某預(yù)應(yīng)力拱式梁橋的施工監(jiān)控

丁 然

（霸州市交通運輸局公路管理站，河北 霸州065700）

0 引言

對高次超靜定橋跨結(jié)構(gòu)（多跨連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)或斜拉橋），成橋時要達到理想的內(nèi)力狀態(tài)和成橋線形，不僅與設(shè)計有關(guān)，同時還取決于科學(xué)合理的施工方法。施工過程中，控制澆筑過程和調(diào)整主梁的標(biāo)高，以達到設(shè)計要求的內(nèi)力狀態(tài)和線形狀態(tài)，是在連續(xù)梁橋施工中尤其重要的問題[1]。

建設(shè)一座大型橋梁是一個復(fù)雜且耗時較長的過程。在施工過程中，隨著施工的不斷進行，結(jié)構(gòu)體系也在不斷轉(zhuǎn)變。往往由于設(shè)計參數(shù)的誤差、結(jié)構(gòu)計算分析模型的誤差、施工時的誤差等多種因素，以及溫度變化、濕度變化、時間等的作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)實際的內(nèi)力狀態(tài)和線形狀態(tài)與理想設(shè)計狀態(tài)產(chǎn)生偏差。當(dāng)這些偏差積累到一定程度，如果不能及時識別和調(diào)整，當(dāng)成橋時，將難以保證結(jié)構(gòu)的線形、內(nèi)力狀態(tài)，乃至結(jié)構(gòu)安全[2]。

1 工程概況

涪江一橋是合川區(qū)一座橫跨涪江的預(yù)應(yīng)力拱式梁橋（見圖1），溝通著合陽與南屏區(qū)。其歷史悠久，曾發(fā)揮著重要作用。但該橋面相對較窄，橋面寬僅為10m，能通過的車流量和人流量較少。由于荷載標(biāo)準(zhǔn)較低（汽車—13，拖—60級），長期的超載使其梁橋路面變得坑坑洼洼，病害嚴(yán)重，已進行多次加固設(shè)計。目前，橋梁采用機動車限重，單向行駛通行，已然成為城市交通的瓶頸地段。因此，城市交通的發(fā)展迫切需要進行合川涪江一橋的拆建，來改善南北城的交通瓶頸、排除橋梁結(jié)構(gòu)的安全隱患，使之有利于整體打造兩岸城區(qū)，提升城市整體形象；有利于實現(xiàn)“商旅活城”的戰(zhàn)略目標(biāo)；有利于增強城區(qū)輻射和帶動力，帶動城鎮(zhèn)的繁榮發(fā)展。

圖1 涪江一橋（預(yù)應(yīng)力拱式梁橋）立面圖（單位：cm）

2 主要監(jiān)控內(nèi)容

對于采用懸臂澆筑法施工的預(yù)應(yīng)連續(xù)梁橋而言，其主要任務(wù)是：通過結(jié)構(gòu)參數(shù)監(jiān)測的實測值來進行施工過程中施工階段的計算。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)控的任務(wù)是：控制連續(xù)梁橋的施工過程，確保在施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)，確保成橋狀態(tài)符合設(shè)計要求[3]。施工監(jiān)測服務(wù)于施工控制，測試內(nèi)容也是圍繞施工控制進行。為了保證整個施工控制的順利進行，需要測試如下內(nèi)容：（1）線型監(jiān)測；（2）主梁斷面應(yīng)力監(jiān)測；（3）溫度監(jiān)測；（4）混凝土彈性模量試驗。

2.1 線形監(jiān)測

線形監(jiān)控的主要目標(biāo)是對全橋進行線形監(jiān)控，向施工單位提供預(yù)拱度等參數(shù)，保證橋梁順利合龍，使全橋最終線形符合設(shè)計要求[4]。

為了監(jiān)測到測點對應(yīng)梁底的標(biāo)高值，預(yù)先精確測量出測點鋼筋的實際高度，通過水準(zhǔn)儀可以測到測點端頭的實際標(biāo)高值，再減去鋼筋的實際高度，就可以測量到測點對應(yīng)梁底的實際標(biāo)高值。

2.2 應(yīng)力監(jiān)測

橋梁施工控制中一個非常重要的監(jiān)測項目就是應(yīng)力監(jiān)測，通過應(yīng)力監(jiān)測可以掌握結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況，及時分析結(jié)構(gòu)應(yīng)力是否超過規(guī)范限制，保證施工安全[5]。因此，在整個施工過程中的每個施工階段都應(yīng)該進行應(yīng)力跟蹤監(jiān)測。

