高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋線形監(jiān)控研究

鄭鵬哲

（中鐵一局集團(tuán)有限公司第三工程分公司 陜西省寶雞市 721006）

隨著我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展，急需修建更多的高墩大跨徑橋梁跨越大河大江和深谷，使得預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋得到更大的發(fā)展。高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋，其施工階段比較多，各個(gè)階段會(huì)受變形、內(nèi)力、應(yīng)變與墩高、荷載大小、混凝土收縮、徐變、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力損失、溫度、施工誤差、材料特性等多種因素影響，均可能會(huì)影響工程的整體質(zhì)量[1]，因此開展橋梁工程監(jiān)控測(cè)量，及時(shí)、準(zhǔn)確地提供施工控制數(shù)據(jù)對(duì)橋梁的施工質(zhì)量有著重要的意義。

1 工程概況

哈格達(dá)溝特大橋主橋?yàn)橐蛔缫宦?lián)預(yù)應(yīng)力混凝土高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑組合110+200+110=420m。主梁為單箱單室預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱型梁，墩頂梁高12m，跨中減小為3.5m。主墩最大高度為100m，主墩采用縱橋向不變，橫橋向單向放坡的雙肢薄壁實(shí)體結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)，如圖1所示。

圖1 橋型結(jié)構(gòu)示意圖

2 工程施工監(jiān)控系統(tǒng)的建立

橋梁施工控制的實(shí)施涉及到方方面面，所以必須事先建立完善、有效的控制系統(tǒng)才能達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)。橋梁施工控制系統(tǒng)的建立及其功能的確定要根據(jù)不同的工程施工實(shí)際分別考慮。一般施工控制系統(tǒng)都具備管理與控制的功能，施工控制系統(tǒng)由施工控制管理與施工現(xiàn)場(chǎng)控制兩個(gè)分系統(tǒng)組成。施工控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 施工控制系統(tǒng)框圖

3 高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋線形監(jiān)控的具體路徑

3.1 工程整體穩(wěn)定性分析

結(jié)合本橋的施工方案和施工方法，采用Midas分析軟件對(duì)不同施工階段時(shí)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，防止異常情況下的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，并根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果及時(shí)向施工單位及監(jiān)理工程師發(fā)出書面通知，并提出相應(yīng)的整改措施。

3.2 掛籃設(shè)計(jì)安全評(píng)估及靜載試驗(yàn)

3.2.1 安全評(píng)估

掛籃是大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行懸臂施工的主要設(shè)備，為此應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析及變形驗(yàn)算，確保安全及變形滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。掛籃驗(yàn)算采用Midas結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析。

3.2.2 靜載試驗(yàn)

由于掛籃本身的變形會(huì)對(duì)立模標(biāo)高產(chǎn)生很大的影響，所以在掛籃安裝完成后，對(duì)掛籃必須進(jìn)行靜載試驗(yàn)[2]。監(jiān)控單位將配合施工單位采集掛籃在各種不同荷載作用下的變形及受力特征值，并應(yīng)用到施工監(jiān)控過(guò)程中，以便正確預(yù)測(cè)梁段的立模標(biāo)高。

根據(jù)測(cè)試要求，加載重量按等效荷載的1.2～1.4倍進(jìn)行，擬分3級(jí)加卸載。荷載分級(jí)按施工工藝安排進(jìn)行，一般第一級(jí)加載以底板重量為等效荷載，第二級(jí)按腹板重量的2/3進(jìn)行，第三級(jí)按剩余荷載進(jìn)行，最后加載須等待72h（混凝土等強(qiáng)時(shí)間），中途加載等待30min即可；三級(jí)卸載按加載順序反方向進(jìn)行；在每次等待時(shí)間滿足要求后記錄掛籃前支后錨的變形，剔除非彈性變形，繪制彈性變形和荷載曲線，為分析墩旁托架和掛籃變形及施工結(jié)構(gòu)安全服務(wù)其總變形量不得超出20mm。

掛籃靜載試驗(yàn)時(shí)可在掛籃的主桁桿上，掛籃的后錨鋼筋上布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)；在掛籃的前吊點(diǎn)布置撓度測(cè)點(diǎn)；另外為了測(cè)定吊點(diǎn)的相對(duì)撓度，還應(yīng)對(duì)支點(diǎn)的沉降進(jìn)行測(cè)量。

3.3 主梁位移監(jiān)測(cè)

該工程大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁采用節(jié)段懸臂澆筑法施工，位移監(jiān)測(cè)分豎向位移監(jiān)測(cè)和平面位移監(jiān)測(cè)。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中監(jiān)控單位將和施工單位共用一個(gè)測(cè)量控制網(wǎng)，在共用的基礎(chǔ)上又相互獨(dú)立、相互監(jiān)督、相互檢查[3]。控制過(guò)程是“施工→測(cè)量→預(yù)測(cè)→識(shí)別→調(diào)整→預(yù)告→施工”的循環(huán)過(guò)程。在此過(guò)程中對(duì)主梁的變形與應(yīng)力實(shí)行雙控，這是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。其主要分為兩個(gè)組成部分，一部分是施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即在橋梁施工過(guò)程中通過(guò)在橋上埋設(shè)各類傳感器和設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，采集資料。再一個(gè)是資料分析仿真模擬計(jì)算系統(tǒng)，將采集到的資料進(jìn)行分析處理，以確定一道施工工序的有關(guān)參數(shù)。因此在箱梁標(biāo)高控制過(guò)程中需要細(xì)致的觀測(cè)、測(cè)試工作和大量的計(jì)算分析工作。通過(guò)有效的監(jiān)控，保證設(shè)計(jì)的施工過(guò)程和受力狀態(tài)得以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)，最終達(dá)到成橋階段的控制目標(biāo)。

