快速化改建工程中大跨徑鋼箱梁吊裝施工對既有橋梁變形的影響分析

鄒 騁

（上海浦東工程建設管理有限公司，上海 201210）

0 引言

為完善城市快速交通路網骨架，滿足城市空間的拓展及交通發展的相應需求，優化地區路網、改善地區交通和環境，在快速化改建工程施工中較為常見的特殊工況，是在既有橋梁上新建跨線橋施工，本文通過分析總結濟陽路（盧浦大橋-閔行區界）快速化改建工程 1 標在施工過期中，對既有橋梁川楊河橋進行結構變形監測數據進行分析總結，以供同類工程參考。

1 工程概況

工程位于浦東新區濟陽路（盧浦大橋～閔行區界），濟陽路北起盧浦大橋引橋（K 2+412），南至閔行區界（K 9+473），全長約 7.06 km，道路規劃紅線 45～70 m。道路斷面形式采用主線高架橋結合地面輔路，道路主線高架采用雙向六車道，地面輔道主干路采用雙向六快兩慢、次干路路段采用雙向四快兩慢，主要建設工程內容:高架橋梁、地面道路、雨污水開槽排管、標志標線、信號燈等附屬工程。工程為上海南北高架向南延申段新建工程，施工主線橫跨川楊河，需在原川楊河橋上新建快速路高架橋，新建高架與現狀川楊河橋設計效果圖如圖1 所示。

圖1 新建高架與現狀川楊河橋效果圖

1.1 川楊河橋概況

現狀川楊河橋于 2003 年建成，已經安全運行20 年，橋總長 444.6 m 共 19 跨，除東、西兩幅 7 #～10 #孔采用 30 m 預應力混凝土簡支 T 梁外，其余橋跨均為預應力簡支空心板梁，吊裝施工涉及新建高架橋跨徑組成 67 m+80 m+67 m 共計 214 m。設計荷載等級為汽車—超 20 級、掛車—120。

1.2 新建高架橋概況

川楊河橋段（JYL 47～JYL 50）主線鋼梁吊裝采用雙機抬吊（見圖2、3），吊機采用 QAY500 型汽車吊，單臺汽車吊自重約 96 t，鋼梁自重約 153 t，實時總荷載約345 t。鋼箱梁安裝施工區域處于濟陽路沿線地面交通道路上，吊裝設備的工作平臺位于現狀川楊河橋上，交通流量大，各聯分段鋼梁吊裝需夜間進行，并封閉道路交通，施工文明要求高。本工程鋼橋粱跨度大、非標段橋面寬，構件運輸進場難度大，現場分段吊裝構件多，現場拼裝、焊接工作量大。

圖2 分段鋼梁吊裝工況示意圖（單位：mm）

圖3 川楊河橋標準斷面（單位：mm）

2 荷載試驗

川楊河橋在鋼結構吊裝時，臨時支架支點支撐在川楊河橋地面橋上。為確保在吊裝施工期間既有川楊河橋結構安全，對川楊河橋 30 mT 梁跨橋梁進行荷載試驗，通過試驗了解川楊河橋在設計荷載作用下邊梁和次邊梁的在跨中部位的垂直位移，作為吊裝施工過程中老橋T梁跨中撓度的監測控制值。

2.1 靜載試驗的測量斷面與測點位置

2.1.1 測試斷面

依據橋梁結構汽車荷載彎矩包絡圖（見圖4）選取控制斷面測試該橋在各加載工況下的跨中的垂直位移。

圖4 上部結構汽車荷載彎矩包絡圖

2.1.2 測點布置

垂直位移測試斷面為 S1 斷面，測點布置在變形最大的 1#～3#T 梁下馬蹄底面，全橋共計 3 個測點。測試斷面和測點具體位置如圖5、6 所示。

圖5 橋梁各控制斷面位置

圖6 S1 斷面垂直位移測點布置圖（單位：cm）

2.2 靜載試驗的試驗荷載

2.2.1 加載車輛

根據 JTG/T J21－01－2015《公路橋梁荷載試驗規程》規定，荷載試驗的效率系數宜介于 0.95～1.05。根據規范規定關于靜載試驗荷載效率的要求及各測試斷面的設計荷載量，本次試驗使用 4 輛總重為470 kN 左右的四軸重車進行加載，并實時進行監測垂直位移的變化。

2.2.2 車輛加載位置確定

試驗車輛縱向加載的位置，是由各個測試斷面的位移影響量來確定的，選用一定重量的重車分別停靠測試斷面的不同位置，通過觀測垂直位移變化量，確定垂直位移變化最大處。經過多次測試數據確定跨中變形較大，橋梁板不同位置垂直位移量曲線如圖7 所示，經過測試驗證確定車輛平面加載位置如圖8 所示。設計規范》梁式橋主梁產生的最大撓度不應超過計算跨徑的 1/600 的規定。

