石武客運專線跨京珠公路特大橋預應力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控技術

閆林棟

(京廣鐵路客運專線河南有限責任公司，鄭州 450003)

施工監(jiān)控是施工技術的重要組成部分，并始終貫穿于橋梁施工中。橋梁施工監(jiān)測與控制即是對施工中的重要環(huán)節(jié)過程進行監(jiān)測與控制，以保證施工過程中結構處于安全狀態(tài)［1-2］。根據(jù)結構的實際狀態(tài)，對利用各種測試及監(jiān)測手段獲取的數(shù)據(jù)進行跟蹤修正計算，給出后續(xù)各施工階段的高程及內力反饋數(shù)據(jù)，用以指導和控制施工，保證橋梁線形和內力符合設計要求［3-6］。

懸臂施工方法在我國預應力連續(xù)梁橋中應用廣泛，在施工期間不影響橋下通航或行車，而且充分利用了預應力混凝土承受負彎矩能力強的特點，提高了梁橋跨越能力［7-10］。但是懸臂施工屬于典型的自架設施工方法，連續(xù)箱梁橋在施工過程中的已成結構是無法事后調整的。而且施工過程中存在著溫度效應、測量誤差等不利因素。這些因素都可能引起施工誤差，而這些誤差將不同程度地對成橋目標的實現(xiàn)產生干擾。并可能導致橋梁合龍困難、成橋線形及內力與設計要求不符等問題。因此，為確保橋梁施工安全，成橋線形與內力狀態(tài)必須符合要求，施工中應實施有效的施工監(jiān)控。

1 工程概況

石武客運專線大寺臺跨京珠高速公路連續(xù)梁橋位于京廣客運專線河南段境內，設計時速350 km，跨徑分布為(80.6+128+80.6)m，如圖1所示。采用混凝土箱形截面，中支點截面梁高為9.6 m，跨中及邊跨直線段梁高為5.6 m;梁部混凝土為C50;采用三向預應力體系。本橋采用菱形掛籃懸臂澆筑法施工，全橋分2個T構對稱懸澆，每個T構包括0～20號共21個梁段，2個邊跨各有16.45 m的現(xiàn)澆段，邊、中跨合龍段均為2 m。

圖1 連續(xù)梁立面布置(單位:mm)

2 仿真計算

大跨徑預應力連續(xù)梁橋的施工采用分階段懸臂施工方法，結構的最終形成必將經(jīng)歷一系列的施工過程，對施工過程中每個階段進行詳細的變形計算和受力分析，是橋梁施工控制最重要的內容之一。為了達到施工控制的目的，必須首先通過仿真計算來確定橋梁結構施工過程中每個階段受力和變形的理想狀態(tài)，以此為依據(jù)來監(jiān)測施工過程中每個階段的結構行為。

石武客運專線跨京珠高速公路連續(xù)梁橋的仿真計算是利用橋梁博士3.0軟件進行的。計算中考慮了二期恒載、活載效應、混凝土收縮徐變、施工臨時荷載、結構體系轉換和溫度變化等。全橋上部結構共劃分成116個單元，主橋仿真計算模型如圖2所示。

圖2 全橋計算模型

3 線形控制

3.1 立模高程與預拱度

在箱梁懸臂澆筑過程中，節(jié)段立模高程的確定，是關系到線形是否平順、是否符合設計要求的一個重要問題。如果合理確定立模高程時考慮的因素比較符合實際，而且加以正確控制，則最終成橋線形良好;如果考慮因素和實際不符合，則最終橋面線形將會和設計有較大偏差。

箱梁懸臂澆筑段的各節(jié)段立模高程可參考下式［11］計算

式中 Hlmi——節(jié)點i(待澆筑段箱梁底板前端點)立模高程;

Hsji——節(jié)點 i的設計高程;

