預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控方案

賈中濤，王立峰，張 巖

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院)

采用懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了施工中的一些問(wèn)題，但在施工過(guò)程中要經(jīng)歷體系轉(zhuǎn)換，這是一種非常復(fù)雜的變化，其中各種因素都會(huì)引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和線(xiàn)形的變化，從而影響橋梁的施工和成橋后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，因此必須進(jìn)行施工控制。

1 工程概況

某橋位于亞熱帶地區(qū)，為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑為(80+144+80)m，引橋采用30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁，公路等級(jí)為一級(jí)公路，雙向六車(chē)道，整體式路基斷面，標(biāo)準(zhǔn)寬度33.5 m;設(shè)計(jì)汽車(chē)荷載為公路―I級(jí);設(shè)計(jì)速度為100 km/h，主橋采用菱形掛籃進(jìn)行懸臂現(xiàn)澆施工。

2 施工監(jiān)控的目標(biāo)

2.1 高程控制

高程控制主要是控制橋梁的線(xiàn)形，這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)將其分解到每個(gè)施工階段中，確立每一個(gè)節(jié)段的前端控制標(biāo)高，以便最后得到完美的線(xiàn)形。當(dāng)實(shí)際中的標(biāo)高和設(shè)計(jì)有誤差時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整后續(xù)節(jié)段的立模標(biāo)高來(lái)進(jìn)行修正，盡量減小其影響，最終在成橋階段得到光滑平順的線(xiàn)形。

2.2 應(yīng)力控制

應(yīng)力控制是為了保證成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)各個(gè)截面的受力都符合設(shè)計(jì)要求，從而保證結(jié)構(gòu)的使用性能。同時(shí)在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)涉及的應(yīng)力較多，例如節(jié)段自重、預(yù)加應(yīng)力、臨時(shí)荷載、溫度變化等，所以在施工中要隨時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，盡量避免施工中的意外情況對(duì)結(jié)構(gòu)造成的危害，從而保證施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全。

2.3 穩(wěn)定控制

除了線(xiàn)形和應(yīng)力外，橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性同樣對(duì)結(jié)構(gòu)的安全具有重大的意義，尤其是對(duì)于懸臂施工的大跨度橋梁，在施工過(guò)程中更要注意穩(wěn)定性的要求，所以，我們也要對(duì)穩(wěn)定性有足夠的重視。在監(jiān)控過(guò)程中，我們以控制箱體扭轉(zhuǎn)來(lái)確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3 監(jiān)控的工作內(nèi)容

3.1 施工監(jiān)控之前所需資料收集

(1)施工圖設(shè)計(jì)文件(含變更設(shè)計(jì))。

(2)施工組織設(shè)計(jì)資料。

(3)氣象資料：天氣狀況、氣溫變化、風(fēng)向、風(fēng)力等。

3.2 施工過(guò)程結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算分析

工程結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算模型，是施工監(jiān)控的基本手段，按照施工圖紙和設(shè)計(jì)文件，應(yīng)用橋梁專(zhuān)用軟件或大型通用有限元軟件，建立結(jié)構(gòu)模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算中要充分考慮預(yù)應(yīng)力、、溫度變化、混凝土收縮徐變、施工荷載等施工中的各個(gè)因素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，并按照橋梁施工順序，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的分析計(jì)算。

同時(shí)由于實(shí)際中的各項(xiàng)參數(shù)，不可能完全符合理論設(shè)計(jì)的取值，施工荷載、實(shí)際混凝土彈性模量、容重及施加的預(yù)應(yīng)力等也要和設(shè)計(jì)中有一定的誤差，所以，在施工過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際的施工進(jìn)度和工程條件，進(jìn)行實(shí)際參數(shù)的取值和測(cè)定，通過(guò)實(shí)際的各項(xiàng)指標(biāo)及參數(shù)對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正，盡量使模型接近實(shí)際情況，以便對(duì)結(jié)構(gòu)的當(dāng)前施工狀態(tài)實(shí)施有效的控制，并科學(xué)地預(yù)測(cè)下一施工階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

