測點布置如圖2所示。

2.2應力監測

為掌握橋梁施工和運營過程中的受力狀態，采用振弦式混凝土應變計和讀數儀開展應力監測［7］。通過在監測斷面布置混凝土應變傳感器開展應變監測，其中在控制截面布置6個測點，其他截面布置4個測點，測點布置如下頁圖3所示。

2.3溫度監測

該特大橋主跨跨度大，在懸臂現澆施工中溫度會對懸臂端高程和梁體產生一定的影響。由于主橋施工時間較長，梁體結構內部會形成多個溫度場，對梁體變形產生不同程度的影響［8］。隨環境溫度的升高和下降，懸臂段鋼筋混凝土結構會產生變形，進而改變懸臂端高程。通過選取有代表性截面布置溫度傳感器可監測梁體結構內部溫度場的分布情況，結合各施工節段高程和應力的監測結果，對溫度變化產生的誤差進行修正，保證懸臂段高程的準確性。溫度傳感器布置與應變傳感器布置相同。

3橋梁施工現場監控結果分析

3.1應力監測結果分析

在大橋主橋施工過程中，根據施工步驟布設混凝土應變計，對有代表性截面應力進行分析。本文取30#墩作為研究對象，在左幅邊跨跨中截面布置混凝土應變計，分別在各個施工階段對應力監測數據進行采集，整理得出邊跨跨中截面應力監測結果如表1所示。

分析30#墩跨中截面應力監測結果，得出在各施工階段箱梁頂板和底板均承受壓應力，且在施工過程中應力值不斷提高，最大壓應力為12.21 MPa，滿足設計要求。與理論計算值進行對比，得出各施工階段頂板和底板應力實測值與計算值較接近，偏差值在1.5 MPa以內。左右幅橋墩頂板和底板跨中截面應力變化趨勢基本一致，且最大壓應力沒有超過允許值，實測值與理論值之間的偏差較小。結合現場右幅邊跨跨中截面、懸臂根部和跨中合龍段監測結果，各施工階段應力變化規律基本一致，說明橋梁結構受力狀態較好，橋梁施工過程中橋梁內部應力變化滿足設計要求。

3.2線形監測結果分析

在主橋施工過程中，在各施工階段對主梁節段高程進行監測，對比分析確定標高變形情況。本文選取主橋90 m跨左幅1#～9#塊作為研究對象，對不同施工節段標高開展監測，標高計算值與實測值如圖4所示。整理監測數據得出主梁各節段撓度變化情況如表2所示。

對比分析圖4曲線可知，大多數標高實測值略低于理論值，且二者相差不大，說明在施工過程中主梁各節段標高變化不大，線形較好。大部分主梁節段標高實測值與理論值之間的差異較小，最大差值為0.6 cm。個別節段高程變化較大，分析原因是由于在混凝土澆筑前模板標高發生了較大變化造成的。因此，在主梁各節段混凝土澆筑前，必須做好模板標高復測工作。

分析表2數據可知，張拉后邊跨主梁各節段撓度實測值變化規律與理論計算值一致，且實測值與計算值之間的偏差較小。大多數主梁施工節段撓度實測值與理論值相差≤2 mm，個別偏差相對較大，分析原因是梁體受溫度荷載等因素影響產生了較大變形。受施工工期影響，部分監測數據并未在早晨溫度場變化較小的情況下進行，導致測量結果產生了較大偏差。但主梁各節段撓度實測值與計算值總體相差不大，且變化規律一致，說明監測數據準確。結合主梁中跨各節段張拉后撓度監測結果，與邊跨監測結果一致，說明主梁變形滿足設計要求，線形良好。

3.3主梁合龍段施工監測結果分析

3.3.1溫度影響分析

為分析溫度變化對主梁合龍的影響，在主梁合龍前利用溫度傳感器和混凝土應變計對不同時段環境溫度和主梁高程變化進行觀測。監測結果如表3所示，分析表3數據繪制主梁受溫度影響變形曲線如圖5所示，其中豎向變形取2次高程觀測結果平均值計算。

分析圖5曲線可知，隨溫度升高，主梁豎向變形呈現先增加后減小的變化趨勢，且最大變形量可達到12 mm，說明溫度對主梁變形影響較大。由于每天早晨環境溫度受太陽光照射較小，環境溫度較為恒定，本文取早晨07：00左右測量數據作為基準，其他數據與其對比得出豎向變形量。根據監測結果可知，隨溫度升高豎向變形也隨之增加，但略有滯后，且在溫度下降后豎向變形有小幅減小。根據分析結果表明，溫度對主梁變形影響較大，在日常施工中應選擇在溫度變化較小的早晚時段澆筑混凝土，并做好養護工作，以保證主梁合龍段的順利施工。

3.3.2合龍段線形監控

在合龍段施工前，9#塊張拉后跨中觀測跨中底板高程，與設計值對比確定合龍誤差。根據現場監測結果，得出主橋邊跨29#墩、30#墩、31#墩左幅跨中位置底板實測高程分別為55.468 m、55.197 m、54.916 m，實測高程平均值分別為55.470 m、55.203 m、54.926 m，合龍誤差分別為2 mm、6 mm、10 mm，均小于設計要求的15 mm。另外，中跨跨中合龍誤差最大值為8 mm，均滿足設計要求，說明合龍誤差滿足設計要求，合龍后可以保證線形平順。

3.4成橋線形監測結果分析

主橋成橋后對各部位高程開展監測，判斷成橋線形，測點方向自29#墩開始布置，每隔5 m一個測點，共39個測點，整理各測點高程監測數據如表4所示。

分析表4各測點高程監測結果，得出實測值與理論計算值相差不大，偏差較小，成橋后線形良好。成橋后各測點實測值與理論值最大差值為4 mm，均≤5 mm，滿足設計要求。說明在主橋施工過程中開展施工監控進行的高程控制有效降低了偏差，橋梁各部位標高控制效果達到了預期，保證了主橋成橋后線形平順。

4結語

本文結合公路特大橋施工案例，在特大橋主橋施工過程中開展施工監控，對主橋應力、線形等開展監測，并分析溫度對主橋變形的影響，得出以下結論：

（1）30#墩跨中截面頂板和底板承受壓應力，且在施工過程中有小幅增加，應力實測值與理論計算值比較接近，偏差值在1.5 MPa以內，結合主梁其他截面應力監測結果，主橋施工過程中梁體內部應力變化幅度不大，受力狀態良好。

（2）主梁各節段施工高程實測值與理論計算值接近，變形不大，各節段張拉后主梁撓度實測值與理論計算值接近，說明主梁變形量不大，線形平順。

（3）溫度對主梁豎向變形影響較大，且變形與溫度變化相比具有滯后性，應選擇溫度變化較小的早晚進行混凝土澆筑；通過對合龍段線形進行監控，得出主橋合龍段變形在允許范圍內，可進行合龍施工，保證線形平順。

（4）成橋后各測點高程最大偏差為4 mm，橋梁標高控制效果好，主橋成橋后線形平順，達到了預期效果。

參考文獻：

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作者簡介：成城（1983—），高級工程師，研究方向：橋梁、涵洞。