探析舉人壩大橋施工監(jiān)控技術

（重慶保稅港區(qū)開發(fā)管理集團有限公司 重慶400020）

（重慶保稅港區(qū)開發(fā)管理集團有限公司 重慶400020）

本文以重慶保稅港區(qū)空港功能區(qū)舉人壩大橋的全過程施工監(jiān)控為背景，從施工監(jiān)控目標和內(nèi)容入手，詳細敘述了舉人壩大橋下部結構、主梁及應力監(jiān)控的監(jiān)測點布置及監(jiān)測結果，經(jīng)分析表明，舉人壩大橋的施工滿足設計及規(guī)范要求。

連續(xù)剛構橋施工監(jiān)控線形控制應力監(jiān)測

1 工程概況

1.1 概況

舉人壩大橋（見圖1）位于重慶保稅港區(qū)空港功能區(qū)空港大道東西方向K2+201.543處的跨河大橋，采用三跨預應力混凝土連續(xù)剛構形式，全長188m。該橋橋面總寬43米，分左、右設置雙幅連續(xù)剛構橋。

圖1 舉人壩大橋立面布置示意圖（單位：cm）

1.2 技術標準

（1）道路等級：城市主干路；

（2）設計荷載：城-A級、人群3.5kN/m2；

（3）橋面寬度：5m(人行道）+14.5m（行車道）+0.5m（防撞護欄）+3m（中間隔離帶）+0.5m（防撞護欄）+14.5m（行車道）+5m(人行道）=43m；

（4）設計車速：60km/h；

（5）跨徑組成：（50+75+50）m；

（6）地震烈度:動峰值加速度為0.05g，按B類橋梁抗震設防措施等級7級設防。

2 施工監(jiān)控目標和內(nèi)容

2.1 施工監(jiān)控目標

通過現(xiàn)場監(jiān)測和監(jiān)控計算等手段，對主梁施工過程中的結構內(nèi)力和位移狀態(tài)進行有效地監(jiān)測、分析、計算和預測，為施工單位提供施工監(jiān)控信息，以保證整個結構在施工過程的安全并最終達到設計成橋狀態(tài)。

2.2 施工監(jiān)控內(nèi)容

2.2.1 理論計算

首先復核設計計算所確定的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)。按照施工和設計所確定的施工工序，以及設計所提供的基本參數(shù)，對施工過程進行一次正裝計算，得到各施工狀態(tài)下的結構受力和變形等控制數(shù)據(jù)，與設計相互校對確認無誤后作為連續(xù)剛構施工監(jiān)控的理論數(shù)據(jù)。計算項目包括：

（1）各施工狀態(tài)下以及成橋狀態(tài)下狀態(tài)變量的理論數(shù)據(jù)；主梁標高、控制截面應力應變；

（2）施工監(jiān)控數(shù)據(jù)理論值：立模標高；

（3）運營階段的移動荷載分析，驗算大橋建成后運營的安全性。

大橋的施工監(jiān)控工作是在大橋施工過程安全的情況下進行的，因此首先根據(jù)設計文件對大橋進行結構計算分析，驗證大橋在常規(guī)荷載以及確定的施工方案情況下的結構安全性，以確保施工安全，同時為現(xiàn)場監(jiān)測、危險預告提供預警控制值。

2.2.2 自適應反饋控制分析

自適應反饋控制方法是目前橋梁工程施工監(jiān)控中最好的方法，它運用了現(xiàn)代控制理論中的系統(tǒng)辨識、參數(shù)估計、誤差分析、最優(yōu)預測等方法，我司已在多座特大橋的施工監(jiān)控中進行了成功的研究、應用。以下簡要闡述其在本大橋應用的主要步驟:

（1）在取得結構各計算控制參數(shù)、施工方案的前提下，模擬施工過程進行前進分析、倒退分析以確定結構在理想狀態(tài)下，各施工階段箱梁的理論位移、內(nèi)力、應力情況。

（2）根據(jù)本橋的實際情況，針對不同的施工階段（結構狀態(tài)）進行結構控制計算參數(shù)的敏感性分析，包括位移敏感性、內(nèi)力敏感性和應力敏感性。首先確定對于某特定施工狀態(tài)的敏感性要求，然后根據(jù)此要求進行敏感性分析，區(qū)分該狀態(tài)下的主要控制參數(shù)和次要控制參數(shù)。