根據(jù)本橋的施工特點(diǎn)，在模型中將每個(gè)混凝土節(jié)段施工過(guò)程中的若干步驟劃分為相應(yīng)的施工計(jì)算階段，以便于能準(zhǔn)確的計(jì)算出各個(gè)施工過(guò)程中截面應(yīng)力、變形等控制數(shù)據(jù)，有利于與理論計(jì)算作比較，為后續(xù)參數(shù)的識(shí)別、調(diào)整提供依據(jù)。對(duì)于采用懸臂澆筑方法施工的橋梁，在計(jì)算中要主要考慮掛籃澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、邊跨合攏、中跨合攏以及臨時(shí)支撐系統(tǒng)等對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)參數(shù)監(jiān)控

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)主要是指混凝土材料的參數(shù)，包括彈性模量和容重，主要是對(duì)橋梁施工監(jiān)控的輔助監(jiān)測(cè)。

混凝土彈性模量的測(cè)試主要借助工地壓力試驗(yàn)機(jī)來(lái)測(cè)定混凝土彈性模量E隨時(shí)間t變化的曲線(xiàn)，混凝土容重的監(jiān)測(cè)主要是對(duì)澆筑時(shí)的混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)取樣，用常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)試。

3.4 施工過(guò)程中的線(xiàn)形監(jiān)控

線(xiàn)形監(jiān)控應(yīng)用的是精密水準(zhǔn)儀。首先將水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)至零號(hào)塊上，然后以此為基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)橋梁進(jìn)行高程控制，每階段澆筑完成時(shí)，測(cè)量其截面內(nèi)各控制點(diǎn)的高程，并且在每次施工塊掛籃向前移動(dòng)的前、后時(shí)段，均要對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，同時(shí)在施工荷載發(fā)生變化時(shí)也必須進(jìn)行測(cè)量。線(xiàn)形測(cè)量應(yīng)該在1號(hào)塊完成后即開(kāi)始。

3.5 施工過(guò)程中的應(yīng)力、溫度監(jiān)控

(1)連續(xù)梁的應(yīng)力監(jiān)控主要是針對(duì)關(guān)鍵截面的受力情況進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，并可以提前對(duì)其安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)以便在可能發(fā)生狀況前采取一定的措施以保證工程的安全。其方法是在大橋主梁的控制截面布置應(yīng)力觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)埋置應(yīng)力傳感器的手段及時(shí)獲得截面內(nèi)的應(yīng)力分布情況，同時(shí)可以根據(jù)當(dāng)前的結(jié)構(gòu)受力，預(yù)測(cè)模擬下一階段甚至是成橋階段的結(jié)構(gòu)受力是否合理和能否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求。并且根據(jù)預(yù)測(cè)及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

(2)溫度控制的方案和原則與應(yīng)力控制時(shí)相同的，但需要埋置的則是溫度傳感器。主要測(cè)量各個(gè)控制截面在各個(gè)時(shí)刻的溫度，從而獲得結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。

4 監(jiān)控的方法

施工控制的本質(zhì)是保證工程結(jié)構(gòu)按照設(shè)計(jì)的理想狀態(tài)進(jìn)行施工，通過(guò)施工、測(cè)量進(jìn)而進(jìn)行識(shí)別和修正的工作，以期做出合理的預(yù)測(cè)指導(dǎo)下一階段或者后續(xù)工作的進(jìn)行。但在實(shí)際施工過(guò)程中不可避免存在一定偏差，這就需要專(zhuān)業(yè)人士對(duì)已出現(xiàn)誤差進(jìn)行分析調(diào)整，盡量將偏差降到最小范圍。目前橋梁施工控制中主要應(yīng)用的控制方法有事后控制法，預(yù)測(cè)控制法，自適應(yīng)控制法以及最大容許度控制法，其各自具有各自的特定和其使用范圍，但其本質(zhì)上是相同的。根據(jù)本橋的特點(diǎn)，其施工控制采用自適應(yīng)控制方法，該方法具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)結(jié)構(gòu)與模型計(jì)算結(jié)果不符時(shí)，通過(guò)將誤差輸入到參數(shù)識(shí)別算法中來(lái)進(jìn)行調(diào)整，從而得到我們期待的理想狀態(tài)。

