變截面連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)測技術(shù)

孫鐵軍

（溫州市高速公路工程建設(shè)總指揮部，浙江 溫州 325000）

大跨徑變截面連續(xù)箱梁橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，施工難度大。懸臂施工的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，所采用的施工方法和施工順序與成橋后的主梁線型及結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著密切的關(guān)系。在懸臂施工階段，隨著結(jié)構(gòu)的荷載狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度的不斷變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形也隨之變化；因此需要對其每一施工階段進(jìn)行詳細(xì)地分析和實(shí)測驗(yàn)證，對結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力加以控制，指導(dǎo)施工。

1 橋墩施工監(jiān)測

主橋橋墩在墩身施工過程中，需對墩身不利截面混凝土應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，同時要考慮到墩的自身彈性和非彈性壓縮變形以及溫度、風(fēng)力、上部施工等荷載對墩的影響。施工監(jiān)測應(yīng)力和位移的主要項(xiàng)目如下：

橋墩承臺沉降觀測：在主墩承臺的三個角位置，各布設(shè)一個永久性觀測點(diǎn)，據(jù)以判別其沉降不均的程度等。沉降觀測于墩高每完成5米進(jìn)行一次，于主梁每完成兩側(cè)各兩個施工段后進(jìn)行一次，全橋主梁合攏后和全橋完工后各進(jìn)行一次。觀測結(jié)果可以分析不均勻沉降對橋墩垂直度的影響。

橋墩垂直度監(jiān)控：每5米高度作一個監(jiān)測斷面，每監(jiān)測斷面在墩的橋軸線方向和橫向的幾何中心設(shè)置一個測點(diǎn)，實(shí)測墩的垂直度。監(jiān)測時機(jī)為橋墩澆筑起到橋墩施工完畢。監(jiān)測頻率為橋墩施工每5米高度均對已設(shè)置的垂直度監(jiān)測斷面觀測一次。

墩身關(guān)鍵截面應(yīng)力：墩底截面為關(guān)鍵截面，在主墩上選取承臺以上1.5米的墩身截面埋設(shè)鋼弦應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，測試墩底截面在主梁T構(gòu)施工階段各施工段懸臂灌注混凝土前后及施工臨時荷載下的受力變化，實(shí)現(xiàn)體系兩懸臂的自平衡，控制墩底傾覆彎矩，指導(dǎo)懸臂施工。在橋梁合攏前后墩底截面測試可以給合攏-體系轉(zhuǎn)換后橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力重分布分析提供數(shù)據(jù)。

墩頂位移測試：對所選主墩選取承臺以上1.5米斷面、0#段以下1.5米斷面，并按墩高不同，均勻選擇1～2個斷面埋設(shè)長期觀測點(diǎn)采用型全站儀（精度1秒）進(jìn)行監(jiān)測。觀測時機(jī)分為橋墩建成后0#段澆筑前、施工T構(gòu)合攏前、后。觀測時間盡量做到同一時間。溫度變化明顯時，觀測的數(shù)據(jù)應(yīng)考慮溫度變位的影響。結(jié)合對墩身應(yīng)力及溫度變化的測試，分析橋墩墩頂溫度荷載位移效應(yīng)。結(jié)合施工控制計(jì)算，綜合分析合攏次序?qū)蚨斩枕斘灰频淖饔茫m時會同設(shè)計(jì)提出建議的調(diào)整方案，為施工措施（是否施加預(yù)頂力或預(yù)拉力及施加的時機(jī)）提供依據(jù)。

2 梁體變形觀測

橋梁結(jié)構(gòu)幾何尺寸的控制是施工控制的基本要求，施工要盡量減少施工結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的偏差，并將其降低到《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的容許范圍內(nèi)，即對于懸臂澆筑的混凝土梁：梁軸線偏位10mm，撓度±20mm，梁頂面寬度±30mm。

撓度觀測資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在每個施工塊件上布置2個對稱的高程觀測點(diǎn)，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。高程控制點(diǎn)布置在離塊件前端10cm處，采用直徑20mm的鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點(diǎn)焊牢固，并要求豎直。

2.1 測點(diǎn)布置

0 號塊件高程觀測點(diǎn)是為了控制箱梁頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時也作為以后各懸澆節(jié)段高程觀察的基準(zhǔn)點(diǎn)。每個0號塊件的頂板的四角及中軸三點(diǎn)布置7個高程觀測點(diǎn)。各懸澆節(jié)段的高程觀測點(diǎn)布置每個節(jié)段各3個測點(diǎn)，對稱布置在懸臂板與承托的交接點(diǎn)及箱梁中軸線上，離塊件前端10cm處。

2.2 觀測時間與項(xiàng)目

為盡量減小溫度的影響，撓度的觀測安排在早晨太陽出來之前進(jìn)行。在整個施工過程中，主要觀測內(nèi)容包括：掛籃行走前后、混凝土澆筑前后、預(yù)加力張拉前后、邊（中）跨合攏前后、成橋前后的各項(xiàng)標(biāo)高值。以這些觀測值為依據(jù)，進(jìn)行有效的施工控制。