圖7 S1 斷面垂直位移影響線

圖8 S1 斷面車輛加載平面位置圖（單位：cm）

圖9 監測點平面布設示意圖

2.3 靜載試驗的結果

在試驗荷載作用下，跨中斷面在試驗荷載作用下梁底垂直位移最大值發生在 2# 梁，垂直位移值為 -9.8 mm，滿載工況時 1#～3# 梁位移基本相同。兩次重復加載時各測點的垂直位移值基本一致。滿足規范JTG 3362－2018《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵

3 監測方案

3.1 監測點布置

本工程監測點布置原則主要依據 GB 50982－2014《建筑與橋梁結構監測技術規范》的要求，為了解施工對既有川楊河橋橋梁板的撓度影響，現對位于新建橋墩48#～49# 中間的 3 跨橋梁板進行撓度監測，根據收集資料顯示每跨東西兩側共計 6 塊橋梁板，在每一跨橋梁板的兩端和中間布設垂直位移監測點，共計布設 36 個位移點如圖4 所示。采用帶鋰電池的進口沖擊鉆在橋梁板上鉆孔，鉆孔孔徑約 26 mm，鉆孔完成后將沉降標插入孔內，再用錨固劑將鉆孔縫隙回填，完成垂直位移監測點的埋設［1-5］。

3.2 垂直位移觀測

在川楊河橋兩端各設置 1 個工作基準點，同時在相對穩定區域設置 1 個水準基準點，通過引水準基準點到工作基準點，以建立垂直位移監測基準網。本項目采用獨立高程系，垂直位移控制網測量參考 DG/TJ 08－2001－2016《基坑工程施工監測規程》相應等級的水準測量要求執行。在垂直位移觀測實施前，首先對各監測點的初始高程進行測定，經過觀測 3 次測值取平均值為監測點初始值［6-11］。垂直位移觀測采用固定人員、固定儀器，固定架站位置以確保觀測的準確可靠，垂直位移變化量計算公式如式（1）所示。

式中:ha為累計變化量，hb為本次變化量、H0為初始高程，H1為本次高程，H1′為上次高程。

3.3 數據計算

橋梁板單跨監測點布設如圖10 所示，計算模型如圖11 所示，每布設 3 個垂直位移監測點為 1 組撓度監測，通過 A、B、C 三點的垂直位移累計變化量，結合 A、B、C 三點間的間距計算出該橋梁板的撓度值，如式（2）所示。

圖10 撓度監測點布置示意圖

圖11 撓度計算示意圖

式中:SA、SB、SC分別為 A、B、C 三點的垂直位移量，mm；LAB、LBC分別為 A、B 及 B、C 之間的水平距離，m。

4 監測數據分析

4.1 橋梁板垂直位移監測

如圖12、13 所示，吊裝施工期間（2020 年 6 月7 日～2020 年 7 月 14 日），橋梁板垂直位移變化較為明顯，其中在跨中吊裝施工期間（2020 年 7 月 2 日～2020 年 7 月 8 日）垂直位移數據最大，發生在監測點R20，累計垂直位移量為 -11.87 mm，跨中吊裝完成后數據恢復至 -6.75 mm，荷載完成卸載后末期監測數據 -2.25 mm，相對殘余位移比率為 19 %，滿足相關規范容許值≤20 %。

表1 垂直位移監測末期累計量匯總表 mm

圖12 垂直位移監測特征點歷時曲線

圖13 垂直位移監測特征點歷時曲線

4.2 橋梁板撓度監測

如圖14、15 所示，吊裝施工期間（2020 年 6 月 7日～2020 年 7 月 14 日），橋梁板撓度變化較為明顯，其中在跨中吊裝施工期間（2020 年 7 月 2 日～2020 年 7 月8 日）撓度數據最大，發生在監測斷面 R19-21，撓度為 -9.34 mm，跨中吊裝完成后數據恢復至 -3.24 mm，荷載完成卸載后末期監測數據-1.20 mm，相對殘余位移比率為 12.8 %，滿足相關規范容許值≤20 %。

表2 撓度監測末期累計量匯總表 mm

圖14 撓度監測特征點歷時曲線

圖15 撓度監測特征點歷時曲線

5 結語

大跨度箱梁吊裝施工監測成果表明，最大垂直位移量發生在監測點R20，累計垂直位移量為-11.87 mm，計算可得撓度為-9.34mm，未達到靜載試驗最大撓度值。末期監測數據垂直位移量恢復到-2 mm 左右，相對殘余位移比率為 19 %，說明川楊河橋具備較好的彈性恢復能力，施工期間對川楊河橋影響符合預期范圍。根據本項目特殊復雜環境以及施工中的技術方案，可為以后類似工程提供很好的工程借鑒經驗。