淺析變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的線形監(jiān)控

■方 坤 ■江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212006

橋梁工程施工是一項(xiàng)較為復(fù)雜、精細(xì)的工程作業(yè)，工程施工水平在很大程度上決定了橋梁的整體質(zhì)量和性能的發(fā)揮。相比普通簡(jiǎn)支梁橋，變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的施工技術(shù)難度較大，工程施工精度要求更高，在橋梁施工中應(yīng)及時(shí)進(jìn)行測(cè)試和監(jiān)控，確保工程順利進(jìn)行，保證工程質(zhì)量。

1 工程概況

姚家橋位于溧陽市別橋鎮(zhèn)金家橋村，是丹金溧漕河整治航道工程的重要組成部分，同時(shí)也是完善航道網(wǎng)體系的重要環(huán)節(jié)，對(duì)緩解運(yùn)河運(yùn)輸壓力具有積極意義，同時(shí)也可促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。姚家橋主橋跨徑布置為48 +80 +48m，主橋上部結(jié)構(gòu)采用三跨變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用矩形實(shí)體墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主橋總體布置圖如圖1 所示。主橋上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室截面，單箱底寬5m，兩側(cè)懸臂各長(zhǎng)1.5m，全寬8m。箱梁在橫橋向底板保持水平，頂板設(shè)置1.5%的雙向橫坡，通過腹板高度來設(shè)置。中支點(diǎn)處箱梁中心高4.8m，跨中箱梁中心高2.2m，按二次拋物線的方式進(jìn)行過渡。該箱梁橋的頂板厚度、懸臂板端部厚度、根部厚度分別為0.25m、0.15m、0.6m，腹板厚度和底板厚度分為控制在0.45～0.6m 和0.3～0.618m。在中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)處分別設(shè)置橫隔板，厚度分別為3.0m、1.5m，各橫隔板均設(shè)置人孔以方便施工。為保證工程施工質(zhì)量，采用全站儀、水準(zhǔn)儀等測(cè)量?jī)x器對(duì)工程施工過程中的橋梁主墩偏位、主梁控制點(diǎn)頂面高程偏差、橋軸線偏位、合攏后同跨對(duì)稱點(diǎn)高程差等測(cè)試，確保橋梁線形指標(biāo)滿足規(guī)范的要求。

圖1 姚家橋總體布置圖

2 施工監(jiān)控的原則和方法

2.1 施工監(jiān)控的原則

彎曲應(yīng)力、剪切應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋中兩種最為主要的應(yīng)力存在方式。由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工涉及到預(yù)應(yīng)力施加和施工過程中的各種外部荷載，容易導(dǎo)致橋梁在施工過程中出現(xiàn)局部的應(yīng)力過大現(xiàn)象［1］。因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的施工監(jiān)測(cè)必須綜合考慮橋梁施工過程中的變形特性和應(yīng)力特性，但應(yīng)以變形控制為主，只有保證了橋梁的變形指標(biāo)滿足要求，才能確保橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力較為均衡。撓度和內(nèi)力能反映橋梁結(jié)構(gòu)自身的受力狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)力可用于評(píng)定箱梁截面上某一點(diǎn)的受力狀態(tài)，而撓度則可以綜合反映橋梁結(jié)構(gòu)某一截面上所有點(diǎn)受力情況。因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)測(cè)方案的制定中，將撓度控制作為重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行測(cè)試分析，應(yīng)力控制的結(jié)果可以反映橋梁結(jié)構(gòu)具備情況，用于橋梁結(jié)構(gòu)的微觀控制。此外，橋梁的應(yīng)力通常采用應(yīng)變計(jì)按照外貼方式進(jìn)行測(cè)試，這也導(dǎo)致橋梁應(yīng)力測(cè)試的結(jié)果受外界因素影響較大，而撓度測(cè)量的結(jié)果主要受外界溫度的影響，其他外界因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響較小，溫度對(duì)撓度測(cè)試結(jié)果的影響可以通過修正提高測(cè)量精確度。因此，在本工程橋梁的施工監(jiān)測(cè)具體施工過程中，必須嚴(yán)格控制各個(gè)控制截面的撓度和軸線橫橋向偏移，同時(shí)監(jiān)控應(yīng)力(變)發(fā)展情況，并以對(duì)橋梁的變形監(jiān)控作為橋梁施工監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。