3.4 主梁應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)

由于高墩大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋橋墩和主梁聯(lián)合作用，使得主梁各部位受力復(fù)雜多變，通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)找出各施工階段控制斷面的應(yīng)力變化規(guī)律指導(dǎo)施工，同時(shí)通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中異常現(xiàn)象，避免發(fā)生不安全事故。比如預(yù)應(yīng)力鋼束出現(xiàn)滑索，鋼束內(nèi)縮，存在過(guò)大的預(yù)應(yīng)力損失等從錨固點(diǎn)觀測(cè)不到時(shí)，可以通過(guò)應(yīng)力變化檢查出來(lái)，及時(shí)進(jìn)行處理。

主梁正應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面設(shè)在懸臂根部（距懸臂根部約1/2梁高處）、L/4、L/2、3L/4等斷面，主橋共設(shè)11個(gè)斷面。每斷面內(nèi)分別設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)均勻布置在腹板與頂板和底板相交處。

3.5 主墩施工監(jiān)控

（1）平面位移的監(jiān)測(cè)：首先在主墩施工過(guò)程中，要求施工單位用激光對(duì)準(zhǔn)儀配合經(jīng)緯儀對(duì)主墩的垂直度進(jìn)行控制，監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)指導(dǎo)進(jìn)行主墩施工，確保主墩垂直。同時(shí)在主梁懸澆及合龍過(guò)程中，用全站儀對(duì)主墩的垂直度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)反映主梁懸澆的對(duì)稱性及合龍時(shí)的水平位移。

（2）應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)：為了能準(zhǔn)確掌握主梁施工過(guò)程中主墩的受力狀態(tài)及主墩的安全性，分別在單幅橋主墩墩底標(biāo)準(zhǔn)段及墩頂標(biāo)準(zhǔn)段截面（距變截面0.5m）設(shè)主墩應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控?cái)嗝?。結(jié)合本橋特點(diǎn)，我們將對(duì)主橋的2#、3#墩進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)，共設(shè)4個(gè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面分別設(shè)4個(gè)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)埋設(shè)TFL-S-GJxx型鋼筋應(yīng)力傳感器和TFL-S-NMxx型埋入式應(yīng)變傳感器共同采集、相互校核來(lái)獲得數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集采用TFLZXRB-Bx型數(shù)據(jù)采集儀。

3.6 承臺(tái)及基礎(chǔ)下沉量監(jiān)控

為了準(zhǔn)確測(cè)得主墩及主梁的豎向位移量，擬對(duì)承臺(tái)和基礎(chǔ)的下沉量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。承臺(tái)及基礎(chǔ)沉降量通過(guò)在承臺(tái)頂面設(shè)觀測(cè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，觀測(cè)點(diǎn)在每個(gè)承臺(tái)上設(shè)4個(gè)點(diǎn)，分別布置在前后左右四個(gè)正交方向，觀測(cè)點(diǎn)采用φ16螺紋鋼筋棍，埋設(shè)方法同主梁位移觀測(cè)點(diǎn)，其觀測(cè)頻率同主梁觀測(cè)頻率。

3.6.1 預(yù)應(yīng)力鋼絞線管道摩阻損失的測(cè)定

在進(jìn)行鋼絞線張拉時(shí)，由于管道摩阻會(huì)造成預(yù)應(yīng)力不同程度的損失。因頂板預(yù)應(yīng)力索和底板預(yù)應(yīng)力索平、豎面曲率差距很大，將對(duì)頂板、腹板的預(yù)應(yīng)力鋼束（各選取2束）分別進(jìn)行管道摩阻損失測(cè)試。測(cè)試前在預(yù)應(yīng)力錨具下安裝壓力傳感器，通過(guò)一端張拉預(yù)應(yīng)力索來(lái)測(cè)取錨具下傳感器力值，然后推算預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失。

3.6.2 預(yù)應(yīng)力鋼絞線預(yù)應(yīng)力度監(jiān)測(cè)

在進(jìn)行鋼絞線張拉前，在預(yù)應(yīng)力錨具下安裝壓力傳感器，通過(guò)對(duì)張拉過(guò)程中壓力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和分析，同步監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力狀態(tài)。

進(jìn)行施測(cè)，能測(cè)量到變形大于±1mm的撓度值。為保證觀測(cè)精度，以0#塊上的水準(zhǔn)點(diǎn)為起終點(diǎn)，采用閉合水準(zhǔn)路線的形式進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，工程施工監(jiān)控工作一方面是保證各個(gè)施工階段能安全、可靠地進(jìn)行；另一方面是結(jié)合測(cè)試分析和模擬計(jì)算，對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和控制，優(yōu)化施工工序、保證工程質(zhì)量，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程的施工特點(diǎn)，開展高效的施工監(jiān)控，從而為社會(huì)提供更加高質(zhì)量的橋梁精品工程。