2.3 觀測頻率

對于懸臂澆筑施工的橋梁，一個施工塊件有掛籃行走、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、預(yù)應(yīng)力張拉四道工序，其中綁扎鋼筋產(chǎn)生的撓度十分微小，不必觀測，其它三個工序前后都應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高觀測。以便觀察各點(diǎn)的撓度及箱梁軸線的變化歷程，以保證箱梁懸臂端的合攏精度及橋面線形。據(jù)此確定各施工塊件的觀測測次為：①掛籃行走前；②掛籃行走后；③塊件混凝土澆筑前；④塊件混凝土澆筑后；⑤預(yù)應(yīng)力張拉前；⑥預(yù)應(yīng)力張拉后，共6個測次。這樣確定的觀測頻度能反映下列情況：一個塊件施工周期內(nèi)的撓度變化；掛籃行走前后的撓度變化；混凝土澆筑前后的；預(yù)應(yīng)力張拉前后的撓度變化；混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的收縮徐變撓度變化。

3 梁體應(yīng)力觀測

在大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面布置應(yīng)力測點(diǎn)，以觀察在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化及應(yīng)力分布情況。箱梁控制截面應(yīng)力監(jiān)測包括箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力和箱梁混凝土主應(yīng)力監(jiān)測兩個方面的內(nèi)容。通過對箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力的監(jiān)測，可以觀察施工過程中的箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力是否在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；觀察預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、錨固、恒載、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等荷載作用下的箱梁混凝土正應(yīng)力變化情況等。對箱梁混凝土主應(yīng)力監(jiān)測，可以了解橋梁合攏建成后主應(yīng)力是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

箱梁正應(yīng)力測試斷面及測點(diǎn)布置：箱梁正應(yīng)力測試斷面一般布置在懸臂施工各“T”的懸臂根部和跨中。由于懸臂施工各“T”在施工過程中是對稱受力的，因此箱梁正應(yīng)力測試斷面僅布置在各“T”的一側(cè)，不需對稱布置。箱梁正應(yīng)力測點(diǎn)一般情況下在每個測試斷面中至少布置4個，其具體設(shè)置在對應(yīng)于箱梁兩個腹板軸線處的箱梁頂板和底板內(nèi)。箱梁主應(yīng)力測點(diǎn)布置：箱梁主應(yīng)力測點(diǎn)布置在靠近箱梁邊跨現(xiàn)澆梁段處，取計(jì)算箱梁截面主應(yīng)力最小的高度位置，在箱梁兩個腹板內(nèi)設(shè)置。

4 主梁溫度監(jiān)測

溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。為了摸清箱梁截面內(nèi)外溫差和溫度在截面上的分布情況，在梁體上布置溫度觀測點(diǎn)進(jìn)行觀測，以獲得精確的溫度變化規(guī)律?？紤]到各個“T”的溫度大致相同，可選擇一個“T”的一個懸臂作為溫度測試對象，共設(shè)2個觀測截面。每個截面各布置8個混凝土內(nèi)部溫度測點(diǎn)、8個混凝土表面溫度測點(diǎn)。將測溫鉑電阻先貼在鋼筋上，做防潮和防機(jī)械損傷處理后埋入混凝土體內(nèi)，測試導(dǎo)線引到混凝土表面。截面及測點(diǎn)布置如圖1：

5 鋼絞線管道摩阻損失測定

本測試項(xiàng)目旨在定量地測定鋼紋線管道摩阻損失，以確定有效的預(yù)應(yīng)力。采用電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀進(jìn)行測量。檢測時，如果張拉千斤頂不宜回縮，可采用將波紋管開孔，在鋼紋線上貼電阻片的方式來進(jìn)行測量。一般情況下，選擇豎彎索和平、豎彎空間索各一組進(jìn)行。

6 墩身穩(wěn)定性監(jiān)測

對橋墩施工過程中出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，目前主要是通過穩(wěn)定分析計(jì)算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形來綜合評定、控制其穩(wěn)定性。施工過程中除橋梁本身的穩(wěn)定性必須得到控制外，施工過程中所用的支架、掛籃等施工設(shè)備的各項(xiàng)穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)滿足要求。

7 腹板抗剪性監(jiān)控

應(yīng)變計(jì)采用優(yōu)質(zhì)的振弦式應(yīng)力計(jì)，振弦式應(yīng)力計(jì)采用相應(yīng)的專用儀器測試。所有的測試元件都具有可靠的標(biāo)定數(shù)據(jù)。主梁縱向應(yīng)力監(jiān)測斷面選為懸臂根部截面。主梁截面上重點(diǎn)測試上下緣處的應(yīng)力值。每個截面預(yù)埋4～6個振弦式應(yīng)力計(jì)（見圖2）。

8 溫度梯度對大跨徑橋梁穩(wěn)定性影響研究

溫度變化本身相當(dāng)復(fù)雜 ,包括季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場等等 ,但就自然環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的溫度作用而言,一般分為日照溫度作用、驟然降溫溫度作用和年溫度變化作用3種類型。其中，日照溫度和驟然降溫溫度作用是研究的重點(diǎn)。理論分析和試驗(yàn)研究表明:在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋特別是超靜定結(jié)構(gòu)體系中,溫差應(yīng)力可以達(dá)到甚至超過活荷載產(chǎn)生的應(yīng)力,因而被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因。根據(jù)常用的溫度梯度模式 ,結(jié)合變截面連續(xù)箱梁橋懸臂施工過程 ,討論懸臂施工各階段溫度變化對控制截面位移的影響 ,可得出一些對連續(xù)箱梁橋施工控制有參考價值的結(jié)論。

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[2]唐重光.大跨度橋梁施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā).中國技術(shù)專家網(wǎng)

[3].顧安邦、張永水.橋梁施工監(jiān)測與控制.機(jī)械工業(yè)出版社