大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋施工監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

饒承彪，謝 琪，王 濤

(1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550016)

1 工程概況

某預(yù)應(yīng)力鋼混凝土剛構(gòu)橋?yàn)橐豢鐜靺^(qū)橋梁，雙幅布置，橋梁跨徑組合為(55+100+55)m，主梁為單箱雙室截面，預(yù)應(yīng)力為三向預(yù)應(yīng)力體系，跨中梁高2.5 m，0號塊梁高6 m，橋墩采用雙肢薄壁實(shí)心墩，單肢截面尺寸為1 m×14 m，基礎(chǔ)為承臺群樁基礎(chǔ)，其中承臺尺寸10.3 m×8 m×4 m，樁基直徑為2.2 m，數(shù)量6根。橋型布置圖如圖1所示。

2 橋梁監(jiān)控目標(biāo)、剛構(gòu)橋施工全參數(shù)及技術(shù)要求

2.1 監(jiān)控的目標(biāo)

橋梁監(jiān)控的目標(biāo)從整個施工的過程可以劃分為兩個階段，分別是橋梁竣工階段和主梁合攏階段。對于懸臂法澆筑的剛構(gòu)橋，竣工階段，為抵抗橋梁收縮徐變對后期橋梁梁體下?lián)系陌l(fā)生，設(shè)計(jì)人員會賦予橋梁各個節(jié)段一定的預(yù)拱度，以確保橋梁在服役期內(nèi)線性與設(shè)計(jì)狀態(tài)相符，從而控制梁體的受力狀態(tài)，因此，竣工階段的監(jiān)控目標(biāo)便是通過線性控制為主、受力控制為輔的監(jiān)控原則，確保橋梁竣工時橋梁的線性與設(shè)計(jì)線性相一致或誤差在可控范圍內(nèi)。

根據(jù)確認(rèn)的橋梁竣工狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)倒拆，通過移除橋面荷載、二期恒載，從而得到主梁合攏狀態(tài)，并進(jìn)一步獲得從最大懸臂狀態(tài)到0號塊澆筑時的主梁線形及受力狀態(tài)，從而為施工過程中提供各階段施工監(jiān)控目標(biāo)，并在施工過程中加以控制，從而使懸臂澆筑的T構(gòu)在合攏后達(dá)到倒拆確定的合同線性。

2.2 剛構(gòu)橋施工監(jiān)控全參數(shù)及技術(shù)要求

根據(jù)《公路橋梁施工監(jiān)控技術(shù)規(guī)范》中對監(jiān)測參數(shù)的要求，對于梁式橋，應(yīng)監(jiān)控橋墩應(yīng)力、主梁高程、應(yīng)力、軸線、溫度等參數(shù)，另外，根據(jù)《大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)范》，對于混凝土體，其最小邊大于1 m時，應(yīng)進(jìn)行大體積混凝土水化熱監(jiān)控，對于剛構(gòu)橋，其橋臺、承臺、橋墩、0號塊等 構(gòu)件最小尺寸通常均會超規(guī)范最小限值要求，因此通常均需要進(jìn)行混凝土施工水化熱監(jiān)測。同時，還應(yīng)進(jìn)行墩身豎直度的監(jiān)測[1]。根據(jù)上述規(guī)范并結(jié)合《橋涵施工技術(shù)規(guī)范》，梳理剛構(gòu)橋施工監(jiān)控量測的參數(shù)及其技術(shù)要求列表見表1。

表1 預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋施工監(jiān)控全參數(shù)及其技術(shù)要求

3 上部結(jié)構(gòu)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

3.1 主梁高程監(jiān)測

主梁高程的測量是剛構(gòu)橋施工監(jiān)控中的最主要參數(shù)，其目的是確保在懸臂施工的過程中，各個節(jié)段的梁端高程在一定的范圍內(nèi)，并通過施工過程匯總下發(fā)監(jiān)控指令，對節(jié)段中的高程誤差進(jìn)行調(diào)整，使主梁在合攏后高程滿足要求。在剛構(gòu)橋的監(jiān)控過程中，采用雙控的方式進(jìn)行橋梁的監(jiān)控，即“高程監(jiān)控為主，應(yīng)力監(jiān)控為輔”。高程的測量內(nèi)容主要有以下三個[2]。

1)測點(diǎn)的布置。主梁高程的測量通常需要在橋址周圍設(shè)置橋梁永久性觀測點(diǎn)，用于橋梁施工過程中及橋梁竣工后的觀測參照點(diǎn)，在測量過程中，采用全站儀轉(zhuǎn)點(diǎn)的方式將觀測點(diǎn)引至橋墩墩頂，打下相對觀測點(diǎn)，再用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行過程中的測量。2)測量次數(shù)。每個節(jié)段在施工過程中均需要進(jìn)行測量，測量的過程分為4個步驟：分別是節(jié)段澆筑前立模測量、節(jié)段混凝土澆筑后測量、預(yù)應(yīng)力張拉前測量和預(yù)應(yīng)力張拉后測量。同時，在每澆筑4個～6個節(jié)段后，需對已澆筑全部節(jié)段進(jìn)行全橋現(xiàn)行測量。3)主梁截面高程觀測控制點(diǎn)。對于高程的觀測，應(yīng)在測量梁端采用短鋼筋，在橋梁澆筑時一并澆筑，通常在每個截面肋板中心線上布置。對于本橋，應(yīng)在3個肋板中心線的頂板處布設(shè)高程觀測控制點(diǎn)，本橋觀測點(diǎn)的布置示意見圖2。