5 具體實(shí)施方案

5.1 模型建立與計(jì)算要點(diǎn)

計(jì)算模型是施工監(jiān)控的前提和依據(jù)，所以準(zhǔn)確的計(jì)算模型是施工監(jiān)控的第一步，采用MIDAS和橋梁博士?jī)商壮绦蜻M(jìn)行對(duì)比計(jì)算。

5.2 立模標(biāo)高的計(jì)算

通過(guò)計(jì)算模型，按照施工順序，并通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)的整理分析并進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，以此得出施工中合理的預(yù)拱度，理論預(yù)拱度包括施工預(yù)拱度和成橋預(yù)拱度兩部分，立模標(biāo)高還要受到日照溫差的影響，在計(jì)算時(shí)必須計(jì)入日照溫差的影響。

5.3 測(cè)量控制網(wǎng)的布設(shè)

控制網(wǎng)是施工監(jiān)控的基本條件，其準(zhǔn)確性直接關(guān)系到施工控制測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及便利性，故需要布設(shè)精確的水準(zhǔn)及坐標(biāo)控制測(cè)點(diǎn)，控制網(wǎng)可利用已有的控制點(diǎn)，但要經(jīng)過(guò)復(fù)測(cè)并滿(mǎn)足要求。

5.4 控制截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)

截面的應(yīng)力檢測(cè)是在主梁的控制截面內(nèi)布置應(yīng)力觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)定其在施工過(guò)程中應(yīng)力分布情況，結(jié)合實(shí)時(shí)跟蹤進(jìn)行分析得到最優(yōu)方案，在分析過(guò)程中計(jì)入誤差和變量調(diào)整后每階段結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，預(yù)測(cè)下一階段可能出現(xiàn)的狀態(tài)并預(yù)報(bào)下一階的情況，以確保工程的質(zhì)量和安全。

5.5 變形監(jiān)測(cè)

為盡量減少溫度的影響，變形的觀測(cè)安排在日出前進(jìn)行，觀測(cè)內(nèi)容包括：立模、混凝土澆筑前后、預(yù)加力張拉前后以及邊(中)跨合攏前、最終成橋前的各項(xiàng)標(biāo)高值，以這些觀測(cè)值為依據(jù)開(kāi)展施工控制。

5.6 溫度監(jiān)測(cè)

溫度變化會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，溫度的影響主要是日溫度變化和季節(jié)溫度變化兩種，日溫變化較復(fù)雜，是施工控制的重點(diǎn)。對(duì)于日照作用，會(huì)引起主梁頂?shù)装宓奶荻炔?，?dǎo)致主梁撓曲，對(duì)其控制方法是測(cè)量出有代表性的某一天或幾天24 h結(jié)構(gòu)溫度變化情況，并繪制溫度(t)-撓度(S)曲線(xiàn)，以便合理安排施工和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)變化。

5.7 裂縫觀測(cè)

裂縫是橋梁的常見(jiàn)問(wèn)題，由于在施工過(guò)程中，橋梁的受力是不斷變化的，所以很容易產(chǎn)生裂縫，尤其是箱梁內(nèi)部寬大的橫隔梁位置以及與橫隔梁相接的腹板位置出現(xiàn)裂縫的幾率更大。本橋?qū)α芽p的觀測(cè)采用肉眼巡查及WYSKL-100X裂縫顯微鏡細(xì)部觀測(cè)相結(jié)合的方法進(jìn)行，每階段完成后，其階段接縫位置、橫隔板位置及腹板位置是監(jiān)控的重點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

一個(gè)合理的施工控制方案，是橋梁施工安全和質(zhì)量的重要保證，本橋現(xiàn)已竣工通車(chē)，各項(xiàng)要求均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，除了設(shè)計(jì)的合理和優(yōu)秀的施工技術(shù)外，完善的施工監(jiān)控方案也功不可沒(méi)，因此，我們要對(duì)橋梁施工控制有足夠的重視，以便能更好的為橋梁施工服務(wù)。

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