猴子河特大橋連續(xù)剛構(gòu)施工監(jiān)控方法

楊正成

（貴州省橋梁工程總公司，貴州 貴陽(yáng)550001）

1 工程概況

猴子河特大橋是廈蓉高速（貴州境）榕江格龍至都勻段第BT7合同段的一座特大橋，位于三都縣都江鎮(zhèn)千秋村，橋分左右線橋，左線橋長(zhǎng)879m，橋型為3×50m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+115+220+115m懸澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)+5×50m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+1×25m預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，右線橋長(zhǎng)911m，橋型為4×50m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+115+220+115m懸澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)+5×50m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。左右線主橋均采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，跨徑設(shè)置為115m+220m+115m，主橋長(zhǎng)450m，主橋下部結(jié)構(gòu)為空心薄壁式橋墩、樁柱式橋墩，主橋邊跨4#墩高102.86m，主跨5#墩高132m，主跨6#墩高135m，邊跨7#墩高65.86m。連續(xù)剛構(gòu)橋采用單箱單室截面，箱梁為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。箱梁頂板寬13m，底板寬7m，外翼板懸臂長(zhǎng)3m，箱梁頂板設(shè)置成2%的單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高5m，墩與箱梁相接的根部斷面處梁高為13.5m。圖1為猴子河特大橋主橋橋型布置圖。

主橋采用懸臂施工法，兩對(duì)掛藍(lán)對(duì)稱(chēng)現(xiàn)澆施工，并且兩個(gè)“T”構(gòu)同時(shí)施工，箱梁0號(hào)段長(zhǎng)13m，每個(gè)“T”構(gòu)縱橋向劃分為26個(gè)對(duì)稱(chēng)梁段，梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)度從根部至跨中分別為10×3.0m、8×4m、8×5m，累計(jì)懸臂總長(zhǎng)102m，如圖2所示。1號(hào)~26號(hào)梁段采用掛藍(lán)懸臂法澆筑施工，全橋共有3個(gè)合攏段，分別是兩個(gè)邊跨合龍段和中跨合龍段，合龍段長(zhǎng)度均為2m，邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)4.5m。

對(duì)于這樣一座大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋，由于采用懸臂施工，施工過(guò)程中會(huì)發(fā)生體系轉(zhuǎn)換，雖然設(shè)計(jì)會(huì)提供各節(jié)段主梁的施工預(yù)拱度，但由于設(shè)計(jì)值都是基于規(guī)范來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)，這可能會(huì)與施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的材料存在一定的誤差，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算與施工實(shí)際有出入，另外，環(huán)境溫度的變化，以及具體施工機(jī)具的差異等都會(huì)對(duì)橋梁的施工帶來(lái)影響。

2 施工監(jiān)控的目標(biāo)和主要內(nèi)容

對(duì)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控的主要目標(biāo)有兩個(gè)：一是施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全性，即保證混凝土和鋼筋的應(yīng)力和應(yīng)變，以及結(jié)構(gòu)的撓度，均在設(shè)計(jì)控制的范圍內(nèi)；二是控制施工合龍的精度，即保證橋梁的成型尺寸在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

對(duì)于猴子河特大連續(xù)剛構(gòu)橋，由于采用懸臂分節(jié)段施工，是自架設(shè)體系，其施工過(guò)程復(fù)雜，包括主墩施工、主梁0號(hào)塊施工、主梁懸臂節(jié)段施工、合龍段施工等階段，主梁各節(jié)段施工又包括立模、綁扎鋼筋、混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉與灌漿及掛藍(lán)行走等工序。各施工階段是一個(gè)連續(xù)、系統(tǒng)的施工體系，前期工作的成果直接影響后期階段的結(jié)果，特別是施工標(biāo)高偏低的情況是很難在后續(xù)階段予以彌補(bǔ)的?？傮w而言，施工控制的主要內(nèi)容有確定控制方法和建立控制系統(tǒng)、施工控制分析、施工監(jiān)測(cè)及信息反饋、實(shí)施控制等。具體內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面。

