多孔連續(xù)梁橋施工監(jiān)控研究

劉 堃

(晉中市交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，山西 晉中 030600)

0 引言

在多孔連續(xù)梁橋施工實(shí)踐中，考慮到結(jié)構(gòu)自重、施工形式、混凝土干縮徐變、溫差及基礎(chǔ)不均勻沉降等因素的耦合影響，連續(xù)梁橋成橋線型及控制截面應(yīng)力隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)而變化，且變化趨勢(shì)趨向于隨機(jī)變化，沒有明確的相關(guān)的關(guān)系。除此以外，部分偏離值隨著施工進(jìn)程的不斷推進(jìn)，具有累積效應(yīng)，例如連續(xù)梁懸臂端的豎向撓度值，和基礎(chǔ)不均勻沉降值等，如果對(duì)累積性偏差不能及時(shí)調(diào)整，隨著施工進(jìn)程的推進(jìn)，將引起嚴(yán)重誤差，最終影響橋梁順利合龍，嚴(yán)重情況下將導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至垮塌。綜上，為了進(jìn)一步提升多孔連續(xù)梁結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，保證各項(xiàng)參數(shù)始終維持在規(guī)范及設(shè)計(jì)文件中規(guī)定的范圍內(nèi)，必須加強(qiáng)施工監(jiān)控工作，保證橋梁線型及截面應(yīng)力保持在可控范圍內(nèi)[1]。

本文以山西省內(nèi)某新建高速公路項(xiàng)目為研究案例，選取標(biāo)段中某多孔連續(xù)梁橋施工為具體研究對(duì)象，詳細(xì)分析多孔連續(xù)梁施工監(jiān)控內(nèi)容。本工程項(xiàng)目中的多孔連續(xù)梁為典型的三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨度形式為(50+85+50)m，計(jì)算跨徑為180 m，梁端值支座中心線距離為0.6 m，截面形式為變截面單箱單室箱梁，由于橋梁跨越河川，橋下凈空不滿足滿堂支架施工方法，故選用掛籃懸臂澆筑施工方法，考慮到掛籃施工對(duì)施工精度的要求較高，為了保證各0號(hào)墩澆筑節(jié)段最終能夠順利合龍，必須對(duì)橋梁主跨的豎向撓度及橫向偏離值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)以豎向撓度值不超過(guò)±20 mm、橫向偏離值不超過(guò)10 mm為標(biāo)準(zhǔn)。該三跨連續(xù)梁橋?qū)儆谡麠l高速公路的重要節(jié)點(diǎn)，直接決定了高速公路的全線通行能力，必須切實(shí)做好大橋的施工監(jiān)控工作，確保各節(jié)段順利合龍。

1 三跨連續(xù)梁施工監(jiān)控方案分析

對(duì)于三跨連續(xù)梁橋施工及監(jiān)控工作而言，主要工作就是實(shí)施監(jiān)控成橋過(guò)程中的變形、應(yīng)力等重要指標(biāo)變化值，通過(guò)分析實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)修復(fù)成橋過(guò)程中各種影響因素對(duì)成橋的影響，保證橋梁結(jié)構(gòu)能夠順利合龍，且在合龍成橋后，橋跨內(nèi)任意位置撓度及控制截面應(yīng)力—應(yīng)變滿足設(shè)計(jì)要求。所以，為了滿足連續(xù)梁施工過(guò)程中的上述監(jiān)控指標(biāo)的要求，特制定了針對(duì)性的施工監(jiān)控方案，方案以主梁線型控制為主，配合截面應(yīng)力控制；由于采用掛籃施工的連續(xù)梁在合龍前各節(jié)段結(jié)構(gòu)形式屬于靜定結(jié)構(gòu)，在正常施工條件下，由于沒有多余約束，成橋后截面應(yīng)力一般不會(huì)偏離設(shè)計(jì)值，而線型變化主要受控于兩端懸臂澆筑的協(xié)同性和一致性，因此，必須重視懸臂澆筑施工的監(jiān)控工作，保證兩端澆筑始終同步，外荷載處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。綜上，在懸臂澆筑連續(xù)梁施工監(jiān)控中，應(yīng)以豎向撓度及橫向偏離監(jiān)控為主要內(nèi)容，配合截面應(yīng)力監(jiān)控，保證施工過(guò)程中各控制截面應(yīng)力誤差均在規(guī)定范圍內(nèi)，確保施工安全[2]。

1.1 連續(xù)梁橋線型監(jiān)控

在連續(xù)梁懸臂澆筑過(guò)程中，線型監(jiān)控是重頭戲，線型監(jiān)控主要包括：主梁豎向撓度值監(jiān)控和橫向偏離值監(jiān)控兩部分。其中豎向撓度監(jiān)控主要是采用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)選取的控制點(diǎn)位標(biāo)高進(jìn)行實(shí)測(cè)，獲取實(shí)時(shí)撓度數(shù)據(jù)繪制撓度值變化曲線，并與各施工階段的撓度設(shè)計(jì)值比對(duì)，保證施工撓度值始終在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；此外，為了測(cè)定箱梁截面的扭轉(zhuǎn)形變，在控制點(diǎn)位設(shè)置三角形觀測(cè)點(diǎn)，借助幾何計(jì)算獲取控制點(diǎn)扭轉(zhuǎn)變形，作為監(jiān)控參考。橫向偏離值采用經(jīng)緯儀測(cè)定，對(duì)比流程參照豎向撓度值。為了保證監(jiān)控量測(cè)的全面性和完整性，主梁線型采用全橋通測(cè)和局部構(gòu)件測(cè)量相結(jié)合的方式。通過(guò)對(duì)局部構(gòu)件的測(cè)量能夠反映出在預(yù)應(yīng)力張拉過(guò)程中，張拉前后的撓度變化情況，從而獲取論證預(yù)應(yīng)力張拉是否滿足設(shè)計(jì)需要的參數(shù)[3]。