∑fdi——節(jié)點i在施工過程中由恒載引起的該點向下的累計撓度值，包括箱梁結構自重、預應力及收縮徐變引起的撓度;

fli——節(jié)點i由靜活載引起的向下的撓度值;

fgl——掛籃彈性變形值，由掛籃預壓及高程實測確定。

在建立了正確的模型和性能指標后，將有關參數(shù)及橋梁施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入施工控制計算分析程序進行理論計算，可以分別求出∑fdi和fli，再通過掛籃預壓和對每一施工階段的高程實測來確定掛籃彈性變形值fgl，經(jīng)過計算得到石武客運專線大寺臺跨京珠高速公路(80.6+128+80.6)m連續(xù)梁橋各施工階段的預拱度，如圖3所示。該圖僅顯示全橋的一半(左T構)，橫坐標表示橋梁縱向位置，其中80.6 m的位置代表左側主墩支點。

圖3 預拱度設置(左T構)

3.2 控制流程

以上計算公式中可以看出立模高程計算的關鍵是確定∑fdi和fgl，但是實際施工狀態(tài)與理論施工狀態(tài)是有差別的，也就是說按照理論的預拱度和掛籃變形值施工，最終的成橋狀態(tài)達不到理論成橋狀態(tài)。為了保持橋梁的線形達到預期目標，必須通過嚴格的施工監(jiān)控流程(圖4)對線形進行控制。

在上述流程中，高程測量是關鍵。測量過程中個別測量的數(shù)據(jù)會因為種種偶然因素引起誤差，因此必須對測量的數(shù)據(jù)進行篩選，并取其均值作為實際觀測值，得到混凝土澆筑前后、預應力張拉后梁底高程的實測值;誤差分析除了需要考慮測量誤差外，還需考慮到實際混凝土的容重和彈性模量值與理論值的不同，以及混凝土的收縮徐變等影響因素。然后及時修正模型中的有關參數(shù)，并通過計算預告出下一階段的立模高程。

圖4 施工監(jiān)控流程

3.3 測點布置及測量要求

測量環(huán)節(jié)中，為了減小測點高程的誤差，每個施工節(jié)段斷面上布置6個測點，梁底和梁面分別布置3個測點，測點布置如圖5所示。

圖5 測點布置

測點高程在每個施工段的混凝土澆筑前、混凝土澆筑后和預應力束張拉后分別測量。為盡可能地減少溫度對撓度的影響，測量盡量安排在每個測試工況結束后的第2 d早晨日出之前進行。由于梁體混凝土溫度較氣溫有滯后效應，日照不會立即使主梁產生撓曲。且早晨陽光不強，因此觀測時間可以適當推遲或延長，但必須在日出0.5 h內完成測量。

控制點標志用螺紋鋼制作。鋼筋露出頂面混凝土2～3 cm，底端應與模板接觸。測點離節(jié)段前端15 cm。梁面上3個測點既是控制箱梁中線平面位置的測點，又是箱梁高程控制點和撓度變形觀測點。埋設的鋼筋測點必須與箱梁頂板中上、下層鋼筋焊接牢固，其底端要抵緊頂板的底模板上。在混凝土施工過程中嚴禁踩踏、碰撞。在箱梁整個懸澆施工過程期間，應對所有基準點和測點加以保護，不得損壞和覆蓋。

3.4 線形監(jiān)控成果分析

線形監(jiān)控的最終目標是要求成橋線形與設計線形吻合，但要達到此目標，必須對施工過程中的一些環(huán)節(jié)進行控制，包括立模高程、梁段混凝土澆筑后頂面高程、斷面尺寸、成橋線形等。通過對石武客專跨京珠高速公路連續(xù)梁橋的線形監(jiān)控，得到立模高程設計值與測量值差值均控制在 ±3 mm以內;梁頂混凝土面的加高平臺高程的誤差值在-4～+9 mm，小于允許的±10 mm;斷面高度誤差值在-5～+9 mm，滿足-5～+15 mm的規(guī)定;全橋合龍后梁頂高程偏差范圍為-3～+8 mm，小于允許偏差值±20 mm;相鄰節(jié)段的高差范圍為-4～+7 mm，小于允許偏差值±10 mm。均滿足《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》(鐵建設［2005］160 號)的控制要求［12］。限于篇幅，本文僅列出全橋成橋線形偏差，見表1。

