某變截面連續(xù)箱梁施工監(jiān)控技術(shù)與實踐

梁 峰,劉離榕

(1.上海先行建設(shè)監(jiān)理有限公司,上海 200070;2.中交三公局 第四工程分公司,重慶 401147)

1 橋梁施工監(jiān)控的意義、目的和內(nèi)容

隨著交通運輸需求的日益增長和橋梁建設(shè)技術(shù)水平的不斷提高,橋梁的跨度不斷增大。與此同時,橋梁監(jiān)控已經(jīng)是橋梁施工中不可或缺的一部分?？茖W合理的施工方法與監(jiān)控方案為最大限度保證橋梁建設(shè)與運營安全、大跨徑橋梁的理想幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)提供了技術(shù)支持,并為后續(xù)橋梁施工提供可靠數(shù)據(jù)和積累技術(shù)資料[1-3]。為此,李松[4]、任偉[5]等分別提出了大跨度橋梁懸臂施工集成化監(jiān)控系統(tǒng)和精細模擬方法。當然,一個好的監(jiān)控方案,是要根據(jù)具體的施工條件來制訂的。

對于變截面連續(xù)箱梁來說,施工監(jiān)控的目的就是確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全,保證橋梁結(jié)構(gòu)形成后的外形和內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計要求。施工監(jiān)控內(nèi)容包括應(yīng)力控制和變形控制,其中變形控制即標高控制,主要體現(xiàn)在施工控制模擬結(jié)構(gòu)分析、施工監(jiān)測以及施工誤差分析等方面[1,6]。它可以實時監(jiān)測橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài),形象反映箱梁成型和受力數(shù)據(jù),指導控制施工過程,將橋梁設(shè)計者的意圖很好地貫徹到橋梁施工中,保證橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2 工程概況

該大橋位于渝西南某河段,左、右幅橋縱面位于i=-0.409%直線段上。橋跨布置為48 m+80 m+48 m,共3跨。橋梁為全預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁,由上、下行分離的兩個單箱雙室箱型截面組成。箱梁根部高度4.5 m,跨中高度2.0 m。箱體頂板寬16.99 m,厚28cm,設(shè) 1.5%的橫坡;底板寬11.49 m,箱梁根部底板厚62.4cm,跨中底板厚28cm,箱梁高度以及箱梁底板厚度從跨中至根部按1.8次拋物線變化,跨中腹板厚度45cm,根部腹板厚度65cm;主橋上部構(gòu)造按全預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計,中跨80 m及48 m邊跨采用三向預(yù)應(yīng)力。下部構(gòu)造主橋采用實心花瓶墩結(jié)構(gòu),鉆孔灌注樁基礎(chǔ),橋臺為樁板式輕型橋臺。

3 施工監(jiān)控方法與理論分析

結(jié)構(gòu)分析是施工控制的主要工作內(nèi)容之一,該項工作根據(jù)施工過程與成橋運營情況來完成各施工狀態(tài)及成橋后的內(nèi)力、應(yīng)力與位移計算,進而確定出結(jié)構(gòu)各施工階段的應(yīng)力與位移理論值。全橋離散單元如圖1所示。

圖1 全橋單元離散圖

采用公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)GQJS軟件,對該連續(xù)剛構(gòu)橋各施工階段的內(nèi)力、應(yīng)力及預(yù)拱度進行較詳盡的分析。采用橋梁博士Version 3.0進行校核計算。代表性的施工階段計算簡圖如圖2。

圖2 懸臂階段計算簡圖

根據(jù)已有工程經(jīng)驗[7-8],在采用軟件的計算結(jié)果上,設(shè)置附加預(yù)拱度邊跨為3cm,中跨跨中為5cm,其余各點按二次拋物線沿橋跨進行分配,以此合理地預(yù)估后期的收縮徐變變形量。

圖3為關(guān)鍵施工第41、42階段時主梁各截面最大、最小正應(yīng)力。由圖3可知,在這兩個施工階段中,最大壓應(yīng)力分別為 13.07MPa和13.16MPa,施工階段的應(yīng)力均滿足要求。