（3）在施工的每一階段，考慮實際荷載狀態(tài)（施工荷載、溫度影響等等），重新進行計算分析，提出本施工階段的控制參數(shù)值（主梁節(jié)段架設標高，主梁應力狀態(tài)等等）；并給出對應于不同溫度狀態(tài)的主梁架設標高，以指導施工。

（4）對實際結構的狀態(tài)參數(shù)測量值和計算值進行比較，在過濾掉誤差影響后，對主要計算控制參數(shù)進行修正（參數(shù)識別），重新進行計算，根據(jù)控制目標對計算參數(shù)作適當修正，提出更接近實際的下一階段控制參數(shù)，并修正對結構后期狀態(tài)的預測。

2.2.3 合龍工序分析控制

通過大橋主梁懸臂施工過程中的控制計算分析和結構狀態(tài)測量，提出合理的大橋合龍應力和線形控制方案。

2.2.4 橋面鋪裝擬合標高的確定

預應力混凝土材料的后期收縮徐變效應較大，現(xiàn)有各種計算理論對連續(xù)剛構橋下?lián)系念A測與實際工程的要求具有較大的偏差，因此只有根據(jù)以往的工程經(jīng)驗，給主梁各節(jié)段頂面設置一個成橋預拱度，以此來滿足后期變形的要求。

成橋預拱度已包含在各節(jié)段的立模預抬值里，因此主梁合龍后的橋梁頂面高程已反映了成橋預拱度狀態(tài)，但由于施工誤差等因素，各節(jié)段表面線性可能不會十分光滑，因此，有必要對橋面鋪裝標高進行必要的擬合，擬合的原則是：①保證容許的鋪裝層最小厚度；②保證橋面鋪裝的總重量（特別是跨中部分）沒有太大的增加。橋面附屬如護欄的安裝與橋面擬合的線形應基本一致。

2.2.5 施工監(jiān)測

施工過程的適時監(jiān)測是施工監(jiān)控賴以進行的基礎，是施工監(jiān)控的重要組成部分。通過測試獲得連續(xù)剛構橋的施工階段的內(nèi)力、變形、溫度等的實測值，是施工調(diào)整、確保施工安全的依據(jù)。施工監(jiān)測主要包括如下幾個方面：（1）承臺水化熱監(jiān)測；（2）主梁線形監(jiān)測；（3）控制截面應力監(jiān)測。

3 下部結構監(jiān)控

3.1 承臺水化熱監(jiān)控

大體積混凝土以大區(qū)段為單位進行施工，施工體積厚大，由此帶來的問題是水泥水化作用所放出的熱量使混凝土內(nèi)部溫度逐漸升高，內(nèi)部的熱量又不易導出造成較大的內(nèi)外溫差，隨著混凝土齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，便開始出現(xiàn)溫度裂縫，影響工程質(zhì)量。因此掌握大體積混凝土溫度場變化的規(guī)律性，就能夠有針對性地提出裂縫控制的方案，有效地保證混凝土的質(zhì)量增強混凝土的耐久性。

溫度測點布置：根據(jù)主橋承臺實心段對稱性特點，測點主要布置在橫斷面1/4范圍內(nèi)，測點布置如圖2所示。埋入承臺中的溫度測量元件共分3層，每層10個測點，每個承臺共埋入40個溫度元件。

圖2 承臺溫度測點布置平面和立面布置示意圖（單位：cm）

3.2 基礎沉降監(jiān)控

測點布置：在主墩承臺完成后，在承臺4個角點上各布置1個沉降監(jiān)測點，通過紅色油漆對監(jiān)測點進行標記，以防止施工時破壞。在完成監(jiān)測點標記后，進行初始高程的監(jiān)測，在后續(xù)主梁的施工中進行沉降監(jiān)測，通過與初始高程數(shù)據(jù)進行比較，來判斷基礎沉降大小?；A沉降測點布置示意圖見圖3所示。

