大跨徑混凝土梁橋施工中結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)及裂縫防治

張迎軍，姚利郎

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，山西 太原 030012）

1 概況

應(yīng)力監(jiān)測(cè)是大跨徑混凝土梁橋主梁按節(jié)段懸澆施工監(jiān)控的重要項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)橋墩及主梁控制截面混凝土應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，觀察施工過(guò)程橋墩墩身混凝土應(yīng)力變化，以及主梁在節(jié)段澆筑，預(yù)應(yīng)力張拉錨固，體系轉(zhuǎn)換等作用下混凝土正應(yīng)力變化，監(jiān)測(cè)主梁懸臂施工中不平衡彎矩的產(chǎn)生，及時(shí)給予預(yù)警，避免因不平衡荷載導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，為工程安全提供技術(shù)支持。項(xiàng)目采用振弦式傳感器進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，振弦式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)距離輸送誤差小的優(yōu)點(diǎn)。

本文依托實(shí)體工程，對(duì)大跨徑懸臂預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋施工，通過(guò)對(duì)墩柱、主梁代表性斷面應(yīng)力監(jiān)測(cè)，以及施工過(guò)程出現(xiàn)的主梁腹板裂縫[1]變化的監(jiān)測(cè)，為大橋安全建設(shè)提供技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)品質(zhì)工程目標(biāo)。

2 工程背景

晉蒙黃河大橋全長(zhǎng)2.133 km，橋面凈寬2×14.75 m，上部結(jié)構(gòu)主橋采用（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m C55預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-連續(xù)剛構(gòu)組合體系，引橋河曲方向采用8×50 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，內(nèi)蒙方向采用11×30 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，下部構(gòu)造主墩采用C40混凝土空心薄壁墩，引橋橋墩采用柱式墩、矩形墩、矩形空心墩，橋臺(tái)采用柱式臺(tái)、肋板臺(tái)，樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。主橋上部采用雙幅設(shè)置，單幅主梁截面形式為單箱單室，頂板寬15.75 m，底板寬8 m，翼緣板懸臂長(zhǎng)3.875 m，墩頂0號(hào)塊梁高9.5 m，跨中合攏段梁高3.4 m，主墩根部至跨中合攏段梁高按1.7次拋物線變化。懸臂梁段頂板厚度32 cm，底板厚度32～90 cm，腹板厚度50～70 cm，0號(hào)塊頂板加厚至50 cm，底板加厚至120 cm，腹板加厚至105 cm。箱梁頂設(shè)2%橫坡，梁底保持水平，兩側(cè)腹板不等高。

3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

3.1 橋墩應(yīng)力監(jiān)測(cè)

測(cè)點(diǎn)選擇右幅11號(hào)墩頂及12號(hào)墩頂臨時(shí)約束混凝土內(nèi)，測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。墩頂應(yīng)力測(cè)試斷面，按順橋向監(jiān)測(cè)計(jì)算（N1+N4）、（N2+N3）的平均值。通過(guò)橋墩截面混凝土正應(yīng)力監(jiān)測(cè)，觀察施工荷載作用下墩頂正應(yīng)力變化，見(jiàn)圖2，根據(jù)墩頂前后兩個(gè)斷面的受力特征，判定結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。

圖1 墩頂應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

圖2 墩頂應(yīng)力隨工況變化曲線

從圖2中11號(hào)剛構(gòu)主墩應(yīng)力及12號(hào)連續(xù)墩臨時(shí)約束兩個(gè)斷面應(yīng)力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)看，懸臂施工過(guò)程，墩頂兩側(cè)受力基本均衡，實(shí)測(cè)應(yīng)力值較小。右幅11號(hào)墩前后斷面均為壓應(yīng)力，數(shù)值較小，表明橋墩受力安全，右幅12號(hào)橋墩臨時(shí)約束應(yīng)力值較小，兩側(cè)受力處于基本平衡狀態(tài)。

3.2 主梁斷面應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在主梁懸臂施工過(guò)程，根據(jù)施工推進(jìn)，在右幅11號(hào)剛構(gòu)墩及12號(hào)連續(xù)墩主梁根部?jī)蛇?號(hào)節(jié)段截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布設(shè)見(jiàn)圖3，實(shí)測(cè)值按頂板（N1+N2+N3）、底板（N4+N5）兩個(gè)斷面監(jiān)測(cè)計(jì)算，頂板、底板應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4～圖7。

