上跨高速公路連續(xù)梁施工線形監(jiān)測信息化應(yīng)用

劉守超

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

連續(xù)梁是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，其具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于其跨度較大，荷載作用較為復(fù)雜，因此連續(xù)梁的安全性和可靠性一直是橋梁工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。連續(xù)梁線形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是針對連續(xù)梁進(jìn)行的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測分析。傳統(tǒng)的線形測量方法需要人工操作，工作量大且不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測?，F(xiàn)代的無損檢測技術(shù)包括激光測距、振動(dòng)傳感器和應(yīng)變計(jì)等[1-3]，這些技術(shù)具有自動(dòng)化程度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是需要專業(yè)設(shè)備和技術(shù)支持。該文以宣績鐵路跨溧黃高速特大橋3#墩連續(xù)梁施工為依托，詳細(xì)介紹了連續(xù)梁線形監(jiān)測系統(tǒng)，規(guī)范連續(xù)梁線形監(jiān)測工作，控制偏差超限，實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁線形監(jiān)測信息化，確保連續(xù)梁順利合龍，能為類似工程提供借鑒。

1 工況簡介

甲路跨S01 溧黃高速特大橋（40+2×72+40）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（雙線），梁全長225.5m，箱梁頂寬12.6m，底寬6.7m。梁體為單箱室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。頂板厚度40cm，底板厚度50cm～100cm，腹板厚度50cm～110cm，均按直線線型變化。中支點(diǎn)處梁高6.2m，邊支點(diǎn)梁高3.6m，邊支座中心線至梁端0.75m。連續(xù)梁布置：11m（0#段）+4×3m+3.25m+5×3.5m，現(xiàn)澆段長5.75m，合攏段長2m。由于連續(xù)梁橋是多次超靜定結(jié)構(gòu)，施工過程中箱梁中實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸的變化、臨時(shí)施工荷載的施加，混凝土的彈性模量、收縮徐變，預(yù)應(yīng)力張拉力施加的時(shí)間、大小與損失情況對結(jié)構(gòu)的總體受力和成橋線形有很大影響，因此，在施工過程中需要進(jìn)行嚴(yán)格的線形監(jiān)測保證連續(xù)梁線形和外觀質(zhì)量。

2 連續(xù)梁監(jiān)測點(diǎn)布置

連續(xù)梁撓度觀測資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)。連續(xù)梁線形監(jiān)測斷面設(shè)在每節(jié)段離端部20cm 處，布置0#塊件的測點(diǎn)，該測點(diǎn)是為控制頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)0#塊中心測點(diǎn)也作為以后各懸澆階段高程觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)。每個(gè)0#塊的頂板各布置15 個(gè)測點(diǎn)，底板布置4 個(gè)測點(diǎn)，每個(gè)懸澆箱梁節(jié)段在頂板上各設(shè)5 個(gè)高程觀測點(diǎn)，底板布置2 個(gè)測點(diǎn)，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時(shí)還可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。5 個(gè)測點(diǎn)以箱梁中線為準(zhǔn)對稱布置，測點(diǎn)離節(jié)段前端面20cm 處，如圖1所示。

圖1 連續(xù)梁測點(diǎn)布置

在連續(xù)梁的每個(gè)施工節(jié)段，需要安裝詳細(xì)的測點(diǎn)，分為臨時(shí)測量點(diǎn)和線形監(jiān)控測點(diǎn)，線形監(jiān)控測點(diǎn)必須牢固焊接在板扎好的鋼筋上。臨時(shí)測量點(diǎn)的作用主要是復(fù)核立模標(biāo)高，要求如下：立模標(biāo)高指令單必須給出6 個(gè)臨時(shí)測點(diǎn)的立模標(biāo)高，2、5 號臨時(shí)測點(diǎn)位置如有倒角，布設(shè)如圖2所示。

圖2 臨時(shí)測點(diǎn)布置

3 現(xiàn)場信息化測量過程

橋梁結(jié)構(gòu)從懸臂澆筑施工到最終成橋須經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜施工過程以及結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)化過程。橋梁結(jié)構(gòu)施工控制中最基本的內(nèi)容是對施工過程中每個(gè)階段的變形計(jì)算和受力分析。為達(dá)到施工控制的目的，就需要對橋梁施工過程中每個(gè)階段的變形情況進(jìn)行預(yù)測和監(jiān)控，采用合理的理論分析和計(jì)算方法來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為。針對本標(biāo)段連續(xù)梁的實(shí)際情況，采用正裝分析法進(jìn)行施工控制結(jié)構(gòu)分析，并用倒退分析法計(jì)算各階段梁體的理論狀態(tài)。連續(xù)梁是承載大型跨度橋梁荷載的關(guān)鍵部分，通過線形監(jiān)測可以實(shí)時(shí)獲取梁的形變和位移信息，從而評估梁的健康狀態(tài)和結(jié)構(gòu)安全性。及早發(fā)現(xiàn)潛在的結(jié)構(gòu)問題或異常變形，為采取修復(fù)措施或限制使用提供依據(jù)，確保梁正常運(yùn)行，保障使用安全。