圖3 基礎沉降監(jiān)測測點布置示意圖（1#點、2#點側(cè)為跨中方向）

4 主梁線形監(jiān)控

整個施工過程中，在保證結構內(nèi)力安全的前提下，以結構線形控制為主。在每階段的立模施工中，都對結構線形進行了反饋分析，使主梁線形始終在主梁理論計算的理想線形附近作微小波動，故最終成橋線形比較理想，達到了本橋施工監(jiān)控的目標。

4.1 立模標高測點布置

圖4 立模標高測點位置圖

圖5 立模標高橫橋向測點布置圖

立模標高控制是為了控制橋梁線形，也是實現(xiàn)設計目標線形的重要保證。立模標高測量采取6點控制。立模標高的測量位置見圖4和圖5所示。

4.2 變形測點布置

每個主梁標高監(jiān)測截面橫斷面采用7點控制，在每個主梁標高監(jiān)測截面箱梁頂部埋設5個、底部埋設2個鋼筋樁。主梁標高監(jiān)測斷面測點布置如圖6所示。

圖6 鋼筋頭埋設位置示意圖

埋設要求：鋼筋頭用Φ20以上鋼筋加工而成，一端打磨光滑后用紅油漆作標記，與鋼筋網(wǎng)牢固焊接，并使鋼筋頭露出混凝土表面2cm。鋼筋頭埋設截面距離每一懸澆節(jié)段前端為10cm，0＃塊頂板中心也應埋設5個測點。另外須單獨埋設一個標高測量水準點，在主梁施工期間后續(xù)節(jié)段的標高測量皆從這個水準點引測，并定期對該水準點進行復核，確保該水準點精度。

4.3 掛籃預壓試驗

掛籃預壓試驗的目的有：驗證掛籃的安全性，消除掛籃非彈性變形，獲得掛籃的彈性變形規(guī)律，為以后主梁節(jié)段施工時提供準確的掛籃變形數(shù)據(jù)。

本橋掛籃預壓采用底籃前橫梁與底面通過鋼絞線相連，通過在前橫梁上利用千斤頂張拉預應力，將力反作用在底籃前橫梁上，來測試掛籃的承載能力和變形。

掛籃預壓加卸載主要分如下6個工況：①空載；②60%；③80%；④100%；⑤完全卸載后。沉降觀測點共11個，分別為主縱梁上、中、下游點（2、4、6）、底籃前橫梁（1、3、5）、翼緣板（7、8）和前上橫梁（9、10、11），測點布置示意圖見圖7所示。

圖7 掛籃預壓試驗測點布置示意圖

4.4 主橋合龍段線形監(jiān)控結果

圖8 合龍段位置及合龍段測點布置圖

舉人壩大橋共有4個邊跨合龍段和2個中跨合龍段，合龍段的施工按邊跨合龍→中跨合龍的順序進行。全橋合龍時間從2015年11月13日右幅邊跨合龍起，到2015年12月24日左幅中跨合龍止。合龍段位置及測點布置圖如圖8所示。合龍段的合龍合龍偏差結果（見表1）所示。

表1 合龍口合龍偏差結果表（單位：m）

從表1可以看出，全橋6個合龍段的合龍最大值偏差為1.9cm，小于2.0cm，合龍偏差滿足設計和規(guī)范要求。

4.5 全橋合龍后的橋面線形擬合

全橋合龍后對橋面標高進行了通測，高程測點位置如圖9所示。

圖9 橋面高程測點位置示圖

全橋合龍后的實測橋梁頂面高程與控制高程吻合得較好，橋面線形平順。左、右幅橋面調(diào)平層最大厚度分別為13.5cm和11.3cm，調(diào)平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。左、右幅調(diào)平層平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設計厚度8.0cm基本一致。

5 應力監(jiān)控

5.1 測點布置

圖10 主梁應力傳感器布置示意圖

在主梁根部截面埋設應力傳感器，傳感器根據(jù)施工實際工況埋置在主梁根部截面附近，具體位置為1號墩和2號墩0#節(jié)段和1#節(jié)段連接處。具體應力傳感器的斷面埋設位置如圖10所示，控制截面?zhèn)鞲衅鞑贾檬疽鈭D見圖11所示。

