公路特大橋主橋施工監(jiān)控分析

摘要：文章以某高速公路特大橋為研究對象，為掌握該橋主橋線形和應(yīng)力狀態(tài)，擬定了施工現(xiàn)場監(jiān)控方案并對監(jiān)控結(jié)果進行分析。研究表明：主橋應(yīng)力在施工過程中有小幅增加，但實測值與理論值偏差較小，受力狀態(tài)良好；主梁各節(jié)段高程在各施工階段變化不大，主梁變形不大，線形良好；溫度對主梁豎向變形影響較大，成橋后各測點標高偏差不大，線形平順，主橋應(yīng)力和線形達到了預期效果。

關(guān)鍵詞：公路特大橋；主橋；施工監(jiān)控；應(yīng)力；線形

中文分類號：U446.2A571893

0引言

橋梁在施工過程中，由于受到各類外界因素的影響，會產(chǎn)生一定程度的結(jié)構(gòu)變形和內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)變化。公路特大橋采用懸臂澆筑法施工，由于施工工藝復雜、施工周期長［1］，尤其是主梁自重荷載較大時會增加結(jié)構(gòu)受力和變形。而主梁懸臂現(xiàn)澆施工要經(jīng)歷立模、鋼筋綁扎、澆筑混凝土、張拉等多個工序，在這期間要對結(jié)構(gòu)自重、張拉順序、溫度場等因素的影響進行全面考慮［2-3］。如在施工過程中對橋梁變形控制不當，可能會造成橋梁合龍困難、線形不平順、受力不合理等多方面問題［4］，通常采用現(xiàn)場監(jiān)控的方式進行控制。在橋梁施工過程開展監(jiān)控，對橋梁結(jié)構(gòu)主要截面應(yīng)力和變形進行監(jiān)測，及時修正由于變形變位產(chǎn)生的誤差，調(diào)整結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。在大跨徑橋梁懸臂現(xiàn)澆施工中，由于施工節(jié)段標高的變化會直接影響橋梁整體線形，甚至影響整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，通過現(xiàn)場監(jiān)測可掌握變形情況，采取措施調(diào)整立模標高，削弱變形誤差。

發(fā)達國家已建立了相對完善的施工監(jiān)控系統(tǒng)，在施工過程中通過人工觀測和儀器設(shè)備采集數(shù)據(jù)［5］，借助計算機分析和處理，反饋到施工現(xiàn)場對施工參數(shù)進行調(diào)整，確保橋梁結(jié)構(gòu)受力和變形處于可控狀態(tài)。我國橋梁監(jiān)控技術(shù)得到了快速發(fā)展，重點對應(yīng)力、變形和穩(wěn)定性進行控制［6］。其中，應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)由于受多方面因素的影響，通常起到安全預警作用。我國在橋梁監(jiān)控方面積累了大量的施工經(jīng)驗，但由于不同橋梁之間存在一定的差異，不能直接套用以往的施工經(jīng)驗，應(yīng)該根據(jù)實際情況合理制定監(jiān)控方案。本文以某高速公路特大橋為研究對象，在橋梁主橋施工過程中布置測點進行線形、應(yīng)力和溫度監(jiān)測，通過分析確定橋梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力狀態(tài)，為下一步施工參數(shù)的調(diào)整提供參考依據(jù)，保證橋梁的順利施工。

1工程概況

某高速公路特大橋總長度為1 937 m，其中主橋為預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，跨徑組合為50 m+90 m+50 m，主橋橋跨組合如圖1所示。主橋橋梁上部結(jié)構(gòu)采用單箱單室變截面箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用實體墩，墩身厚度為2 m，基樁采用鉆孔灌注樁，樁孔直徑為1.5 m。橋梁位于緩和曲線上，橋面橫坡度為2%，按照公路-Ⅰ級荷載設(shè)計，橋面凈寬為23.5 m。橋面采用瀝青混凝土，分上下兩層，總厚度為10 cm（6 cm中粒式和4 cm細粒式瀝青混凝土）。主橋采用變截面箱梁，混凝土標號為C50，承臺和橋墩混凝土標號為C30，選用低松弛高強度鋼絞線。主橋箱梁采用懸臂澆筑法施工，合龍段長度為2 m，合龍施工順序為先邊后中。