2.2 施工監(jiān)控的方法

閉環(huán)反饋控制是橋梁施工監(jiān)控最為常用的方法，而預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?qū)κ┕けO(jiān)測(cè)的要求更好，本工程的施工監(jiān)控積極推行數(shù)字化監(jiān)控手段，在閉環(huán)反饋控制的基礎(chǔ)上加入系統(tǒng)參數(shù)識(shí)別的環(huán)節(jié)，形成施工、量測(cè)、參數(shù)識(shí)別、分析、修正、預(yù)測(cè)、再施工的自適應(yīng)循環(huán)控制程序［2］。對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，在施工前，有必要建立橋梁模型，并按照預(yù)定的施工工藝流程進(jìn)行變形、受力狀態(tài)分析，確定理想狀態(tài)下橋梁結(jié)構(gòu)載各施工階段的變形和受力狀態(tài)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中，應(yīng)將測(cè)試確定的橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)與模型計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，找出兩者的誤差和引起的誤差的原因，從而修正模型或者采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)橋梁施工的偏差進(jìn)行調(diào)整，從而形成施工、監(jiān)測(cè)的良性循環(huán)。

根據(jù)姚家橋(48 +80 +48)m 連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在橋梁工程施工前必須制定符合工程實(shí)際情況的施工方案，并在施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工，并及時(shí)施工監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行處理，在確保各個(gè)施工環(huán)節(jié)滿足施工技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行下一個(gè)工序的施工。通過監(jiān)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)橋梁施工，可以確保橋梁施工在滿足工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高施工效率。

3 線形(高程)監(jiān)控的內(nèi)容與成果分析

在橋梁施工過程中，通過測(cè)試各個(gè)箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高的變化，可以確定橋梁的施工狀態(tài)，若測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)較大偏差，則必須分析偏差原因，進(jìn)行合理的施工控制。因此，線形(高程)的控制是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工控制的關(guān)鍵，測(cè)量工作和模型分析都是圍繞這個(gè)目標(biāo)進(jìn)行的［3］。箱梁橋常用懸臂法進(jìn)行施工，懸臂施工具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但也容易因多種因素的影響導(dǎo)致測(cè)量計(jì)算的箱梁撓度與實(shí)測(cè)撓度存在一定的差異［4］。在本工程施工監(jiān)控中，應(yīng)分析混凝土容重、彈性模量、施工荷載和橋墩變位等對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁撓度的影響程度，并做出相應(yīng)的修正，以提高橋梁工程施工的質(zhì)量和技術(shù)水平。

為保證橋梁線形(高程)監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，在橋梁各橋墩的0#節(jié)段上設(shè)置2 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)(如圖1 所示)，通過測(cè)試其他各節(jié)段測(cè)點(diǎn)的高程變化，可以確定已經(jīng)完成橋梁長(zhǎng)度范圍內(nèi)的撓度。為準(zhǔn)確測(cè)量各施工階段后的主梁線形情況，必須確定各梁段的標(biāo)高，并通過澆筑前后梁段標(biāo)高的變化計(jì)算豎向撓度。為此，必須在每個(gè)施工節(jié)段上布置高程觀測(cè)點(diǎn)，為保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，通常按照左中右的順序布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)離臨空面10cm 以上，同時(shí)注意避開掛籃的位置，本工程各施工階段箱梁的高程監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示。

圖2 箱梁高程監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置示意圖

測(cè)點(diǎn)的位置通常由測(cè)點(diǎn)樁標(biāo)識(shí)，為保證測(cè)點(diǎn)樁與橋梁箱梁頂板的粘結(jié)，應(yīng)采用焊接的方式將Ф22 鋼筋測(cè)點(diǎn)樁與箱梁頂板焊接牢固并使鋼筋測(cè)點(diǎn)樁豎直露出箱梁頂板混凝土表面5cm 左右。0#塊上的測(cè)點(diǎn)為箱梁撓度測(cè)試的水準(zhǔn)基點(diǎn)，通過精密水準(zhǔn)儀(DS1)和因瓦水準(zhǔn)尺測(cè)試其他各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于水準(zhǔn)基點(diǎn)的高程變化，但由于橋梁的撓度變形通常較小，為保證撓度值的精度達(dá)到mm 級(jí)別，應(yīng)采用國家三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求和觀測(cè)方法施測(cè)，并以0#塊上的水準(zhǔn)基點(diǎn)為起閉點(diǎn)按照閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。