箱梁高程控制。主橋高程控制是施工監(jiān)控的重點(diǎn)。高程控制的目的是準(zhǔn)確提供每個(gè)箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高。由于懸臂施工中箱梁撓度受混凝土密度、彈性模量、收縮徐變、日照溫差、預(yù)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換、施工荷載和橋墩變位等因素影響，導(dǎo)致箱梁計(jì)算撓度有差異。實(shí)際立模標(biāo)高應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，分析撓度產(chǎn)生差異的主要因素后調(diào)整給出。

箱梁平面線形控制。主橋平面線形控制是監(jiān)控每施工一個(gè)箱梁節(jié)段，橋軸線實(shí)際平面坐標(biāo)是否與設(shè)計(jì)平面坐標(biāo)吻合。由于影響因素相對(duì)少，因此，平面線形控制比箱梁高程控制簡(jiǎn)單，屬常規(guī)測(cè)量監(jiān)控。

主橋應(yīng)力監(jiān)控。主橋應(yīng)力監(jiān)控的目的是確保橋梁安全施工。彎矩和剪力是主梁中起控制作用的內(nèi)力，根據(jù)主橋在各施工階段的受力特征和相應(yīng)的內(nèi)力分布，可知主梁各截面的上、下緣正應(yīng)力和支點(diǎn)附近至四分之一跨段內(nèi)的主控應(yīng)力是應(yīng)力控制的重點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性控制。要保證各施工中結(jié)構(gòu)的安全，需要對(duì)橋梁各施工工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，確保橋梁的穩(wěn)定安全系數(shù)能滿足要求。

材料參數(shù)的測(cè)試。反映材料特性的參數(shù)，如彈性模量、強(qiáng)度、密度、熱膨脹系數(shù)等對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形影響很大。因此，在施工過(guò)程中對(duì)橋梁所用混凝土、鋼筋和鋼絞線等主要受力材料進(jìn)行物理和力學(xué)參數(shù)檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果應(yīng)用于施工監(jiān)控分析，從而保證監(jiān)控分析結(jié)果符合實(shí)際情況。

溫度測(cè)試。對(duì)于大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋梁，溫度對(duì)施工過(guò)程中箱梁撓度的影響，以及對(duì)合龍后全橋內(nèi)力的影響都不可忽視。有資料表明，在長(zhǎng)懸臂施工階段，由于溫度變化而在懸臂端產(chǎn)生的撓度可超過(guò)40mm,這對(duì)施工階段撓度觀測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的干攏。

3 施工監(jiān)控的方法

針對(duì)猴子河特大連續(xù)剛構(gòu)橋的具體情況，對(duì)其進(jìn)行施工控制的方法應(yīng)該是以預(yù)測(cè)控制為主，輔以后期調(diào)整修正。猴子河特大橋連續(xù)剛構(gòu)的施工監(jiān)控重點(diǎn)應(yīng)是主梁標(biāo)高即線形的控制，同時(shí)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)以保證結(jié)構(gòu)安全。具體監(jiān)控的方法包括：

位移監(jiān)測(cè)和箱梁立模標(biāo)高的確定。在每個(gè)橋墩承臺(tái)頂和墩頂各設(shè)2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在懸臂澆筑段前端主梁頂面的腹板中心和箱梁截面中心處布置測(cè)點(diǎn)。為了便于分析實(shí)測(cè)結(jié)果，將箱梁懸臂施工分為3個(gè)階段：掛藍(lán)前移；澆筑混凝土；張拉預(yù)應(yīng)力。對(duì)于掛藍(lán)前移和澆筑混凝土階段，需要觀測(cè)現(xiàn)澆段以及相鄰幾個(gè)已澆節(jié)段的標(biāo)高，對(duì)于張拉預(yù)應(yīng)力階段，現(xiàn)澆和已澆段均要觀測(cè)。另外，在合龍前、合龍后以及二期恒載加載前后，對(duì)全橋的標(biāo)高要進(jìn)行全面復(fù)測(cè)，以保證實(shí)測(cè)線形與理論線形吻合。