3.2 主梁軸線監(jiān)測

主梁軸線偏位的監(jiān)測是為了確保主梁施工過程中梁體軸線符合設(shè)計(jì)線性的要求，通常采用全站儀進(jìn)行監(jiān)測，測量的方法為在每個梁段澆筑后的梁段進(jìn)行布點(diǎn)測量。對于各個梁段中已經(jīng)產(chǎn)生的誤差，其調(diào)整方法與高程調(diào)整的方法一致[3-4]。

3.3 主梁應(yīng)力監(jiān)測

主梁應(yīng)力的監(jiān)測是對梁體受力狀態(tài)的直接反映，通過有限元計(jì)算出各個階段施工過程中梁體的應(yīng)力水平，通過預(yù)埋的應(yīng)變傳感器對梁體應(yīng)變進(jìn)行測量并換算為梁體應(yīng)力進(jìn)行對照，確認(rèn)梁體受力狀態(tài)是否可控。

1)截面應(yīng)力監(jiān)測的內(nèi)容和方法。對于剛構(gòu)橋，其主梁截面應(yīng)力的監(jiān)測主要是對各階段施工過程中特定截面的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測和合攏狀態(tài)下應(yīng)力的監(jiān)測，主要的監(jiān)測對象是截面的法向應(yīng)力。通常采用的測量方法是通過預(yù)埋的應(yīng)力傳感器進(jìn)行直接測量，一般采用鋼弦式應(yīng)變計(jì)，其工作性能較為穩(wěn)定，且測量精度高。2)應(yīng)力監(jiān)測截面的選擇及應(yīng)力測點(diǎn)的布置。應(yīng)力監(jiān)測截面通常選擇主梁在施工期間、成橋狀態(tài)下的內(nèi)力控制截面，對于懸臂澆筑的剛構(gòu)橋，在施工期間，其受力控制截面為箱梁根部，在懸臂澆筑的狀態(tài)下，懸臂箱梁墩頂為最大負(fù)彎矩處，因此根部截面為控制截面；在合攏狀態(tài)下，1/4跨通常是內(nèi)力的反彎點(diǎn)，受力極其復(fù)雜，因此1/4跨截面為控制截面，但仍需通過計(jì)算進(jìn)行進(jìn)一步的修正調(diào)整[5-6]。應(yīng)力測點(diǎn)的布置主要布設(shè)在梁體的頂板和底板中，鋼線式應(yīng)變計(jì)的長度方向應(yīng)為順橋向，以本橋?yàn)槔?，測點(diǎn)的布置如圖3所示。

3.4 梁體溫度監(jiān)測

梁體溫度是為了修正梁體檢測應(yīng)力的結(jié)果。梁體的溫度測量分為兩個內(nèi)容，對應(yīng)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范分別是：整體溫度和梯度溫度。整體溫度的測量可以直接測量或預(yù)埋溫度傳感器的試塊進(jìn)行測量，梯度溫度則需要在梁體截面中預(yù)埋溫度傳感器進(jìn)行測量，預(yù)埋的溫度傳感器一般采用電阻式溫度傳感器，通常與應(yīng)變傳感器一并布置。

4 下部結(jié)構(gòu)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

4.1 橋墩應(yīng)力監(jiān)測

橋墩應(yīng)力的布置采用鋼弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測量，測點(diǎn)布置為距離墩底0.5 m～1 m處，橋墩澆筑過程中提前預(yù)埋。應(yīng)注意應(yīng)變器方向與橋墩豎直方向一致。

4.2 橋墩豎直度監(jiān)測

豎直度的檢測是確保橋墩施工空間姿態(tài)在施工結(jié)束后符合設(shè)計(jì)要求的重要監(jiān)控指標(biāo)。量測的方法為主要采用全站儀進(jìn)行測量，通過在預(yù)定截面預(yù)埋的鋼筋頭上安裝目標(biāo)棱鏡進(jìn)行空間坐標(biāo)測量，又或采用粘貼反光靶標(biāo)、無棱鏡測量等方法進(jìn)行測量，其中，無棱鏡測量結(jié)果誤差較大，僅適用于施工條件限制的情況。

4.3 承臺水化熱監(jiān)測

為將混凝土的水化熱維持在可控范圍內(nèi)，通常大體積混凝土將采用布置冷卻系統(tǒng)的方式對大體積混凝土進(jìn)行降溫，但是不同溫度區(qū)域?qū)禍厮俾?、?nèi)外溫差又有要求，需要對冷卻系統(tǒng)加以控制。通常采用在混凝土體內(nèi)布設(shè)溫度傳感器進(jìn)行混凝土體溫度的監(jiān)測，進(jìn)一步控制冷卻系統(tǒng)的供水流量及入水溫度[7-8]。

溫度傳感器通常采用有線的電阻式溫度傳感器，采用測量長邊、短邊和對角線的方式進(jìn)行溫度場的測量，不同厚度分層布置。根據(jù)本橋布設(shè)溫度測點(diǎn)平面布置如圖4所示。

5 結(jié)語

剛構(gòu)橋的監(jiān)控量測最終的工作結(jié)果是確保剛構(gòu)橋合理合攏狀態(tài)的關(guān)鍵，做好每個階段的量測工作，并及時將調(diào)整建議及監(jiān)控指令反饋到施工過程中，確保監(jiān)控工作過程結(jié)果得到有效運(yùn)營，將確保橋梁合龍后達(dá)到設(shè)計(jì)的立項(xiàng)狀態(tài)，為橋梁的運(yùn)營安全提供保障。