通常預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁懸臂施工包括掛籃前移、澆筑階段混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力3 個(gè)階段，由于前兩個(gè)階段箱梁仍處于施工狀態(tài)，主要測(cè)試已完成施工的箱梁線形與理論線形是否吻合，而張拉預(yù)應(yīng)力是在箱梁合攏以后的工序，此階段應(yīng)重點(diǎn)觀測(cè)合攏處的對(duì)接情況。為提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，較少外界因素對(duì)箱梁撓度的影響，通常將撓度觀測(cè)時(shí)間安排在早上五點(diǎn)至8 點(diǎn)，此時(shí)懸臂箱梁的溫度-撓度變形相對(duì)穩(wěn)定，夜晚溫度降低引起的上撓變形停止，而白天溫度上升引起的下?lián)献冃芜€未開始。

箱梁縱向曲線的順滑是變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋線形(高程)控制的重要依據(jù)，但實(shí)際施工過程中很難保證箱梁縱向曲線的完全順滑，若在施工過程的某一階段出現(xiàn)實(shí)際標(biāo)高與理論計(jì)算不一致的情況時(shí)，可以控制后續(xù)施工階段的箱梁高層進(jìn)行逐步調(diào)整，只需保證箱梁無局部的突起和下?lián)?，從整體上來看箱梁縱向曲線是均勻連續(xù)的即可。通過對(duì)懸臂施工過程中橋梁線性變化進(jìn)行及時(shí)觀測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問題，并采取合理的措施進(jìn)行調(diào)整，特別要關(guān)注邊跨合攏前幾個(gè)節(jié)段的線性變化。

由于本工程的變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)? 跨結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照先邊跨再中跨的施工順序進(jìn)行，只有在完成邊跨合攏、解除臨時(shí)錨固后，才能進(jìn)行中跨合攏的施工工作。為保證合攏施工的效率和質(zhì)量，合攏施工通常在一天中氣溫最低時(shí)采用平衡施工法澆筑合攏段混凝土，并在施工過程中對(duì)全橋合攏前兩懸臂端底板相對(duì)高差、合攏后及成橋后測(cè)點(diǎn)高程進(jìn)行觀測(cè)，從而確定合攏施工的質(zhì)量。

從大量的測(cè)試數(shù)據(jù)分析可知，不同施工階段各個(gè)號(hào)塊的位移均滿足規(guī)范要求，成橋后梁段頂面高程最高比設(shè)計(jì)高程高9mm，說明姚家橋連續(xù)梁橋線形基本滿足要求。除個(gè)別測(cè)點(diǎn)外，頂面高程差大部分在(±10mm)之內(nèi)，說明主橋線形平滑。各個(gè)合攏段合攏前兩懸臂端相對(duì)高差最大偏差為7mm，最小偏差為5mm，表明本工程橋梁施工中各個(gè)合攏段合攏順利，合攏精度達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求(±10mm)。

4 結(jié)論

施工監(jiān)控是保證橋梁工程施工質(zhì)量的重要措施，對(duì)保證工程施工進(jìn)度具有重要意義。在變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋施工中，根據(jù)各墩上監(jiān)測(cè)點(diǎn)在澆筑前后梁段標(biāo)高的變化和不同施工階段各個(gè)號(hào)塊的位移情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁施工期間的全過程監(jiān)控，使得橋梁施工過程得到良好的控制，保證施工過程中的結(jié)構(gòu)安全，達(dá)到施工監(jiān)測(cè)和控制的目的。

［1］封麗君.大型橋梁的施工監(jiān)控方案探討［J］.江西建材，2015(7):172-173.

［2］吳旭彪，薛杰.大跨度斜拉橋施工監(jiān)控［J］.廣東公路交通，2012(3):18-21.

［3］姜天曉.關(guān)于橋梁施工控制中若干重點(diǎn)問題的探討［J］.工程與建設(shè)，2012，26(5):673-675.

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