當(dāng)箱梁當(dāng)前懸澆節(jié)段的施工掛籃初步就位后，先根據(jù)箱梁截面控制網(wǎng)，采用全站儀或采用經(jīng)緯儀穿線法或盤左盤右法進(jìn)行懸澆節(jié)段平面中線位置放樣。在各孔體系轉(zhuǎn)換及合攏段施工前，對各T 構(gòu)懸臂箱梁高程進(jìn)行聯(lián)測。進(jìn)而評估結(jié)構(gòu)的健康狀況、識別異常變形，并采取必要的措施保障結(jié)構(gòu)的安全。這種監(jiān)測方法通常使用傳感器和測量儀器來測量各個(gè)位置的位移、變形或撓度。

3.1 掛籃后

在該工況下，按照立模標(biāo)高指令單調(diào)整模板定位完成后進(jìn)行如下操作：上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為6 個(gè)臨時(shí)測量點(diǎn)的立模標(biāo)高數(shù)據(jù)；測點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y由監(jiān)測人員進(jìn)行輸入；在每個(gè)施工階段現(xiàn)場測量前，均需要提前輸入這3 個(gè)值，這3 個(gè)值與對應(yīng)的實(shí)測值進(jìn)行對比，自動(dòng)產(chǎn)生偏差值和偏差超限信息。

3.2 澆筑前

鋼筋網(wǎng)綁扎完成后，需要仔細(xì)安裝梁頂5 個(gè)線形監(jiān)控測點(diǎn)，待安裝完成后，進(jìn)行如下操作：上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為5 個(gè)線形監(jiān)控測量點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y數(shù)據(jù)。

3.3 澆筑后

在混凝土澆筑過程中，需要仔細(xì)保護(hù)好梁頂5 個(gè)線形監(jiān)控測點(diǎn)，然后進(jìn)行如下操作：上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為5個(gè)線形監(jiān)控測量點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y數(shù)據(jù)；該數(shù)據(jù)由監(jiān)測人員提供，該步驟的理論值可理解為澆筑后各測點(diǎn)的撓度變化值，然后進(jìn)行上傳。

3.4 預(yù)應(yīng)力張拉前

預(yù)應(yīng)力張拉前是混凝土養(yǎng)生的過程，持續(xù)約7 天，期間需要仔細(xì)保護(hù)梁頂5 個(gè)線形監(jiān)控測點(diǎn)，上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為5 個(gè)線形監(jiān)控測量點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y數(shù)據(jù)；該數(shù)據(jù)由監(jiān)測人員提供，該步驟的理論值可理解為澆筑后混凝土養(yǎng)生期間各測點(diǎn)的撓度變化值，然后進(jìn)行上傳。

3.5 預(yù)應(yīng)力張拉后

預(yù)應(yīng)力張拉后是混凝土養(yǎng)生結(jié)束后，進(jìn)行體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束張拉，需要仔細(xì)保護(hù)梁頂5 個(gè)線形監(jiān)控測點(diǎn)，然后進(jìn)行如下操作：上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為5 個(gè)線形監(jiān)控測量點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y數(shù)據(jù)；該數(shù)據(jù)由監(jiān)測人員提供，該步驟的理論值可理解為預(yù)應(yīng)力張拉后各測點(diǎn)的撓度變化值，然后進(jìn)行上傳。

3.6 掛籃前

掛籃前是掛籃脫模遷移至下一個(gè)施工節(jié)段，前移到位后需要仔細(xì)保護(hù)好梁頂5 個(gè)線形監(jiān)控測點(diǎn)，然后進(jìn)行如下操作：上傳理論數(shù)據(jù)，內(nèi)容為5 個(gè)線形監(jiān)控測量點(diǎn)的高程理論計(jì)算值、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)X、設(shè)計(jì)中線坐標(biāo)Y數(shù)據(jù)。

確保監(jiān)測裝置的準(zhǔn)確性，在監(jiān)測過程中檢查和校準(zhǔn)監(jiān)測裝置以確保其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如校準(zhǔn)全站儀或GNSS 接收器的水平儀和坐標(biāo)系。在合適的時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測：考慮天氣和施工進(jìn)度等因素，選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行監(jiān)測。避免在風(fēng)雨較大或施工振動(dòng)頻繁的情況下進(jìn)行監(jiān)測。