圖3 主梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意圖（單位：cm）

圖4 11號(hào)墩主梁1號(hào)塊河曲向截面應(yīng)力曲線

圖5 11號(hào)墩主梁1號(hào)塊內(nèi)蒙向截面應(yīng)力曲線

圖6 12號(hào)墩主梁1號(hào)塊截面河曲向應(yīng)力曲線

圖7 12號(hào)墩主梁1號(hào)塊截面內(nèi)蒙向應(yīng)力曲線

觀察主梁應(yīng)力曲線，主梁根部截面頂板為壓應(yīng)力，底板隨懸臂延伸受力由拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力。施工過(guò)程實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論值差值不大，11號(hào)墩主梁最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在9號(hào)墩、12號(hào)墩主梁固結(jié)解除到掛籃拆除（第二次合攏）之間，頂板壓應(yīng)力為14.83 MPa，12號(hào)墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在12號(hào)墩與11號(hào)墩中跨合攏后，頂板壓應(yīng)力為19.89 MPa，壓應(yīng)力小于設(shè)計(jì)容許應(yīng)力24.85 MPa，表明主梁施工期應(yīng)力處于安全狀態(tài)。

4 腹板裂縫監(jiān)測(cè)

懸臂現(xiàn)澆主梁在早期施工中，箱梁腹板出現(xiàn)了部分結(jié)構(gòu)裂縫，經(jīng)專(zhuān)題研討分析，選擇代表性裂縫進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以判定主梁施工過(guò)程裂縫的變化，為后續(xù)處理提供技術(shù)依據(jù)。

a）9號(hào)墩右幅主梁1號(hào)節(jié)段腹板斜裂縫，監(jiān)測(cè)裂縫初始狀態(tài)縫長(zhǎng)900 mm，縫寬0.095 mm，縫深23～58 mm，見(jiàn)圖 9，芯樣完整。2016-12-04—2017-10-13，采用JMZX-212HAT振弦式變形儀進(jìn)行了裂縫變化監(jiān)測(cè)，從圖10可以看出，主梁4號(hào)塊段完成前裂縫寬度增大，而后逐漸減小到全橋合攏。全橋合攏后裂縫寬度為0.095+0.026=0.121 mm.

圖8 裂縫變化監(jiān)測(cè)

圖9 裂縫深度監(jiān)測(cè)

圖10 9號(hào)墩右幅1號(hào)塊腹板裂縫變化曲線

b）9號(hào)墩主梁左幅2號(hào)節(jié)段腹板豎向應(yīng)力裂縫位于腹板內(nèi)側(cè)，初始實(shí)測(cè)裂縫長(zhǎng)2 800 mm，縫寬0.065 mm，縫深37～60 mm，芯樣完整。2016-12-04—2017-10-13進(jìn)行了裂縫變化觀測(cè)，從圖12曲線觀察，主梁4號(hào)塊段完成前裂縫寬度增加，而后逐漸減小，16號(hào)塊段完成后趨于穩(wěn)定。全橋合攏后裂縫寬度為0.065-0.007=0.058 mm.

圖11 裂縫變化監(jiān)測(cè)

圖12 裂縫深度監(jiān)測(cè)

圖13 9號(hào)墩左幅2號(hào)塊腹板裂縫變化曲線

5 結(jié)語(yǔ)

a）從橋墩墩頂實(shí)測(cè)應(yīng)力看，主梁懸澆施工過(guò)程，墩柱承受壓應(yīng)力，兩側(cè)受力基本均衡，實(shí)測(cè)應(yīng)力較小，剛構(gòu)墩墩頂應(yīng)力比連續(xù)墩墩頂臨時(shí)約束應(yīng)力要大，實(shí)測(cè)墩柱最大壓應(yīng)力8 MPa，達(dá)到墩柱C40混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值19.1 MPa的41.9%，表明施工過(guò)程墩柱受力處于安全狀態(tài)。

b）主梁根部截面施工過(guò)程，實(shí)測(cè)應(yīng)力主要為壓應(yīng)力，部分為拉應(yīng)力，實(shí)測(cè)值與理論值差值不大，總體而言，主梁頂板應(yīng)力比底板大，施工過(guò)程，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在連續(xù)墩主梁頂板為19.89 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)值78.6%，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在剛構(gòu)墩底板為1.69 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)值86.2%，施工期間主梁整體應(yīng)力處于安全狀態(tài)。

c）腹板斜向裂縫寬在0.095～0.129 mm范圍，裂縫初始寬度0.095 mm，冬休期以及到4號(hào)塊段完成，混凝土裂縫寬度擴(kuò)大到0.129 mm，隨著主梁節(jié)段施工向前推進(jìn)，腹板裂縫寬度開(kāi)始變小，全橋合攏時(shí)裂縫寬度縮小到0.121 mm。

d）主梁腹板豎向裂縫寬度在0.058～0.203 mm范圍，裂縫初始寬0.065 mm，冬休期及4號(hào)塊段完成前，裂縫寬度進(jìn)一步變大到0.203 mm，以后隨主梁節(jié)段向前推進(jìn)，裂縫寬度變小，有愈合趨勢(shì)，全橋合攏時(shí)裂縫寬度變?yōu)?.058 mm。

e）建議全橋合攏后，采用環(huán)氧樹(shù)脂涂抹[2]，對(duì)主梁裂縫統(tǒng)一進(jìn)行封閉，消除大氣對(duì)主筋銹蝕質(zhì)量隱患。