采用電子傳感器對不平衡箱梁懸臂澆筑過程進行安全監(jiān)測

劉金峰，周東坡，王 垚

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450004）

1 工程概況

蘭州元通黃河大橋位于蘭州中心城區(qū)，主橋采用的跨徑（80+150+80）m 的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，其中主跨 150 m 采用了預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁-鋼管混凝土拱組合結(jié)構(gòu)（見圖1）。主梁結(jié)構(gòu)為單箱三室，梁頂寬 28.8 m，梁底寬 21 m，主支點處梁高 7 m，跨中和邊支點處梁高 2.5 m。箱梁施工采用掛籃懸臂現(xiàn)澆施工。該橋兩個主墩分成兩組 17 對懸澆節(jié)段。中跨箱梁內(nèi)共設(shè)有 21 道吊桿橫梁，每個吊桿橫梁混凝土方量約 14.5 m3。

2 問題的提出

由于吊桿橫梁存在,在每組懸澆施工中，將出現(xiàn)中跨與邊跨結(jié)構(gòu)不對稱情況，這是最大的不平衡因素。與橫梁配套出現(xiàn)的當(dāng)然還有橫梁的模板系統(tǒng)，它與邊跨的也有所增加，會產(chǎn)生不平衡力矩。

再仔細(xì)分析就發(fā)現(xiàn)橫梁布置是按吊桿需要設(shè)置的，而懸澆段的長度是變化的，所以，相對于每對懸澆段的相對位置是變動的，那么，在利用配重塊配平時就需要有針對性地計算。

還有施工過程中漲模、臨時堆放等偶然因素產(chǎn)生的不平衡力矩也要加以考慮。

3 問題的解決

針對懸澆存在的不平衡問題，可以通過配載來達到平衡?？梢圆捎盟?、沙袋、混凝土預(yù)制塊、型鋼類材料等。元通黃河大橋采用的是預(yù)制混凝土塊配平。相應(yīng)節(jié)段澆筑前進行配平計算。

配平原則：懸澆施工時按照主墩中點等力矩原則進行。

需要注意的是：施工時配重塊只能擺放在上一節(jié)段上，所以，計算時一定要考慮力臂的實際數(shù)據(jù)。

4 更好的解決方案

前面通過計算配平，看似問題解決了。但是，在實際施工中往往是達不到精確控制的理想狀態(tài)，特別是偶然誤差的出現(xiàn)，當(dāng)在大懸臂狀態(tài)時偶然的誤差產(chǎn)生的后果是很大的，是潛在的不安全因素。

為了把潛在的因素明了化，采用了 JSS2-JTM-V1000 振弦式傳感器安裝于箱梁臨時支撐鋼管混凝土立柱上（見圖2）。根據(jù)施工過程中傳感器數(shù)據(jù)變化情況（使用 JTM-V10A 型振弦式讀數(shù)儀），調(diào)整施工配重，確保懸澆施工安全。

5 原理分析

在懸澆過程中，箱梁，以及施工荷載都施加在支座和兩側(cè)的臨時支柱上。當(dāng)出現(xiàn)不平衡力矩時，需要通過臨時立柱通過的支反力來維持懸澆系統(tǒng)的平衡，因為，支座只提供支反力，而力臂為 0，不能產(chǎn)生反力矩。

在施工過程中，隨著懸臂長度的增加，施加在支座和兩側(cè)的臨時支柱上的荷載都在增大。在理想的對稱情況下，兩側(cè)的臨時支柱上的荷載應(yīng)該是同樣的增長值。當(dāng)出現(xiàn)不對稱時，也就是出現(xiàn)了不平衡荷載情況下，那么就會引起懸澆系統(tǒng)的重心偏移，這時兩側(cè)臨時支柱上的荷載增長就會一樣，最嚴(yán)重的后果就是單邊急速增大，而對邊不增長甚至減小，這時就產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