合川區(qū)涪江一橋上部結(jié)構(gòu)的一些主要控制截面合理布置應(yīng)力測點，以方便觀察主要控制截面在各個施工階段的應(yīng)力分布和應(yīng)力變化，根據(jù)當(dāng)前施工階段向前計算至竣工階段，預(yù)測后面施工中可能出現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)，并且預(yù)測當(dāng)進行下一階段施工時當(dāng)前已施工的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否出現(xiàn)應(yīng)力超過規(guī)定范圍，以便幾時采取措施調(diào)整本施工階段的變量。由于混凝土振搗時電阻應(yīng)力傳感器容易被破壞，即使不破壞，也無法保證電阻應(yīng)力傳感器的絕緣度。此外，貼在混凝土表面的應(yīng)變片是否可靠也難以保證，易產(chǎn)生漂移，長期監(jiān)測時也不是很可信。采用鋼弦應(yīng)力計監(jiān)測主梁主要控制截面的應(yīng)力，與外界物質(zhì)不直接相關(guān)，是一種密封式保證體系，通過測定鋼弦應(yīng)力計的頻率就可以得到混凝土的應(yīng)力。

2.3 溫度監(jiān)測

在大跨度橋梁的施工和成橋階段，結(jié)構(gòu)溫度變化是一個比較復(fù)雜的隨機變量，影響因素非常多，如橋梁地理位置、布置方位、自然條件（如當(dāng)日照輻射強度、周圍環(huán)境溫度、風(fēng)向風(fēng)速）等因素，并且彼此有著密切關(guān)系。而在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，結(jié)構(gòu)溫度的變化很難預(yù)測，因此，必須對施工階段的實際溫度實施監(jiān)測，以保證橋梁最終成橋狀態(tài)的內(nèi)力和線形符合設(shè)計要求。監(jiān)測時需要特別注意的是測量整體溫度和結(jié)構(gòu)局部溫度，必須將兩者結(jié)合起來[6]。

橋梁結(jié)構(gòu)處于時刻變化的溫度場中，由于溫度變化常會導(dǎo)致截面標(biāo)高和應(yīng)力產(chǎn)生變化，在測量過程中就有了不確定因素，如果要完全解決溫度問題難度很大[7]。依據(jù)以往施工溫度監(jiān)測的經(jīng)驗，涪江一橋的溫度監(jiān)測工作通過對周圍氣溫的測量，推算出結(jié)構(gòu)溫度對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響，這種方法有較好效果。具體做法是：在進行其他測試任務(wù)時，采用氣溫表測量箱內(nèi)和箱外的溫度，測量精度控制在0.5℃以內(nèi)。

3 施工監(jiān)控精度要求

（1）施工監(jiān)控總目標(biāo)為控制成橋時梁底曲線與設(shè)計值的誤差不超過20mm。

（2）箱梁每個節(jié)段澆筑完成時，澆筑梁段的允許誤差應(yīng)符合以下要求：①梁段軸線偏差在10mm以內(nèi)；②懸臂梁段的高程偏差在-5～15mm之間；③兩懸臂端合龍前相對高差在15mm以內(nèi)；④梁段頂面高程差在-10～10mm之間。

（3）完成立模時，模板尺寸和位置偏差應(yīng)符合以下要求：①梁段長度誤差在10mm以內(nèi)；②梁段縱向中線最大偏差控制在10mm以內(nèi)；③梁段底模標(biāo)高與預(yù)拱度偏差在3mm 以內(nèi)；④梁段底模同一端兩角高差在2mm以內(nèi)。

（4）張拉完預(yù)應(yīng)力鋼束后，如果梁端測點實測標(biāo)高和控制小組預(yù)測標(biāo)高的偏差超過了±20mm，那么需要分析誤差產(chǎn)生的原因，確定下一施工階段的調(diào)整措施。

（5）當(dāng)平整度和軸線偏差超過允許值范圍時，應(yīng)及時修正，修正滿足要求后方可進行下一階段的施工。

（6）其他允許偏差要求按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80—2004）[8]檢查控制。

（7）如有其他異常情況影響標(biāo)高和應(yīng)力控制，調(diào)整方案也應(yīng)經(jīng)施工監(jiān)控領(lǐng)導(dǎo)小組分析研究，提出控制意見。

