探討某連續(xù)剛構(gòu)橋梁的施工監(jiān)控

王 鵬

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

分節(jié)段施工法是大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋上部結(jié)構(gòu)施工的常用手段，在施工環(huán)節(jié)需對應(yīng)力變化指標、橋梁線型進行嚴格控制，是該類鋼構(gòu)橋施工的技術(shù)難點，需結(jié)合施工現(xiàn)場情況采取有效措施保障橋梁成型狀態(tài)[1-3]。該文基于某大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋的工程監(jiān)控案例，進行主要技術(shù)措施、應(yīng)變監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測等技術(shù)分析，從而確保結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化符合設(shè)計要求、合龍段標高相對偏差控制在允許范圍內(nèi)、橋梁線型合規(guī)。

1 工程概況

某大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋全長1 799.50 m，主橋梁為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋?qū)挒?0 m+150 m+90 m，主橋梁為薄壁空心墩、變截面箱梁，跨中梁與邊支點高度為3.5 m，橋梁中支點高度為9 m。箱梁0#節(jié)段長度為12 m，其余節(jié)段長度在3~4.5 m不等，墩頂和中跨跨中處設(shè)置橫梁，全橋共主跨合龍段1個，邊跨合龍段2個，合龍段長度約2 m。

該橋梁箱梁體為豎向、縱向結(jié)合的預(yù)應(yīng)力體系，豎向預(yù)應(yīng)力來源為ψj32精軋螺紋鋼，縱向預(yù)應(yīng)力來源為Φδ15.20高強度低松弛鋼絞線。選用懸臂澆筑工藝施工，立模澆筑0#節(jié)段形成T構(gòu)，此為項目工藝核心，隨后于該節(jié)段梁體安裝掛籃，并對1~17#節(jié)段進行對稱澆筑。采用墩臺上搭設(shè)支架的方案，進行邊跨現(xiàn)澆段、合龍段的同步施工，中跨合龍段最后澆筑。

2 施工監(jiān)控的原則

2.1 線型監(jiān)控原則

連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過程中，線型控制的關(guān)鍵在于保障施工立模預(yù)拱度參數(shù)準確，通常在橋梁建設(shè)完成且其變形性相對穩(wěn)定后，進行主梁標高的現(xiàn)場勘測，確認其符合設(shè)計要求[4-5]。需對施工環(huán)節(jié)懸澆段箱梁的位移值嚴格控制，同時嚴密檢測撓度數(shù)據(jù)，使其符合設(shè)計精度。通過加強施工現(xiàn)場檢測，對工藝偏差加以整改，進行誤差分析后選擇最佳的調(diào)整策略，為現(xiàn)澆段施工精度提升奠定基礎(chǔ)。

2.2 內(nèi)力監(jiān)控原則

內(nèi)力監(jiān)控是控制主梁質(zhì)量的有效手段，通過嚴格把控施工工藝流程、技術(shù)要點，確保橋梁完工后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力符合批準方案，降低混凝土應(yīng)力、腹板剪切力不足導(dǎo)致的質(zhì)量風險，避免主梁結(jié)構(gòu)安全事故出現(xiàn)。

3 施工監(jiān)控的方法

反饋控制法是閉環(huán)控制手段，即采用自適應(yīng)策略以反饋控制為基礎(chǔ)進行系統(tǒng)誤差調(diào)節(jié)，通過自我調(diào)整解決反饋控制精度不足的弊端。橋梁施工實踐不可能與理論預(yù)測完全一致，故此須結(jié)合項目實際情況加強現(xiàn)場勘測，分析理論與實踐誤差來源，對工藝流程、技術(shù)指標等加以調(diào)整，減小理論模型計算值與實際數(shù)據(jù)之間的誤差[6]。

自適應(yīng)控制方法即在項目施工過程中進行施工、測量、運算、評估，隨后重新進行上述工序以完成模型優(yōu)化的效果，通過對模擬值和實測值的比對，增強項目吻合性。通過上述流程獲取模型數(shù)據(jù)，對各個不同工序施工過程最理想狀態(tài)參數(shù)進行識別校正，采取反饋控制措施，嚴格把控主梁施工流程。不斷重復(fù)、修正、識別后，對比各工況情況，保持實際數(shù)據(jù)與計算模型的一致，從而有效監(jiān)控主梁施工過程，提高項目參數(shù)準確性。

4 施工監(jiān)控模型分析

施工中借助Midas civil軟件嚴格控制項目工序，遵循施工設(shè)計圖參數(shù)指標，結(jié)合主梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，校正項目工況，確保施工質(zhì)量。通過多重校準，確保橋梁結(jié)構(gòu)受力指數(shù)符合方案要求，并借助參數(shù)精度控制提高線型標準，確保澆筑的箱梁預(yù)拱度指標符合方案規(guī)定，對設(shè)計單位參數(shù)校對，確保工藝指標合規(guī)。

利用公式（1）進行主梁預(yù)拱度的計算，預(yù)拱度數(shù)值計算時，應(yīng)考慮活載撓度的影響。

式中，∑if1——橋梁i截面上已澆筑梁段產(chǎn)生的撓度和；∑if2——轉(zhuǎn)換施工體系過程中產(chǎn)生的撓度和；fi——i節(jié)段澆筑梁體對應(yīng)的預(yù)拱度值；∑if3和∑if4——分別為i截面上橋梁澆筑段的施工荷載下產(chǎn)生的撓度值和半數(shù)荷載情況下產(chǎn)生的撓度值。