懸臂澆筑過(guò)程中，節(jié)段標(biāo)高設(shè)計(jì)直接關(guān)系到全橋能否順利合龍，在確定標(biāo)高值時(shí)，應(yīng)綜合考慮各影響因素，目前施工中使用的變形(撓度)控制公式如下：

H總標(biāo)高=H設(shè)計(jì)標(biāo)高+f預(yù)拱度+f掛籃形變。

其中，H總標(biāo)高為施工至j標(biāo)段時(shí)，第j-1段標(biāo)高;H設(shè)計(jì)標(biāo)高為第j-1段標(biāo)高;f預(yù)拱度為恒載+0.5×活載下的撓度值；f掛籃形變?yōu)榈趈-1段掛籃變形值。

撓度測(cè)量數(shù)據(jù)是控制成橋線型最主要的依據(jù)。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋箱梁懸臂施工中，通過(guò)在每個(gè)懸澆梁段上布置3個(gè)對(duì)稱的高程觀測(cè)點(diǎn)，可以同時(shí)觀測(cè)箱梁的豎向撓度及扭轉(zhuǎn)變形情況，具體如圖1所示。

1.2 應(yīng)力監(jiān)控

應(yīng)力監(jiān)控的主要內(nèi)容為主梁控制截面的應(yīng)力及橋墩墩頂應(yīng)力監(jiān)控。測(cè)定前應(yīng)在擬監(jiān)測(cè)位置埋設(shè)應(yīng)變片，應(yīng)變片連接數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)采集終端能夠?qū)?yīng)變片變化轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)應(yīng)變值，使用彈模儀獲取對(duì)應(yīng)位置的彈性模量值，根據(jù)胡克定律得到對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)力值，通過(guò)監(jiān)測(cè)控制截面的應(yīng)力值，能夠間接反映出全橋的應(yīng)力狀態(tài)，為橋梁施工提供提前預(yù)警機(jī)制，保障橋梁施工安全進(jìn)行[2]。

2 各實(shí)測(cè)參數(shù)分析

2.1 預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁實(shí)測(cè)撓度值分析

通過(guò)綜合分析項(xiàng)目施工過(guò)程中獲取的撓度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料，能夠發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁懸臂澆筑施工過(guò)程中的撓度變化規(guī)律，具體規(guī)律內(nèi)容可歸納為以下幾點(diǎn)：

1)隨著懸臂從0號(hào)塊向兩端不斷伸長(zhǎng)，懸臂撓度與混凝土澆筑量呈正相關(guān)關(guān)系，且撓度發(fā)展體現(xiàn)為下?lián)献冃?；預(yù)應(yīng)力張拉完成后，懸臂撓度變?yōu)樯瞎摆厔?shì)。且各工況下，撓度值與懸臂長(zhǎng)度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。

2)在正常施工條件下，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)撓度觀測(cè)值反饋，懸臂兩端撓度值以0號(hào)塊為對(duì)稱軸兩端數(shù)據(jù)對(duì)稱性良好。

3)通過(guò)使用三角形觀測(cè)點(diǎn)布置法，在各施工工況下，同一施工節(jié)段上的撓度實(shí)測(cè)點(diǎn)撓度變化情況基本一致，表明在各施工工況下，箱型梁截面未見明顯的扭轉(zhuǎn)變形。

4)通過(guò)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋，連續(xù)梁懸臂澆筑各節(jié)段在混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉及掛籃推進(jìn)等各工況下，撓度觀測(cè)值與設(shè)計(jì)值總體吻合較好，除部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于混凝土表面不平整及監(jiān)測(cè)設(shè)備調(diào)校不合格造成的誤差外，其他控制點(diǎn)誤差均介于5 mm～10 mm之間[2]。

2.2 預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁實(shí)測(cè)應(yīng)力值分析

應(yīng)力監(jiān)測(cè)方面主要得到以下基本結(jié)論：

1)在混凝土澆筑到初凝結(jié)束時(shí)間段內(nèi)，由于外部溫差、混凝土干縮徐變等因素的耦合影響，混凝土內(nèi)部傳感器反饋的應(yīng)變未見明顯規(guī)律。

2)澆筑階段，在自重荷載作用下的剪力滯后響應(yīng)影響下，箱梁腹板和頂板交界位置的應(yīng)變變化幅值較大，頂板中心位置觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值變化次之，箱梁腹板翼緣位置的應(yīng)變值最小[3]。

3)混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉及二者共同作用下的箱梁截面應(yīng)變形式分別表現(xiàn)為：中和軸以上受拉應(yīng)力，中和軸以下受壓應(yīng)力；中和軸以上受壓，中和軸以下受拉；全截面受壓[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于采用懸臂施工法的預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁而言，為了保證施工安全和施工精度，必須做好變形及應(yīng)力兩大板塊的施工監(jiān)測(cè)工作。該高速公路連續(xù)梁橋施工監(jiān)控工作表明，在主梁預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，混凝土干縮及徐變?cè)谝欢ǔ潭壬蠒?huì)降低撓度值；考慮到混凝土干縮及徐變是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，因此，在后續(xù)營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，也必須做好橋梁監(jiān)控工作，實(shí)時(shí)關(guān)注主梁相關(guān)參數(shù)變化情況，定期檢測(cè)，確保連續(xù)梁始終處于良好的工作狀態(tài)中。