大跨度PC連續(xù)剛構(gòu)特大橋施工監(jiān)控方案探討

王 子， 陳 春, 鄧中華

(中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司路橋工程分公司， 四川成都 610041)

1 工程概況

黃荊壩大橋主橋?yàn)榭鐝?90 m+160 m+90 m)的PC連續(xù)剛構(gòu)橋(圖1)，箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，采用單箱雙室截面。箱梁頂板寬17.1 m，底板寬11.1 m，翼緣板懸臂長(zhǎng)3.0 m，箱梁頂板設(shè)置成-2 %單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高3.5 m(箱梁高均以腹板外側(cè)為準(zhǔn))，箱梁根部斷面和墩頂0號(hào)梁段高為10.2 m。從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內(nèi)厚120 cm，從箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm三種厚度，箱梁底板厚除0號(hào)梁段為150 cm外，其余梁段底板從箱梁根部截面的120 cm厚以1.8次拋物線漸變至跨中及邊跨合攏段截面的32 cm厚。主橋上部采用掛籃懸臂施工，箱梁0號(hào)段長(zhǎng)12 m，懸臂施工標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)度為(7×3 m+8×3.5 m+6×4 m)，全橋共設(shè)3個(gè)合攏段，長(zhǎng)度均為2 m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為8.80 m。

圖1 主橋總體布置

2 施工監(jiān)控目標(biāo)

(1)建立滿足施工精度的施工測(cè)量控制系統(tǒng)。

(2)控制箱梁的標(biāo)高，使箱梁頂面、底面標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求線形，符合設(shè)計(jì)的橫向坡度要求。

(3)控制箱梁的平面位置，使箱梁的中軸線符合設(shè)計(jì)橋梁軸線。

(4)監(jiān)測(cè)箱梁在懸臂施工時(shí)不同施工狀態(tài)下的撓度變形情況，并進(jìn)行撓度—溫度影響規(guī)律研究，對(duì)撓度實(shí)施有效的控制。

施工監(jiān)控精度要求如下：

①應(yīng)力控制誤差不大于2 MPa。

②成橋中軸線偏差不超過(guò)1 cm，成橋主梁標(biāo)高與理論線形值相差不超過(guò)±L/5000=3.2cm；相鄰節(jié)段高差不超過(guò)1 cm。

③合龍誤差在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，主梁合龍段兩端高差控制在±2.0 cm。

3 施工監(jiān)控內(nèi)容

3.1 施工階段計(jì)算分析

對(duì)于主橋連續(xù)剛構(gòu)橋的計(jì)算，采用專業(yè)橋梁計(jì)算程序橋梁博士并結(jié)合空間分析程序Midas Civil進(jìn)行，按照橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際施工階段進(jìn)行仿真計(jì)算(圖2)。

(a)實(shí)體模型

(b)單元節(jié)點(diǎn)模型圖2 橋博仿真模型

3.2 施工監(jiān)控工況劃分

每個(gè)梁段的施工為一個(gè)階段，每階段分成3個(gè)工況：(1)掛籃前移并定位立模；(2)澆注全部混凝土；(3)預(yù)應(yīng)力張拉。

3.3 應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)

(1)主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

在箱梁的根部截面、L/4和L/2截面布置應(yīng)力及溫度測(cè)點(diǎn)，主梁共設(shè)7個(gè)應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)斷面布置4個(gè)應(yīng)力及溫度測(cè)點(diǎn)，頂板和底板各設(shè)置2個(gè)應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖3)。

圖3 主梁測(cè)試截面布置

各截面測(cè)點(diǎn)布置(圖4)，每截面布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，頂?shù)装甯?個(gè)。全橋共布置測(cè)點(diǎn)56個(gè)。

圖4 主梁測(cè)試截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意

(2)主墩應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面及測(cè)點(diǎn)布置。

主墩墩底距基礎(chǔ)3 m位置截面均布置應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)，黃荊壩大橋主墩測(cè)點(diǎn)共計(jì)16個(gè)(圖5)。

圖5 主墩應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意

4 監(jiān)測(cè)方法

4.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

(1)應(yīng)力測(cè)試工作內(nèi)容。測(cè)試元件的安裝調(diào)試、施工期間的數(shù)據(jù)采集、測(cè)試數(shù)據(jù)的分析整理和測(cè)試結(jié)果的總結(jié)四大部分。

(2)應(yīng)變計(jì)按預(yù)定的測(cè)試方向固定在主筋上(圖6)，測(cè)試導(dǎo)線引至混凝土表面。應(yīng)力及溫度監(jiān)測(cè)選用鋼弦應(yīng)力計(jì)(包含測(cè)溫元件)和配套的頻率接收儀，鋼弦應(yīng)力計(jì)溫度誤差小、性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)，適合長(zhǎng)期觀測(cè)。應(yīng)選擇清晨或深夜作為應(yīng)力測(cè)量的時(shí)間。

圖6 應(yīng)力計(jì)安裝

4.2 溫度監(jiān)測(cè)

在施工監(jiān)控過(guò)程中，對(duì)箱梁溫度分布和溫度效應(yīng)影響進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)實(shí)測(cè)溫度計(jì)算結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，得到較為準(zhǔn)確的溫度效應(yīng)，為后續(xù)施工監(jiān)控工作提供數(shù)據(jù)支持。溫度變化對(duì)梁端撓度的影響觀測(cè)選擇中長(zhǎng)懸臂和長(zhǎng)懸臂階段兩個(gè)時(shí)期進(jìn)行24 h溫度測(cè)量，同時(shí)測(cè)試主梁應(yīng)力和撓度的變化。