圖11 控制截面?zhèn)鞲衅鞑贾檬疽鈭D

5.2 應力監(jiān)測結果

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）第7.2.8條，預應力混凝土受彎構件，在預應力和構件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應力應符合以下規(guī)定：

壓應力：

拉應力：

1號墩和2號墩左、右幅主梁根部最大壓應力值為 10.04MPa<24.85MPa， 最 大 拉 應 力 為0.78MPa<1.92MPa。實測值和理論計算值較吻合，實測應力數(shù)值大小對稱且變化規(guī)律基本上與理論計算應力變化規(guī)律一致。最大拉、壓應力均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，因此，應力監(jiān)測結果滿足規(guī)范要求。

6 結論

6.1 結果情況

連續(xù)剛構施工監(jiān)控技術在連續(xù)剛構橋梁的施工和成橋橋梁質(zhì)量控制等方面具有重要的作用，已成為大跨徑連續(xù)剛構橋梁施工過程中必不可少的工作。主要結果如下：

6.1.1 結構計算結果

通過對舉人壩大橋建立有限元分析模型，進行了施工過程模擬計算、承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)驗算，結構計算結果如下：

（1）施工階段計算結果表明：舉人壩大橋施工階段主梁變形及應力滿足相關規(guī)范的要求。

（2）運營階段計算結果表明：舉人壩大橋運營階段的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的正截面抗彎、斜截面抗剪、正截面抗裂、斜截面抗裂、法向正應力及主壓應力等指標均滿足規(guī)范要求。

6.1.2 下部結構監(jiān)控結果

（1）1號墩和2號墩承臺施工過程中水化熱監(jiān)測結果為：混凝土內(nèi)外最大溫差為24℃<25℃。承臺施工完成后未發(fā)現(xiàn)裂縫。承臺水化熱監(jiān)控滿足規(guī)范要求。

（2）在全橋施工過程中，1號墩和2號墩基礎最大沉降8mm?；A沉降正常。

6.1.3 主梁線形監(jiān)控結果

（1）全橋箱梁底板實測立模標高與監(jiān)控理論立模標高最大偏差為2mm，滿足施工監(jiān)控要求。箱梁整體線形相當平順。

（2）在節(jié)段施工過程中，主梁節(jié)段混凝土澆筑變形和縱向預應力張拉變形與監(jiān)控計算預測值吻合較好（澆筑混凝土引起的偏差最大為2.0cm，預應力張拉引起的偏差最大為1.5cm），偏差均在2cm以內(nèi)，滿足施工監(jiān)控要求。

（3）全橋左右兩幅共6個合龍口最大合龍偏差為1.9cm<2.0cm，滿足設計要求。

（4）舉人壩大橋左、右幅調(diào)平層鋪裝層厚度最大分別為13.5cm和11.3cm，調(diào)平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設計8.0cm基本一致，橋面擬合線形平順。

6.1.4 主梁應力監(jiān)控結果

主梁懸臂施工過程中對各墩主梁關鍵截面的應力進行了監(jiān)控，實測應力與計算值吻合較好。最大壓應力為10.04MPa<24.85MPa，最大拉應力為0.78MPa<1.92MPa，應力監(jiān)控結果滿足規(guī)范要求。

6.2 綜合結論

通過現(xiàn)場監(jiān)測和監(jiān)控計算等手段，舉人壩大橋在施工過程中主墩承臺水化熱滿足規(guī)范要求、基礎沉降正常、主梁線形和應力正常，處于安全可控狀態(tài)。合龍后主梁線形和內(nèi)力滿足設計和規(guī)范要求。整個結構在施工過程中安全并最終達到設計成橋狀態(tài)。

[1]向中富.橋梁施工控制技術 [M].北京:人民交通出版社，2001.

[2]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制 [M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]方華兵.大跨度預應力混凝土連續(xù)剛構橋主橋線形控制參數(shù)敏感性分析 [J]，2006.

[4]于忠濤.連續(xù)剛構橋施工中標高及應變監(jiān)控 [D].2003.

[5]JTGD62#2004.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范 [S].北京:人民交通出版社,2004.

探析舉人壩大橋施工監(jiān)控技術

■周榮江

U445[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-326-4