表1 全橋梁體成橋線形偏差 mm

4 應力監(jiān)測

4.1 監(jiān)測傳感器及測試原理

本次應力監(jiān)測采用的是振弦式應變計和配套的讀數(shù)儀作為應力觀測儀器。此儀器采用的是通過測量應變間接測量應力的方法。應力是根據(jù)測量所得的應變和實際測量出的混凝土彈性模量計算而得。在澆筑混凝土前，將振弦式應變計預埋在監(jiān)控截面內，記錄下測點的布置位置，待每個節(jié)段預應力張拉后，進行一次數(shù)據(jù)采集。

4.2 測點布置

對于特大跨徑的高速鐵路連續(xù)梁橋，石武客運專線跨京珠高速公路連續(xù)梁橋的應力監(jiān)控布置了8個測試斷面，如圖6所示，4個0號斷面，即746號墩的0號塊上的B、C兩個截面(離支座中心4.5 m)和747號墩的0號塊上的F、G兩個截面(離支座中心7 m);4個1/4跨斷面，即A、D、E、H的4個截面。每個斷面的測點布置如圖7所示。每個0號斷面布置6個測點，每個1/4跨斷面布置4個測點，共計40個應力測點。

圖6 應力監(jiān)控截面示意(單位:mm)

圖7 應力測試點布置(單位:cm)

4.3 應力數(shù)據(jù)分析

由于儀器只能通過應變來求得應力，而不是直接將應力測出，故而實際測量出的應力與實際混凝土應力是不相符合的。通過儀器測量出的應變包含2種:一是由應力產生的應變;另一種是非受力應變，包括混凝土的收縮徐變和溫度帶來的應變。其中溫度對于應變的影響在結構屬于靜定時為非受力應變，而轉換體系成為超靜定結構后，溫度產生的應變則會帶來應力。

通過理論分析和誤差分析等手段，對測量結果做出了適當修正。圖8和圖9分別是746號墩小里程0號和10號上緣在不同工況下實際值與理論值的比較，由圖可知實測應力值與理論計算值基本吻合。

表2是石武客專跨京珠高速公路連續(xù)梁橋合龍后各測點應力理論值和實際值的對比，從表中可以看出，全橋測量值與理論值較吻合，誤差最大為0.9 MPa，說明全橋受力與設計內力較一致，結構處于安全工作狀態(tài)。

表2 成橋后應力實際值與理論值 MPa

5 結論

通過在施工過程中跟蹤每個施工環(huán)節(jié)，將施工監(jiān)控的技術成功用于石武客?？缇┲楦咚俟?80.6+128+80.6)m連續(xù)梁橋，取得了以下主要成果。

(1)通過跟蹤測量，各節(jié)段測量值與預期計算值相符，線形誤差均滿足《客運專線鐵路橋涵工程施工質量驗收暫行標準》(鐵建設［2005］160號)要求，合龍精度及成橋線形較好。

(2)各施工階段根部及L/4處截面測點應力偏差均在±1 MPa以內，應力監(jiān)控比較理想，且應力值隨施工進度的變化規(guī)律基本一致，且小于混凝土受壓極限值;施工過程中沒有出現(xiàn)拉應力，表明全橋施工滿足設計要求，結構處于良好工作狀態(tài)。

總之，石武客?？缇┲楦咚俟?80.6+128+80.6)m懸臂連續(xù)梁橋合龍精度、成橋線形及施工階段應力都滿足預定控制目標和相關規(guī)范標準。施工控制工作合理、到位，保證了連續(xù)梁的合龍精度和成橋線形及應力。

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