懸澆箱梁橋施工監(jiān)控技術(shù)分析

■黃文飛

（尤溪縣交通建設發(fā)展中心， 尤溪 365100）

不管是城市橋梁，還是公路橋梁，在工程建設中橋梁往往扮演的都是主角， 地位都居于首位，其重要性不言而喻。 在建造大跨度橋梁時，若沒有一套完整的施工控制系統(tǒng)來保證施工組織的順利進行，一個不起眼的工序偏差難以被發(fā)現(xiàn)，眾多的偏差疊加將直接影響施工質(zhì)量，甚至危害施工安全。大跨徑連續(xù)橋梁成橋過程中施工工序繁多，影響結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，施工工序未加以監(jiān)測控制，結(jié)構(gòu)參數(shù)未加以修正，將造成計算理論與實際成橋的偏差。故需對各梁段施工進行監(jiān)控工作，才可保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，滿足結(jié)構(gòu)線形。

針對大跨度懸澆箱梁橋一般通過對結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力的監(jiān)測，經(jīng)“監(jiān)測-收集-糾偏-預測”四個環(huán)節(jié)，循環(huán)遞進實現(xiàn)對大跨度懸澆梁橋的施工監(jiān)測控制，以確保成橋線形與結(jié)構(gòu)施工安全[1-2]，其施工控制技術(shù)一般采用預測控制法與自適應控制法[3]。 目前國內(nèi)相應的理論基礎、結(jié)構(gòu)響應測試手段已日趨成熟，有限元計算軟件也更加可靠，涌現(xiàn)了不少成功的控制案例[4-6]。 基于此，本文以一座跨徑為（65+110+65）m 的公路懸澆橋梁為背景工程， 采用預測控制法來開展大跨度懸澆連續(xù)箱橋梁的施工控制技術(shù)分析， 其中理論計算采用正施工法與倒施工法進行多次迭代形成理論值；參數(shù)分析采用最小二乘法來保證控制成果[7]，以期為大跨度懸澆連續(xù)箱橋梁的施工控制技術(shù)提供可靠的實際成果與借鑒。

1 工程概況

橋型布置形式為（65+110+65）m 的變截面連續(xù)箱梁，橋臺形式采用板凳臺、肋式臺，橋墩形式采用箱型墩，基礎采用鉆孔灌注樁，橋梁結(jié)構(gòu)立面如圖1所示。 支點處斷面梁高6.8 m，主跨合攏及邊跨合攏處斷面梁高2.8 m， 其高跨比分別為1∶16.18 和1∶39.29。 采用2 次拋物梁線的底板曲線。 箱梁橫截面為單箱單室直腹板，箱梁頂板寬度為12.0 m，底寬為6.0 m，箱梁底板保持水平，通過兩腹板的高差，實現(xiàn)頂板單向橫坡， 箱梁梁體兩翼板懸臂長度為3.0 m。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)立面圖

2 施工監(jiān)控仿真計算

采用橋梁專用有限元軟件橋梁博士對橋梁結(jié)構(gòu)建立離散模型， 共劃分了78 個單元，79 個節(jié)點，計算幾何模型如圖2 所示。 由仿真計算得到各施工階段的變位預計值，并經(jīng)過正倒裝閉合計算，校核施工過程實際位移，以正倒裝閉合計算結(jié)果作為施工監(jiān)控理論值，用于現(xiàn)場實際施工高程，最后再由現(xiàn)場實際位移得出理論值與實際值的偏差。

圖2 結(jié)構(gòu)計算模型

計算模型不考慮下部結(jié)構(gòu)的作用，臨時支撐和永久支座可模擬為一般彈性連接。 主梁頂部中心節(jié)點和支座頂部節(jié)點用剛性連接模型， 邊跨支架、支座底部用一般支承固結(jié)。 預應力齒塊重量以節(jié)點荷載計入，模型中不考慮橫坡與縱坡的影響。 考慮的施工荷載有自重、掛籃荷載、濕重、預應力和二期荷載橋面鋪裝。 整體升溫、整體降溫、正負溫梯（梁單元溫度荷載）等在建模時均已考慮。 混凝土收縮徐變均按成橋后1500 d 計入。 掛籃荷載按式（1）考慮：

