鋼管混凝土拱橋維修加固過程的監(jiān)測方法

□文/張寶華 鄧 鳴

1 工程概況

大橋主橋為168 m+168 m+168 m下承式鋼管混凝土系桿拱橋，橋面總寬29 m，橫向布置為1.25 m（人行道）+3.0 m（非機動車道）+1.5 m（機非隔離帶）+8.5 m（行車道）+0.5 m（中央分隔帶）+8.5 m（行車道）+1.5 m（機非隔離帶）+3.0 m（非機動車道）+1.25 m（人行道），拱肋矢高32 m，矢跨比1/5，拱軸為懸鏈線。拱肋截面為啞鈴形，上下鋼管直徑1.5 m，用腹板聯(lián)結(jié)，全高3.75 m，鋼管和腹板內(nèi)壓注強度等級C50混凝土。主橋共3跨，每跨上下游各18根吊桿，全橋共計108根吊桿。原橋于1998年建成通車。

主橋橫向由24片小縱梁組成。根據(jù)檢測報告，行車道16片小縱梁存在嚴重病害，擬對全部行車道小縱梁予以更換。3個拱同時施工，橫橋向共更換16片小縱梁，先更換上游側(cè)6片，再更換下游側(cè)6片，最后更換中間4片。更換上游側(cè)小縱梁時，下游側(cè)變位雙向2車道運營；更換下游側(cè)及中間小縱梁時，上游側(cè)人行道以及已更換完成的上游側(cè)6片小縱梁為運營車道。

2 橋梁施工監(jiān)控的目的與方法

2.1 目的

施工監(jiān)控與施工緊密結(jié)合，相輔相成，直接服務(wù)于橋梁加固、改造的全過程。施工過程中，一側(cè)換梁，另外一側(cè)運營通車，在橋橫向受到較大的不平衡荷載。為了確保全橋在維修加固前后結(jié)構(gòu)受力和變形始終處于安全的范圍內(nèi)且維修加固后全橋的受力和線形滿足設(shè)計要求，必須在全橋維修加固過程中進行嚴格的施工監(jiān)控。

2.2 方法

橋梁維修加固時，結(jié)構(gòu)必然經(jīng)歷一個復(fù)雜的過程。對施工過程中每個階段進行詳細的變形計算和受力分析，是施工控制中最基本的內(nèi)容。首先必須通過施工控制計算來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個工況在受力和變形方面的理想狀態(tài)（施工工況理想狀態(tài)），以此為依據(jù)來控制施工過程中每個工況的結(jié)構(gòu)行為，確定每個工況下各結(jié)構(gòu)參數(shù)的預(yù)警值，使最終橋梁線形和受力狀態(tài)滿足設(shè)計要求。

維修加固過程中采取主動控制與被動控制相結(jié)合的方式，見圖1。主動控制表現(xiàn)為施工程序的制定，結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定等。被動控制則表現(xiàn)為一個施工—量測—判斷—修正—預(yù)告—施工的循環(huán)過程，為控制橋梁在各施工階段的狀態(tài)，首先必須進行一些基本的和必要的量測項目，包括主梁各施工工況的標高、拱肋變形、應(yīng)力、索力及支座位移等；在每一工況返回結(jié)構(gòu)的量測數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差；在這一基礎(chǔ)上，將產(chǎn)生誤差的原因予以盡量消除；給出下一個工況的施工控制指令，在現(xiàn)場施工形成良性循環(huán)。

圖1 主動控制與被動控制相結(jié)合

3 監(jiān)控內(nèi)容

包括拱肋線形、橋面線形、吊桿索力、系桿索力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及支座位移。由于本橋為不對稱施工，確保上下游兩側(cè)的數(shù)據(jù)差不超過設(shè)計值成為本次監(jiān)測的重點。為保證測量結(jié)果的準確性，監(jiān)測安排在每個施工狀態(tài)發(fā)生改變的第二天早晨6點進行。

1）拱肋線形。測點分別設(shè)于每片拱肋L/8、L/4、3L/8、L/2、5L/8、3L/4、7L/8，全橋共計 42個測點。測點采用棱鏡布設(shè)，布設(shè)在拱肋下緣。采用自動化全站儀進行測量。

2）橋面線形。測點縱向設(shè)于拱腳和吊桿下吊點與橋面連接處，橫向設(shè)于非機動車道根部（靠近吊桿側(cè)）。每孔設(shè)40個測點，全橋共計120個測點。采用電子水準儀進行測量，見圖2。

圖2 線形及拱肋測點布置

3）吊桿索力。吊桿索力監(jiān)測采用動力法進行，對全橋108根索力進行監(jiān)測。

4）系桿索力。每根系桿預(yù)埋有2個傳感器，分別位于跨中和端點。全橋共計48根系桿，96個傳感器。采用光纖光柵解調(diào)儀對這些傳感器進行監(jiān)測。

5）結(jié)構(gòu)應(yīng)力。包括拱肋和拱腳橫梁應(yīng)力監(jiān)測。拱肋上將傳感器布設(shè)在拱腳位置,見圖3；拱腳橫梁主要監(jiān)測活動支座端的橫梁應(yīng)力。全橋共計36個應(yīng)變計。

圖3 拱肋應(yīng)力測點布置

6）支座位移。監(jiān)測施工過程活動端拱腳支座沿順橋向的變化情況，共6個支座。

4 監(jiān)控結(jié)果

1）施工過程拱肋線形變化最大值為26 mm，上下游相差最大為15 mm，滿足設(shè)計要求。

2）施工過程中主梁線形最大變化值為39 mm，上下游相差值最大為32 mm，滿足設(shè)計要求。

3）施工過程吊桿索力變化最大值為236 kN，上下游相差值最大為233 kN，滿足設(shè)計要求。

4）施工過程系桿索力變化最大值為-155.9 kN，滿足設(shè)計要求。

5）施工過程拱肋拱腳應(yīng)力變化值最大為8.6 MPa（拉應(yīng)力）和-8.1 MPa（壓應(yīng)力），拱腳橫梁應(yīng)力變化量最大為1.3 MPa（拉應(yīng)力）和-0.9 MPa（壓應(yīng)力），均滿足設(shè)計要求。

6）施工過程支座位移最大值為28 mm，上下游相差值最大為10 mm，滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

由于維修加固工程施工和運營同時進行，必然產(chǎn)生不平衡荷載，必須對施工進行監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果表明，本次監(jiān)控是成功的，監(jiān)控的理論和方法及其組織管理系統(tǒng)是正確的，可以保證施工過程橋梁結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)并滿足設(shè)計要求。