4.3 主梁線形監(jiān)測(cè)

在施工過(guò)程中隨著施工的進(jìn)行需要準(zhǔn)確把握箱梁在每道工序下的變形，同時(shí)與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核并結(jié)合應(yīng)力測(cè)量結(jié)果，分析梁重誤差、預(yù)應(yīng)力張拉誤差、混凝土收縮徐變和溫度變化等因素對(duì)梁端標(biāo)高的影響，以期獲得橋梁設(shè)計(jì)線形。

線形控制既包括主梁標(biāo)高(撓度)的監(jiān)測(cè)與控制，又包括橋梁中線的監(jiān)測(cè)和控制。一般而言，中線偏差主要是由于掛籃前移定位偏差所致，因此，需要準(zhǔn)確的測(cè)量梁段施工過(guò)程中每一道工序完成后的中線偏差。

5 施工過(guò)程控制與調(diào)整

5.1 確定梁段施工立模標(biāo)高

大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋的成橋線形和合龍精度主要取決于施工過(guò)程中梁段撓度的控制。梁段的前端撓度應(yīng)考慮設(shè)計(jì)文件提供的大橋結(jié)構(gòu)狀態(tài)、施工工況、施工荷載、二期恒載等數(shù)據(jù)，結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行誤差分析，計(jì)入掛籃變形、當(dāng)前塊件的下?lián)现档染C合因素給出立模標(biāo)高。

立模標(biāo)高的計(jì)算公式如下：

Hl=Hs+Y+ △g

Hl為立模標(biāo)高；Hs為設(shè)計(jì)標(biāo)高；Y為預(yù)拋高值；△g為掛藍(lán)變形值。

預(yù)測(cè)標(biāo)高值為：

Hy=Hl-Y0-△g

Y0為澆筑當(dāng)前塊的下?lián)现怠?/p>

其中掛籃變形值是根據(jù)掛籃加載試驗(yàn)，綜合各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，最后繪制出掛籃荷載-撓度曲線，進(jìn)行內(nèi)插而得。

5.2 立模標(biāo)高的調(diào)整方法

立模標(biāo)高的調(diào)整量控制在一個(gè)較小的范圍之內(nèi)，同時(shí)確保主梁線形平順，既要保證主梁各節(jié)段絕對(duì)標(biāo)高的精度，也不能讓主梁出現(xiàn)明顯的折點(diǎn)。當(dāng)本梁段完成后的前端標(biāo)高出現(xiàn)偏差時(shí)，在其后的二個(gè)梁段內(nèi)將其消除。處理方法是：先將本梁段標(biāo)高偏差反號(hào)并兩等分為d，再將d分別加進(jìn)后面施工下兩個(gè)梁段的立模標(biāo)高中。

6 施工過(guò)程控制要點(diǎn)

6.1 立模標(biāo)高控制要點(diǎn)

施工單位根據(jù)第三方監(jiān)測(cè)單位監(jiān)測(cè)報(bào)告里的數(shù)據(jù)，復(fù)核調(diào)整梁段立模標(biāo)高(圖7、圖8)。高程控制以Ⅱ等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為控制網(wǎng)，箱梁懸澆以Ⅲ等水準(zhǔn)高程精度控制聯(lián)測(cè)；選用高精度水準(zhǔn)儀，其偶然誤差不大于1 mm/km。

圖7 第三方監(jiān)測(cè)通知

圖8 復(fù)核立模標(biāo)高

6.2 梁段重量誤差要點(diǎn)

影響梁段重量誤差的主要因素是頂板厚度，同時(shí)嚴(yán)格控制底板厚度和腹板寬度。

6.3 預(yù)應(yīng)力張拉誤差要點(diǎn)

預(yù)應(yīng)力張拉誤差的主要原因是預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)施時(shí)所產(chǎn)生的張拉偏差以及實(shí)際張拉的管道摩擦系數(shù)與管道偏差系數(shù)誤差，嚴(yán)格按“雙控”的原則來(lái)保證預(yù)應(yīng)力張拉的準(zhǔn)確，同時(shí)通過(guò)應(yīng)力測(cè)試來(lái)檢測(cè)預(yù)應(yīng)力張拉的準(zhǔn)確度。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)橋梁建設(shè)高速發(fā)展，大跨度PC連續(xù)剛構(gòu)橋施工工藝也越來(lái)越成熟，如何保證成橋后監(jiān)測(cè)項(xiàng)目偏差符合設(shè)計(jì)指標(biāo)而且線形優(yōu)美，仍然是施工過(guò)程中的重難點(diǎn)。因此，施工監(jiān)控工作是必須的，除了施工單位自控和外部監(jiān)控有機(jī)結(jié)合以外，還必須緊緊圍繞“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等要素展開(kāi)施工監(jiān)控管理工作，在充分分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理的制定監(jiān)控方案，優(yōu)化施工方案和施工工藝，確保合龍精度，消除可能對(duì)結(jié)構(gòu)安全和施工安全產(chǎn)生影響的不利因素，使成橋后的結(jié)構(gòu)線形和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。