利用Midas civil軟件結(jié)合項目工藝標準和參數(shù)精度進行橋梁有限元模型的構(gòu)建，對施工狀況在線模擬，以該項目實際情況為基礎(chǔ)，共設(shè)計20個橋墩單元、191個變截面梁單元，合計211個計算單元。

5 過程控制與分析

5.1 主梁線型測量

0號塊高程測點為控制橋梁線型的關(guān)鍵，將該測點作為基準點以分析不同節(jié)段的高程。施工過程中需結(jié)合項目需求和方案指標，對主梁底板、頂板標高進行嚴格控制，結(jié)合基準點對比不同高程觀測點數(shù)據(jù)[7-8]。在0號塊兩個墩頂，選合適位置布置9個高程觀測點，取三個斷面分別布置三個高程觀測點，觀測點多選取橫斷面中間位置、懸臂板與承托交接點，詳見圖1和圖2所示。施工過程中需對技術(shù)參數(shù)嚴格控制，加強現(xiàn)場測量，控制混凝土澆筑后高程、掛籃移動后高程、掛籃立模高程等數(shù)據(jù)，確保技術(shù)參數(shù)符合方案要求[9]。

圖1 0號塊高程測點布置示意圖（單位：m）

圖2 各節(jié)段高程測點布置示意圖

5.2 墩底沉降及墩頂偏位觀測

用沉降釘或鋼筋作基準點，對墩底處預(yù)埋件標高進行測量，使其高出墩底承臺面5 cm并做醒目標識，可于墩頂處合適位置設(shè)置反射鏡片與標識協(xié)同觀測墩底沉降、墩頂偏移等情況。在橋墩墩底承臺合適位置選擇觀測點，監(jiān)測橋梁的沉降數(shù)據(jù)，并在墩頂位置設(shè)置觀測點觀測墩頂偏移情況，詳見圖3和圖4所示。

圖3 橋墩沉降測點布置示意圖

圖4 Pm19墩底沉降變形曲線

5.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測

混凝土在持續(xù)荷載作用力影響下總應(yīng)變mε可用下列表達式計算：

該大橋主梁選用8個控制界面進行應(yīng)力控制，分別選取主梁主跨中截面、中跨1/4截面、邊跨跨中截面、橋墩控制截面、墩頂兩側(cè)截面等作為控制截面，詳見圖5所示。

圖5 大橋的應(yīng)力應(yīng)變測試截面位置示意圖（單位：cm）

根據(jù)方案預(yù)設(shè)，將傳感器放置于主梁應(yīng)變監(jiān)測截面，按照固定位置、方向與混凝土主筋固定連接，結(jié)合施工方案圖紙、技術(shù)指標，控制傳感器與頂板混凝土距離為8 cm，詳見圖6所示。按規(guī)定方法引導(dǎo)傳感器導(dǎo)線，并對其外表面進行保護。預(yù)應(yīng)力張拉后，應(yīng)對每處懸澆段混凝土澆筑后的應(yīng)變數(shù)據(jù)進行檢測，了解預(yù)應(yīng)力張拉情況下不同節(jié)段的應(yīng)力水平，并將檢測值與設(shè)計數(shù)據(jù)相比對。

圖6 大橋控制截面應(yīng)變測點布置圖（單位：cm）

5.4 溫度測試

橋梁截面應(yīng)力值和撓度值與溫度密切相關(guān)，日照條件會直接影響表面溫度，從而導(dǎo)致主梁頂板與底板間出現(xiàn)溫差，從而導(dǎo)致向量內(nèi)產(chǎn)生次應(yīng)力，并使主梁撓度彎曲。

應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求，加強監(jiān)測點溫度變化的數(shù)據(jù)檢測，可選用振弦式應(yīng)變計，測量不同時間點、目標點的溫度值，并繪制溫度變化曲線。測試時間應(yīng)選擇清晨，減小日照產(chǎn)生的溫差，也可以通過溫度校正的方式，消除日照因素導(dǎo)致的溫度變化。

5.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)系統(tǒng)要求，跨徑L大于100 m時，懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土梁頂面高程允許偏差為30 mm，實際施工過程中需嚴格控制橋梁頂面高程差，將誤差控制在規(guī)定范圍內(nèi)[10]。

橋梁預(yù)應(yīng)力全面張拉后，橋梁結(jié)構(gòu)的最大壓應(yīng)力為15 MPa，最大拉應(yīng)力為0.056 MPa，結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)、技術(shù)指標分析，橋梁結(jié)構(gòu)拉壓應(yīng)力儲備值降低，但均在混凝土材料的強度允許值范圍內(nèi)。

6 結(jié)論

監(jiān)測結(jié)果顯示，該大橋Pm19和Pm20墩0~17#節(jié)段在施工過程中工藝流程準確，掛籃定位精度高，均符合項目要求和參數(shù)規(guī)范，經(jīng)過對大橋施工工藝的全流程監(jiān)控，將橋梁線型、應(yīng)力指標控制在標準范圍內(nèi)，技術(shù)參數(shù)符合系統(tǒng)要求，證實該橋梁施工效果可觀。

該橋梁為大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)橋，施工監(jiān)控與工藝參數(shù)分析同步執(zhí)行，項目施工數(shù)字化程度顯著提升，信息化水平有所改善，確保了橋梁施工質(zhì)量。