按照自適應(yīng)控制思路，采用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)識別的誤差分析方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)測量到的狀態(tài)與模型計(jì)算不相符時(shí)，通過將誤差輸入?yún)?shù)辯識算法中去調(diào)整計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測量的結(jié)果一致。得到修正的計(jì)算模型后重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)。經(jīng)過反復(fù)識別幾個(gè)工況后，計(jì)算模型基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進(jìn)行控制。

4 數(shù)據(jù)分析

連續(xù)箱梁體系轉(zhuǎn)換及合攏段是全橋施工的重點(diǎn)，也是線形控制的重點(diǎn)。施工懸臂的合攏精度要求如下：懸臂梁段頂面高程差≤+15mm、-5mm。現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)中中線偏差統(tǒng)計(jì)如圖3所示，高程偏差統(tǒng)計(jì)如圖4所示。由圖3 可知，在連續(xù)梁施工的線形監(jiān)測全過程中，中線偏差始終控制在15mm 以內(nèi)，在實(shí)際施工過程中會出現(xiàn)偏差波動(dòng)，并在施工過程中根據(jù)中線偏差值對誤差進(jìn)行調(diào)整，保證連續(xù)梁平面上的線形。由圖4 可知，線形檢測結(jié)果中，高程偏差以正值為主，最大值接近15mm，在0#塊附近較為明顯，在其他位置處呈現(xiàn)起伏情況。

圖3 中線偏差統(tǒng)計(jì)圖

圖4 高程偏差統(tǒng)計(jì)圖

在掛籃行走及澆筑過程中，掛籃的變形是線形控制的主要考慮因素，變形既包括可恢復(fù)的彈性變形，也包括不能恢復(fù)的塑性變形。在掛籃預(yù)壓過程中，預(yù)壓荷載分三級加載，可以根據(jù)前后變形情況分析連續(xù)梁施工過程中的線形控制情況，監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 掛籃加載監(jiān)測數(shù)據(jù)

由圖5 可知，在掛籃預(yù)壓過程中，首次加載預(yù)壓和變形明顯高于后兩次加載預(yù)壓的變形，第二次、第三次預(yù)壓荷載產(chǎn)生的變形大致呈現(xiàn)線形規(guī)律，塑性變形基本在第一次預(yù)壓加載過程中消除。

5 現(xiàn)場測量注意事項(xiàng)

溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度變化包括季節(jié)溫度變化和日照溫度變化兩類。而日照溫差的變化最復(fù)雜，尤其日照作用會引起主梁頂板和底板的溫度差，導(dǎo)致主梁發(fā)生撓曲。由于日照溫差對主梁撓度的影響，因此需要埋設(shè)溫度測點(diǎn)，總結(jié)主梁日照溫度變化的規(guī)律。模板體系轉(zhuǎn)換過程會造成模板偏移，因此掛籃后的實(shí)測值必須在模板調(diào)整完畢進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換后測量，以確保模板安裝位置的準(zhǔn)確性。澆筑前實(shí)測測點(diǎn)標(biāo)高后應(yīng)計(jì)算測點(diǎn)頂部至混凝土面控制標(biāo)高的高差，并在測點(diǎn)上標(biāo)記混凝土面澆筑控制標(biāo)高。當(dāng)混凝土澆筑時(shí)必須嚴(yán)格按照測點(diǎn)標(biāo)記的高程進(jìn)行澆筑和收面，確保梁面橫坡和標(biāo)高正確。通過連續(xù)梁線形監(jiān)測可以提供詳細(xì)的使用數(shù)據(jù)和運(yùn)行信息，幫助管理人員合理調(diào)配和利用資源。

根據(jù)掛籃行走軌跡和工作量分析，可以優(yōu)化施工計(jì)劃、資源配置和作業(yè)效率，提高工程管理的水平，節(jié)省成本和時(shí)間?？梢允占罅康膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)和長期變化趨勢，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新提供寶貴的信息和素材。

6 結(jié)論

在連續(xù)梁施工的線形監(jiān)測全過程中，中線偏差始終控制在15mm 內(nèi)，在實(shí)際施工過程中會出現(xiàn)偏差波動(dòng)，須根據(jù)中線偏差值對誤差進(jìn)行調(diào)整，保證連續(xù)梁平面上的線形。在連續(xù)梁施工的線形監(jiān)測全過程中，高程偏差以正值為主，最大接近15mm，在0#塊附近較為明顯，在對應(yīng)的施工過程中需要采取控制措施，保證連續(xù)梁的線形控制。在掛籃預(yù)壓過程中，首次加載預(yù)壓和變形明顯高于后兩次加載預(yù)壓的變形，第二次、第三次預(yù)壓荷載產(chǎn)生的變形大致呈現(xiàn)線形規(guī)律，塑性變形基本在第一次預(yù)壓加載過程中消除。