4 施工階段實測應(yīng)力分析

針對主要施工階段，例如中跨根部、1/4 處及跨中截面實測應(yīng)力。受拉為正，受壓為負。

中跨根部截面上緣應(yīng)力對比見圖2，中跨根部截面下緣應(yīng)力對比見圖3。

從圖2、圖3 可見，中跨根部截面上緣和下緣的應(yīng)力實測值與理論值吻合度較好，各施工階段應(yīng)力變化規(guī)律一致，應(yīng)力誤差在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

圖2 中跨根部截面上緣應(yīng)力對比圖

圖3 中跨根部截面下緣應(yīng)力對比圖

1/4 處截面上緣應(yīng)力對比見圖4，1/4 處截面下緣應(yīng)力對比見圖5。從圖4、圖5 可見，1/4 處截面上緣和下緣的應(yīng)力實測值與理論值吻合度較好，各施工階段應(yīng)力變化規(guī)律一致，應(yīng)力誤差在設(shè)計允許范圍內(nèi)?？缰薪孛嫔暇墶⑾戮墤?yīng)力實測值如表1、表2所示。

圖4 1/4處截面上緣應(yīng)力對比圖

圖5 1/4處截面下緣應(yīng)力對比圖

表1 跨中截面上緣應(yīng)力實測值

表2 跨中截面下緣應(yīng)力實測值

跨中截面上緣應(yīng)力對比圖見圖6，成橋線形實測值與理論值見圖7。從圖6、圖7 可見，跨中截面上緣和下緣的應(yīng)力實測值與理論值吻合度較好，各施工階段應(yīng)力變化規(guī)律一致，應(yīng)力誤差在設(shè)計允許范圍內(nèi)。

圖6 跨中截面上緣應(yīng)力對比圖

圖7 跨中截面下緣應(yīng)力對比圖

5 成橋線形分析

成橋階段，除個別測點受混凝土收縮徐變、混凝土齡期及溫度等因素的影響產(chǎn)生了較大偏差外，其余大部分測點實測值與理論計算值誤差均控制在20mm以內(nèi)（見圖8），滿足設(shè)計規(guī)范要求。

圖8 成橋線形實測值與理論值對比圖

6 結(jié)論

（1）根據(jù)預(yù)應(yīng)力拱式梁橋的理論計算分析，確定了施工階段監(jiān)控的主要內(nèi)容，即應(yīng)力監(jiān)測、線形監(jiān)測和溫度監(jiān)測，據(jù)此布置了各監(jiān)測內(nèi)容的測試截面和截面測點。

（2）通過對各施工階段的應(yīng)力監(jiān)測，結(jié)合中跨根部、1/4 處及跨中三個控制截面的理論值進行分析，分析表明主要控制截面的應(yīng)力實測值和理論計算值的變化趨勢吻合度較好，符合施加荷載時的應(yīng)力分布規(guī)律。澆筑新節(jié)段時，已澆筑節(jié)段上緣壓應(yīng)力減小，而下緣壓應(yīng)力增大，而當(dāng)張拉縱向預(yù)應(yīng)力鋼束時，上緣壓應(yīng)力增大，而下緣壓應(yīng)力減小。

（3）施工監(jiān)控的實測值和理論計算值存在一定誤差，少數(shù)測點測值誤差偏大，在應(yīng)力曲線圖中表現(xiàn)較大的波動性，這是由于結(jié)構(gòu)容易受混凝土齡期、收縮徐變及溫度等外界因素的影響，而在理論計算模型中很難合理考慮以上因素。但從整體上看，主要控制截面的實測應(yīng)力值與理論應(yīng)力值的變化規(guī)律比較一致。

（4）在整個施工過程中，主梁實測壓應(yīng)力最大值為13.54MPa，出現(xiàn)在中跨合龍段的截面下緣，小于規(guī)范限值；而測試截面基本沒有出現(xiàn)無拉應(yīng)力的情況。

（5）通過對成橋后標(biāo)高的測量，成橋后的預(yù)拱度與設(shè)計預(yù)拱度吻合度較好，與設(shè)計值相比，少數(shù)測點與設(shè)計值誤差較大，其余測點均控制在20mm以內(nèi)。

[1] 姚敏紅，馬保林，崔平如.大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋梁豎向變形施工監(jiān)控[J].公路工程，2010（4）：132-136.

[2] 駱佐龍，董峰輝.連續(xù)梁橋懸臂施工狀態(tài)可靠度分析[J].公路工程，2013（3）：162-164.

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[5] 張謝東，石明強，蔡素軍，等.剛構(gòu)連續(xù)組合梁橋監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)研究[J].公路工程，2008（4）：140-143，147.

[6] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[7] 鄧聚龍.灰理論基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2002.

[8] JTG F80—2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)[S].