圖3 施工階段應(yīng)力圖

4 施工監(jiān)控實施方案

4.1 系統(tǒng)組成

施工監(jiān)控涉及監(jiān)控分析、施工、測試等方面的工作。其工作程序如下:

(1)監(jiān)控分析人員根據(jù)現(xiàn)場測試及測量的各種有關(guān)數(shù)據(jù),及時地輸入計算機對結(jié)構(gòu)進行各種參數(shù)的分析,從而確定下一階段施工控制值,按程序發(fā)送下一階段施工工序通知單;

(2)施工單位對各施工階段進行現(xiàn)場測量(標高、結(jié)構(gòu)實際尺寸、施工偏差等),并及時掌握現(xiàn)場施工荷載變化情況,將有關(guān)數(shù)據(jù)資料反饋給監(jiān)控分析人員;

(3)測試人員測試出控制截面混凝土的應(yīng)力狀態(tài),量測控制點的溫度,將有關(guān)資料反饋給監(jiān)控分析人員;

(4)重復上述步驟進行下一階段施工控制,直到大橋合攏。整個工作程序見圖4。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)組成

4.2 線形測量

撓度及平面位置觀測資料是施工控制中控制成橋線形最主要的依據(jù),尤為重要。在施工過程中,對每一個懸澆梁段都需要進行立模時、混凝土澆筑后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束前、張拉完預(yù)應(yīng)力鋼束后這三種工況的標高觀測,以便觀測各點的撓度及箱梁曲線的變化歷程,以確保箱梁懸臂端的合攏精度及橋面的成橋線形。

4.2.10#塊高程測點布置

布置0#塊高程測點是為了控制頂板的設(shè)計標高,在各墩頂面標記出固定水準點,作為以后各懸澆節(jié)段高程觀察的基準點。

(1)各墩柱及0#塊施工完畢,懸澆施工前應(yīng)測量0#塊的竣工位置。要求測量0#塊兩端部頂面共計8個點的標高,布置如圖5所示。

圖5 0#塊標高測點布置示意圖(單位:cm)

(2)線形測量受溫度影響很大,因此測量應(yīng)在氣溫相對穩(wěn)定時段進行,且應(yīng)保證在一定時限內(nèi)完成,并同步測量環(huán)境溫度、應(yīng)力等。

(3)要檢查每段的軸線位置,在澆注3段左右后應(yīng)對橋梁軸線進行一次復核。

4.2.2 懸澆節(jié)段高程測點鋼筋用紅油漆標記

各懸澆節(jié)段在其端部設(shè)置標高測點。采用φ 14鋼筋,垂直方向與頂板上層鋼筋點焊連接。測點(鋼筋)外露混凝土表面2cm,懸澆階段高程控制點布置同圖5。

4.3 應(yīng)力測量

除主跨結(jié)構(gòu)線形及位移監(jiān)測外,主跨結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測也是施工控制的一個重要監(jiān)測內(nèi)容,通過該項應(yīng)力監(jiān)測可迅速知道主跨受力狀況,及時判定主跨應(yīng)力是否超限,從而可知道主跨安全狀況。因此,必須進行應(yīng)力跟蹤觀測。該項觀測在每一施工階段都要進行,并貫穿整個施工過程,且應(yīng)力測試時間應(yīng)選在氣溫穩(wěn)定時段與高程測量同步進行。

選取施工過程中受力不利的截面為控制截面。主梁主要選取1#節(jié)段、跨中截面共3個控制截面設(shè)置測點。每個截面布置8個測點,如圖6。

圖6 箱梁應(yīng)力測點布置圖

4.4 溫度測試

溫度是影響主梁撓度的最主要因素之一,特別是晝夜溫差,可能引起主梁懸臂端較大的撓度變化,不同的太陽照射方向?qū)饦蚨盏膿锨冃?從而使主梁產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),季節(jié)溫度的變化也將導致結(jié)構(gòu)的變形。因此,溫度的現(xiàn)場測試選溫度相對穩(wěn)定的時刻,一般選清晨日出之前進行,以消除日照溫差的影響。