2施工現(xiàn)場監(jiān)控方案

2.1線形監(jiān)測

為保證主橋線形滿足設(shè)計要求，確保主梁順利施工，在施工過程中布置測點對主梁線形進行監(jiān)測。通過在主梁0#塊上部布設(shè)高程基準點，采用精密水準儀開展監(jiān)測，在主梁施工過程中進行精確定位，保證主梁順利合龍。主梁線形監(jiān)測每個測量斷面布置3個測點。測點布置如圖2所示。

2.2應(yīng)力監(jiān)測

為掌握橋梁施工和運營過程中的受力狀態(tài)，采用振弦式混凝土應(yīng)變計和讀數(shù)儀開展應(yīng)力監(jiān)測［7］。通過在監(jiān)測斷面布置混凝土應(yīng)變傳感器開展應(yīng)變監(jiān)測，其中在控制截面布置6個測點，其他截面布置4個測點，測點布置如下頁圖3所示。

2.3溫度監(jiān)測

該特大橋主跨跨度大，在懸臂現(xiàn)澆施工中溫度會對懸臂端高程和梁體產(chǎn)生一定的影響。由于主橋施工時間較長，梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)部會形成多個溫度場，對梁體變形產(chǎn)生不同程度的影響［8］。隨環(huán)境溫度的升高和下降，懸臂段鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變形，進而改變懸臂端高程。通過選取有代表性截面布置溫度傳感器可監(jiān)測梁體結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場的分布情況，結(jié)合各施工節(jié)段高程和應(yīng)力的監(jiān)測結(jié)果，對溫度變化產(chǎn)生的誤差進行修正，保證懸臂段高程的準確性。溫度傳感器布置與應(yīng)變傳感器布置相同。

3橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)控結(jié)果分析

3.1應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果分析

在大橋主橋施工過程中，根據(jù)施工步驟布設(shè)混凝土應(yīng)變計，對有代表性截面應(yīng)力進行分析。本文取30#墩作為研究對象，在左幅邊跨跨中截面布置混凝土應(yīng)變計，分別在各個施工階段對應(yīng)力監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集，整理得出邊跨跨中截面應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果如表1所示。

分析30#墩跨中截面應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果，得出在各施工階段箱梁頂板和底板均承受壓應(yīng)力，且在施工過程中應(yīng)力值不斷提高，最大壓應(yīng)力為12.21 MPa，滿足設(shè)計要求。與理論計算值進行對比，得出各施工階段頂板和底板應(yīng)力實測值與計算值較接近，偏差值在1.5 MPa以內(nèi)。左右幅橋墩頂板和底板跨中截面應(yīng)力變化趨勢基本一致，且最大壓應(yīng)力沒有超過允許值，實測值與理論值之間的偏差較小。結(jié)合現(xiàn)場右幅邊跨跨中截面、懸臂根部和跨中合龍段監(jiān)測結(jié)果，各施工階段應(yīng)力變化規(guī)律基本一致，說明橋梁結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)較好，橋梁施工過程中橋梁內(nèi)部應(yīng)力變化滿足設(shè)計要求。

3.2線形監(jiān)測結(jié)果分析

在主橋施工過程中，在各施工階段對主梁節(jié)段高程進行監(jiān)測，對比分析確定標高變形情況。本文選取主橋90 m跨左幅1#～9#塊作為研究對象，對不同施工節(jié)段標高開展監(jiān)測，標高計算值與實測值如圖4所示。整理監(jiān)測數(shù)據(jù)得出主梁各節(jié)段撓度變化情況如表2所示。

對比分析圖4曲線可知，大多數(shù)標高實測值略低于理論值，且二者相差不大，說明在施工過程中主梁各節(jié)段標高變化不大，線形較好。大部分主梁節(jié)段標高實測值與理論值之間的差異較小，最大差值為0.6 cm。個別節(jié)段高程變化較大，分析原因是由于在混凝土澆筑前模板標高發(fā)生了較大變化造成的。因此，在主梁各節(jié)段混凝土澆筑前，必須做好模板標高復測工作。

分析表2數(shù)據(jù)可知，張拉后邊跨主梁各節(jié)段撓度實測值變化規(guī)律與理論計算值一致，且實測值與計算值之間的偏差較小。大多數(shù)主梁施工節(jié)段撓度實測值與理論值相差≤2 mm，個別偏差相對較大，分析原因是梁體受溫度荷載等因素影響產(chǎn)生了較大變形。受施工工期影響，部分監(jiān)測數(shù)據(jù)并未在早晨溫度場變化較小的情況下進行，導致測量結(jié)果產(chǎn)生了較大偏差。但主梁各節(jié)段撓度實測值與計算值總體相差不大，且變化規(guī)律一致，說明監(jiān)測數(shù)據(jù)準確。結(jié)合主梁中跨各節(jié)段張拉后撓度監(jiān)測結(jié)果，與邊跨監(jiān)測結(jié)果一致，說明主梁變形滿足設(shè)計要求，線形良好。