控制主梁線形最直接和最有效的方法是根據(jù)實(shí)測(cè)值對(duì)理論值進(jìn)行修正后確定各箱梁節(jié)段的立模標(biāo)高。各種誤差引起主梁標(biāo)高的變化，都可以通過(guò)調(diào)整立模標(biāo)高予以修正，從而使主梁合龍后的成橋線形盡可能吻合設(shè)計(jì)線形。

箱梁立模標(biāo)高的理論計(jì)算公式（成橋目標(biāo)線形）：

式中，Hin為第n施工階段第i節(jié)點(diǎn)的立模標(biāo)高，Hi為i節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)高程；fiy為i節(jié)點(diǎn)的預(yù)拱度；fin為i節(jié)點(diǎn)從n施工階段到成橋的累計(jì)撓度。

由于材料特性、荷載偏差、溫度變化、混凝土收縮徐變以及預(yù)應(yīng)力筋松馳等因素，實(shí)際情況與理論計(jì)算有一定差異，因此，需要對(duì)理論立模標(biāo)高進(jìn)行不斷修正。箱梁實(shí)際立模標(biāo)高為：

式中，His為第i節(jié)點(diǎn)實(shí)際立模標(biāo)高；fg為掛藍(lán)彈性壓縮變形；

Δfi為根據(jù)撓度觀測(cè)結(jié)果和懸臂變形的趨勢(shì)而確定的撓度調(diào)整值。

以上Hi和fiy通過(guò)成橋設(shè)計(jì)驗(yàn)算確定，fg通過(guò)掛藍(lán)試驗(yàn)得到。，fin通過(guò)倒退分析法確定。倒退分析法的基本思路是假定T=T0時(shí)刻結(jié)構(gòu)內(nèi)力分別滿足前進(jìn)分析法T0時(shí)刻的結(jié)果。在此初始狀態(tài)下，按照前進(jìn)分析的逆過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒拆，分折每一次拆除一個(gè)施工階段對(duì)剩余結(jié)構(gòu)的影響。fin假定的是一個(gè)理想的施工狀態(tài)，施工過(guò)程中，橋梁施工的進(jìn)度并不是完全按照設(shè)計(jì)的進(jìn)度完成的，周?chē)沫h(huán)境和氣溫也不是一成不變的，合龍的溫度也不一定是設(shè)計(jì)的合龍溫度，因此，fin并不能完全滿足實(shí)際施工的需要，要用Δfi來(lái)調(diào)整的。Δfi是基于對(duì)施工過(guò)程相關(guān)材料參數(shù)、氣溫、環(huán)境等測(cè)試，通過(guò)計(jì)算分析、撓度觀測(cè)結(jié)果和懸臂變形的趨勢(shì)而確定的撓度調(diào)整值。

在實(shí)際立模計(jì)算中，如果實(shí)測(cè)值和理論值偏差不大，并且能從數(shù)值偏差中找出規(guī)律，則立模標(biāo)高能比較準(zhǔn)確地給出；如果偏差較大或無(wú)規(guī)律，則需要用線性回歸理論和灰色理論來(lái)分析和預(yù)測(cè)。

應(yīng)力監(jiān)測(cè)。施工監(jiān)控需要結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的受力情況進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，適時(shí)發(fā)出安全預(yù)警以采取處置措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)安全。主梁應(yīng)力的測(cè)試斷面分別選在每跨的支點(diǎn)附近1號(hào)塊截面、L/4、3L/4和跨中截面，根據(jù)施工情況可適當(dāng)增加測(cè)試斷面。在每個(gè)測(cè)試斷面的頂板、底板和腹板上布置觀測(cè)點(diǎn)，預(yù)埋觀測(cè)元件。目前，對(duì)應(yīng)力的監(jiān)測(cè)是通過(guò)應(yīng)變計(jì)來(lái)完成的。應(yīng)變計(jì)分為兩種，一種是鋼筋應(yīng)變計(jì)，在澆筑混凝土之前預(yù)埋；另一種是混凝土表面應(yīng)變計(jì)，拆模后安貼。