溫度測試采用埋設(shè)高阻值熱敏電阻SWF3-1Z,用FLUKE45高精度數(shù)字繁用表測讀。高阻值熱敏電阻不受導線長度的影響,誤差為±0.2℃,安設(shè)比較方便。由于本橋跨徑小,懸臂段短,根據(jù)工程經(jīng)驗,可以不進行專門的溫度測試,只需在溫度變化大的季節(jié),不同溫度時段進行變形監(jiān)測,依此修正立模標高,即可達到控制精度。

5 施工監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析

5.1 橋梁標高監(jiān)控

橋梁標高監(jiān)控結(jié)果如圖7、圖8所示。從中可以發(fā)現(xiàn),橋梁成橋階段豎向變形值對稱,與設(shè)計值吻合較好。左幅橋跨中標高扣除二期恒載,留有8.1cm的富裕預(yù)拱度,邊跨留有3.9cm及3.9cm,右幅橋跨中標高扣除二期恒載,仍留有10cm的富裕預(yù)拱度,邊跨留有2.7cm及3.6cm,基本滿足后期混凝土徐變收縮、預(yù)應(yīng)力損失等因素的要求,從而確保了橋梁在長期的運營階段能夠保持平順的線形和合理的內(nèi)力狀態(tài)。可見,主梁高程及線形變位控制達到了較高的精確度,結(jié)構(gòu)變位及高程變化特點符合預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁特點。

圖7 左幅橋面設(shè)計標高與實測標高線形比較

5.2 橋梁截面應(yīng)力監(jiān)控

除主跨結(jié)構(gòu)線形及位移監(jiān)測外,主跨結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測也是施工控制的一個重要監(jiān)測內(nèi)容,通過該項應(yīng)力監(jiān)測可迅速知道主跨受力狀況,及時判定主跨應(yīng)力是否超限,從而可知道主跨安全狀況。因此,對整個施工過程進行了應(yīng)力跟蹤觀測,且應(yīng)力測試時間選在氣溫穩(wěn)定時段與高程測量同步進行的。

不同監(jiān)控斷面各應(yīng)力監(jiān)測點位如圖9所示。邊跨底板預(yù)應(yīng)力束張拉后其實測應(yīng)力如表1所示,中跨底板預(yù)應(yīng)力束張拉后其實測應(yīng)力如表2、表3所示。其中箱梁混凝土彈性模量取3.8×104MPa。

圖8 右幅橋面設(shè)計標高與實測標高線形比較

圖9 應(yīng)力監(jiān)測點位示意圖

表1 左幅邊跨合攏段應(yīng)力 單位:MPa

表2 左幅中跨合攏段應(yīng)力 單位:MPa

表3 右幅中跨合攏段應(yīng)力 單位:MPa

從表1～表3所示各測試截面應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),在施工階段各工況下實測值和圖3所示的理論設(shè)計值變化趨勢基本吻合,都在規(guī)范[9-10]和設(shè)計允許范圍之內(nèi)。梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布基本反映了結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工監(jiān)控理論計算的預(yù)測結(jié)論,邊、中跨箱梁頂、底板應(yīng)力狀態(tài)變化趨勢與理論計算相符。箱梁截面整體受力分配均勻,未出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

6 結(jié) 語

橋梁施工監(jiān)控作為橋梁施工技術(shù)的重要組成部分,對于橋梁施工宏觀質(zhì)量控制,保證橋梁建設(shè)安全有著非常重要的意義。本文對主橋的施工進行了逐節(jié)段監(jiān)控,并依據(jù)實測有關(guān)參數(shù)對理論模型加以修正,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析表明,實測應(yīng)變值扣除收縮徐變的影響,應(yīng)力值與理論值基本一致;實測應(yīng)力值在規(guī)范和設(shè)計限值范圍內(nèi);橋面縱、橫、側(cè)線型均流暢平順。工程實踐表明,該大橋所采用的施工方法與監(jiān)控方案合理可行,能滿足工程的要求,可為同類型橋梁的施工控制提供借鑒。

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