3.3主梁合龍段施工監(jiān)測結(jié)果分析

3.3.1溫度影響分析

為分析溫度變化對主梁合龍的影響，在主梁合龍前利用溫度傳感器和混凝土應(yīng)變計對不同時段環(huán)境溫度和主梁高程變化進行觀測。監(jiān)測結(jié)果如表3所示，分析表3數(shù)據(jù)繪制主梁受溫度影響變形曲線如圖5所示，其中豎向變形取2次高程觀測結(jié)果平均值計算。

分析圖5曲線可知，隨溫度升高，主梁豎向變形呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，且最大變形量可達到12 mm，說明溫度對主梁變形影響較大。由于每天早晨環(huán)境溫度受太陽光照射較小，環(huán)境溫度較為恒定，本文取早晨07：00左右測量數(shù)據(jù)作為基準，其他數(shù)據(jù)與其對比得出豎向變形量。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，隨溫度升高豎向變形也隨之增加，但略有滯后，且在溫度下降后豎向變形有小幅減小。根據(jù)分析結(jié)果表明，溫度對主梁變形影響較大，在日常施工中應(yīng)選擇在溫度變化較小的早晚時段澆筑混凝土，并做好養(yǎng)護工作，以保證主梁合龍段的順利施工。

3.3.2合龍段線形監(jiān)控

在合龍段施工前，9#塊張拉后跨中觀測跨中底板高程，與設(shè)計值對比確定合龍誤差。根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果，得出主橋邊跨29#墩、30#墩、31#墩左幅跨中位置底板實測高程分別為55.468 m、55.197 m、54.916 m，實測高程平均值分別為55.470 m、55.203 m、54.926 m，合龍誤差分別為2 mm、6 mm、10 mm，均小于設(shè)計要求的15 mm。另外，中跨跨中合龍誤差最大值為8 mm，均滿足設(shè)計要求，說明合龍誤差滿足設(shè)計要求，合龍后可以保證線形平順。

3.4成橋線形監(jiān)測結(jié)果分析

主橋成橋后對各部位高程開展監(jiān)測，判斷成橋線形，測點方向自29#墩開始布置，每隔5 m一個測點，共39個測點，整理各測點高程監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4所示。

分析表4各測點高程監(jiān)測結(jié)果，得出實測值與理論計算值相差不大，偏差較小，成橋后線形良好。成橋后各測點實測值與理論值最大差值為4 mm，均≤5 mm，滿足設(shè)計要求。說明在主橋施工過程中開展施工監(jiān)控進行的高程控制有效降低了偏差，橋梁各部位標高控制效果達到了預期，保證了主橋成橋后線形平順。

4結(jié)語

本文結(jié)合公路特大橋施工案例，在特大橋主橋施工過程中開展施工監(jiān)控，對主橋應(yīng)力、線形等開展監(jiān)測，并分析溫度對主橋變形的影響，得出以下結(jié)論：

（1）30#墩跨中截面頂板和底板承受壓應(yīng)力，且在施工過程中有小幅增加，應(yīng)力實測值與理論計算值比較接近，偏差值在1.5 MPa以內(nèi)，結(jié)合主梁其他截面應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果，主橋施工過程中梁體內(nèi)部應(yīng)力變化幅度不大，受力狀態(tài)良好。

（2）主梁各節(jié)段施工高程實測值與理論計算值接近，變形不大，各節(jié)段張拉后主梁撓度實測值與理論計算值接近，說明主梁變形量不大，線形平順。

（3）溫度對主梁豎向變形影響較大，且變形與溫度變化相比具有滯后性，應(yīng)選擇溫度變化較小的早晚進行混凝土澆筑；通過對合龍段線形進行監(jiān)控，得出主橋合龍段變形在允許范圍內(nèi)，可進行合龍施工，保證線形平順。

（4）成橋后各測點高程最大偏差為4 mm，橋梁標高控制效果好，主橋成橋后線形平順，達到了預期效果。

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作者簡介：成城（1983—），高級工程師，研究方向：橋梁、涵洞。