所以，在臨時支柱上安裝傳感器，就可以隨時方便直觀地觀測立柱受力情況，把受力狀態(tài)表觀化。

在工程應(yīng)用中，并不是非常準(zhǔn)確地觀測和推斷臨時立柱的準(zhǔn)確受力值，而是根據(jù)傳感器的讀數(shù)值，判斷前后節(jié)段施工的變化趨勢。因為，傳感器的安裝拉桿近似于與立柱并聯(lián)受力，真正的受力分配額是很復(fù)雜的關(guān)系，但這里可以看作近似的比例關(guān)系。

圖1 蘭州市元通黃河大橋主橋立面圖

圖2 傳感器安裝位置圖及其實景

6 工程應(yīng)用

元通黃河大橋在 9#、10#兩個主墩的懸澆施工中共安裝傳感器 16 個。每墩 8 個，墩的每側(cè) 4 個。以每個墩作為監(jiān)測單元，在懸澆狀態(tài)發(fā)生變化后，立即對監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)進行分析，判斷箱梁的穩(wěn)定狀況。

為了嚴(yán)密監(jiān)測該橋箱梁的施工安全和總結(jié)經(jīng)驗，在元通大橋懸澆施工期，根據(jù)懸澆的進展，對每一對懸澆節(jié)段在澆筑混凝土后和預(yù)應(yīng)力張拉后都進行了數(shù)據(jù)采集。然后運用數(shù)據(jù)列表判斷左右側(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢來判斷箱梁的平衡狀態(tài)。

在此詳述一下趨勢判斷法：基于不求精確結(jié)果，只利用變化趨勢來判別箱梁的穩(wěn)定狀態(tài)。即，主墩左右兩側(cè)的傳感器受力變化若是趨勢一致或基本一致，即可認(rèn)為箱梁穩(wěn)定；若變化不一致甚至趨勢相反，則說明箱梁出現(xiàn)了不平衡態(tài)勢，這時就要采取措施進行配平；若是趨勢相反且變化急速則什么穩(wěn)定狀態(tài)很糟，風(fēng)險很大。

假設(shè)左側(cè)為 A；右側(cè)為 B。圖3為趨勢判斷法圖示。

基于此原理，元通黃河大橋在懸臂施工過程中，一方面通過計算來進行配平，另一方面通過傳感器反饋數(shù)據(jù)進行修正，很好的指導(dǎo)了施工。元通黃河大橋監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所列。

補充說明：該監(jiān)測單元數(shù)據(jù)呈遞減趨勢，是因為傳感器安裝時采用的是傳力桿焊接到臨時立柱上的方式，由于焊縫的收縮變形，使得傳感器產(chǎn)生了初始拉力。當(dāng)立柱受壓時，傳感器的拉力數(shù)值逐漸變小。

也提示人們，分析判斷和設(shè)計安裝時要考慮安裝方式的影響。

7 成果總結(jié)和推廣

通過元通黃河大橋的應(yīng)用，證明采用傳感器進行懸臂澆筑的安全監(jiān)測是簡便可行的方法，結(jié)果明了，費用低廉。

該項目主要監(jiān)測的是箱梁整體性的平衡狀態(tài)，還可以通過細(xì)致的數(shù)據(jù)變化來評估懸澆過程中箱梁是否存在橫橋向的側(cè)扭，以便調(diào)整懸澆的立模數(shù)據(jù)。

根據(jù)應(yīng)用中的感受：全部費用投入僅僅幾千元，設(shè)備還完全能夠重復(fù)使用，而監(jiān)測安全的收效是無法計算的。

因為費用低廉，操作方便，可以大面積在懸臂澆筑施工中推廣使用，特別是存在不平衡因素的懸澆施工工程中予以應(yīng)用，其意義十分巨大。

表1 9#墩監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

[1] 傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2] 橋涵(下冊)[M].北京：人民交通出版社，2000.