同位移監(jiān)測(cè)一樣，在每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)梁段的施工過(guò)程中，觀測(cè)掛藍(lán)移動(dòng)、澆筑混凝土以及張拉預(yù)應(yīng)力幾個(gè)工況下各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值；在合龍前后和二期恒載加載前后，對(duì)全橋所有測(cè)點(diǎn)作全面復(fù)測(cè)。

溫度測(cè)量。溫度是影響主梁撓度的因素之一，溫度變化可分為兩部分，一部分為體系溫差，即橋體隨環(huán)境溫度均勻升降，一部分為日照溫差，即箱梁上下緣存在的溫差。主梁體系溫差一般不產(chǎn)生撓曲，但在環(huán)境溫度驟熱驟冷升降變化時(shí)，應(yīng)引起足夠的重視。橋墩的溫度升縮則表現(xiàn)為墩頂?shù)呢Q向位移，會(huì)引起主梁標(biāo)高變化，從而影響梁端撓度。日照溫差，即箱梁的上下緣溫差與橋墩兩側(cè)的溫差，可引起主梁與墩身?yè)锨冃?，使主梁產(chǎn)生撓度，同時(shí)會(huì)引起墩身偏移。在實(shí)際溫度監(jiān)測(cè)中，一般選擇早晨太陽(yáng)未出來(lái)前對(duì)撓度進(jìn)行觀測(cè)，可以有效地消除日照溫差的影響。測(cè)點(diǎn)布置：全橋（指左、右幅）選擇2個(gè)溫度測(cè)試面，每個(gè)截面各布置24個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，全橋共48個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。測(cè)溫度的溫度傳感器先固定在鋼筋上，測(cè)試導(dǎo)線引到混凝土表面。

4 施工監(jiān)控控制分析及成果要求

主梁線形控制與分析。通過(guò)對(duì)主梁線形觀測(cè)結(jié)果，掌握觀測(cè)點(diǎn)水平位移與標(biāo)高誤差是否在允許范圍內(nèi)，尤其是各箱梁塊件的實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)測(cè)標(biāo)高和設(shè)計(jì)標(biāo)高的變化趨勢(shì)是否相同，實(shí)測(cè)標(biāo)高是否在預(yù)測(cè)標(biāo)高周?chē)舷虏▌?dòng)，對(duì)發(fā)生較大變動(dòng)，要查明原因，給予認(rèn)真分析處理。

應(yīng)力控制分析。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量結(jié)果，分析每一階段受力是否苻合連續(xù)剛構(gòu)橋的受力特點(diǎn)，分析連續(xù)剛構(gòu)的受力特別是彎矩和剪力是否符合設(shè)計(jì)要求，如果與設(shè)計(jì)內(nèi)力發(fā)生出入，分析其發(fā)生原因，合理處理，并對(duì)施工過(guò)程中未做好或未注意的地方給予及時(shí)的糾正。

溫度觀測(cè)監(jiān)控分析。通過(guò)對(duì)體系溫差及日照溫差的觀測(cè)，將其與橋梁設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其差異，并將施工過(guò)程的溫度影響因素考慮到施工監(jiān)控應(yīng)力應(yīng)變分析中，對(duì)相應(yīng)施工階段在應(yīng)力應(yīng)變及立模標(biāo)高等提出的數(shù)據(jù)提供支撐，確定橋梁在施工中處于正確的監(jiān)控狀態(tài)。

總之，通過(guò)施工監(jiān)控，對(duì)影響影響連續(xù)剛構(gòu)橋的各因素進(jìn)行分析并給予正確的處理，保證橋梁安全順利地施工，保證橋梁成橋滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工監(jiān)控是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及了結(jié)構(gòu)分析、預(yù)測(cè)理論、實(shí)測(cè)方法以及數(shù)據(jù)處理等多方面的問(wèn)題。本文針對(duì)猴子河特大橋連續(xù)剛構(gòu)橋的具體情況，對(duì)其施工監(jiān)控應(yīng)包括的內(nèi)容及適用方法進(jìn)行了探討，期望其能對(duì)猴子河大橋順利建成有所幫助。

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