式（1）中L 為施工塊段長，順時針為正，逆時針為負。

每個節(jié)段i 施工開始至完成，一般分為以下4個工況（圖3），全橋共計61 個施工工況。

圖3 梁段施工工況

3 施工監(jiān)控參數(shù)誤差分析與修正

通過施工監(jiān)控“監(jiān)測-收集-糾偏-預測”四個環(huán)節(jié)，測出施工現(xiàn)場實際值，運用參數(shù)敏感性分析方法，找出敏感性較大的主要參數(shù)并在施工監(jiān)控中對該類參數(shù)進行必要修正，使得理論計算值與實際測量值相符合，不斷地對主要參數(shù)進行修正，并以此推測出下一節(jié)段的理論值。 通過事前預測、事中控制以及事后修正， 進行橋梁的施工全過程監(jiān)控[8]。（1）掛籃和支架剛度對監(jiān)控標高的影響：在主梁澆筑施工前，需對掛籃和支架進行堆載預壓，以消除其非彈性沉降、變形，得到支架的彈性變形值，用于修正主梁標高。 （2）梁節(jié)段混凝土澆筑誤差對橋梁的影響：經(jīng)有限元模型分析，當混凝土自重相差6%時，合龍段標高相差20 mm，偏差較大。 故節(jié)段澆筑時，需現(xiàn)場實測混凝土容重r 與節(jié)段所用混凝土量，用于修正計算模型。 （3）墩臺基礎沉降對結(jié)構(gòu)的影響：墩臺基礎沉降對橋梁結(jié)構(gòu)的影響極大，為修正其影響，布設沉降觀測點在每個墩臺上。 一般布設在墩、臺或承臺四角處，如圖4 所示。 （4）預應力誤差的影響：預應力鋼束的實際張拉力與混凝土張拉齡期對主梁的高程與應力影響極大，應按設計圖紙要求施工，現(xiàn)場做好記錄。 監(jiān)控應以實際記錄為準調(diào)整計算模型與修正預應力數(shù)據(jù)。 （5）溫度的影響：溫度對主梁撓度與應力的影響極大，溫度影響包括日溫度影響和年溫度影響，年溫度作用下主梁的撓度增減是均勻的。 日溫度影響較為不一，為減少日照溫差影響，施工測量應在氣溫較低的夜間進行測量。 如無法在氣溫較低時測量，則應在節(jié)段截面布置溫度觀測點， 以獲得溫度對主梁的影響規(guī)律，可按圖5 所示布置溫度測點。

圖4 基礎沉降觀測點布置示意圖

圖5 主梁溫度測點布置示意圖

4 施工監(jiān)控技術(shù)實施

4.1 線型與應力監(jiān)測

4.1.1 線型監(jiān)測

在混凝土澆筑前，在各節(jié)段端部頂板設置5 個觀測點，底板設置3 個觀測點，觀測點主要用于高程與坐標的觀測。 箱梁頂板5 個觀測點用直徑16 cm 的鋼筋預埋于端頭15 cm 處， 露出混凝土面2 cm，同時對端頭進行打磨；底板上設立3 個觀測點，觀測梁段底板。 節(jié)段混凝土澆注前后、張拉前后頂板5 個測點標高均需測量[8]。 測點布置如圖6 所示。

圖6 標高測點布置示意圖

4.1.2 應力監(jiān)測

本項目橋梁正應力監(jiān)測斷面共11 個截面。 為了監(jiān)測箱梁橫向應力，在跨中截面布置了橫向應力傳感器，可以滿足計算分析的需要，切實指導施工。應力監(jiān)測斷面布置如圖7 所示。

圖7 橋梁應力測點布置示意圖

4.2 主要施工階段線形監(jiān)測成果

表1 列出了主梁主要節(jié)段施工實測撓度與理論撓度的對比，中跨合龍段兩端計算高差為0.012 m，實測高差為0.020 m，合龍精度為0.008 m。 圖8 給出了橋梁施工各節(jié)塊底板標高比較圖，由圖可知施工過程中實測高程與理論預計高程的差值不大，偏差值基本控制在2 cm 的范圍內(nèi)， 也達到施工控制的預期目標。

表1 節(jié)塊主梁澆筑完畢后底板高程（單位：m）

圖8 橋梁施工各節(jié)塊底板標高比較

4.3 應力控制成果

隨著懸澆施工的不斷進行，控制截面在合理預應力作用下， 截面測點受力始終以壓應力為主，個別階段個別點出現(xiàn)的拉應力均較小。 在完成結(jié)構(gòu)合龍完成體系轉(zhuǎn)換后，應力監(jiān)測點最大壓應力（壓應力22.7 MPa，拉應力1.9 MPa）始終處于設計抗壓值以下。 可見通過施工過程的應力監(jiān)測，實施施工控制技術(shù)，確保了結(jié)構(gòu)的安全性。

5 結(jié)論

（1）以監(jiān)測監(jiān)控結(jié)構(gòu)應力及線形為主要任務，對施工控制方案進行探討與分析，現(xiàn)場采集施工過程中各關鍵截面、關鍵點的結(jié)構(gòu)響應，應用現(xiàn)代施工控制理論，合理分析與處理誤差，正確地進行參數(shù)分析，對后續(xù)階段提供合理預測；（2）中跨合龍段兩端計算高差為0.012 m， 實測高差為0.020 m，合龍精度為0.008 m。 實現(xiàn)了監(jiān)控方案控制目標，保證了結(jié)構(gòu)線形。 （3）成橋過程中各結(jié)構(gòu)安全可靠，控制截面應力狀態(tài)變化趨勢與理論狀態(tài)接近，內(nèi)力狀態(tài)滿足設計要求。