施工監(jiān)控在鋼箱梁頂推工程中的應(yīng)用

何思遠(yuǎn)

一、概述

鄭州市農(nóng)業(yè)路快速通道高架橋主線第二聯(lián)設(shè)計為一聯(lián)（33+50+50+33）m連續(xù)鋼箱梁，平面位于右偏緩和曲線上，R=1100m。橋梁豎曲線為凸曲線，R=3200m，i1=1.75%，i2=-3.433%。橋面寬25.3m，雙向橫坡2%。橋跨布置見圖1，平面布置見圖2。

圖1 橋跨布置/m

圖2 橋梁平面布置圖/m

鋼箱梁材質(zhì)為Q345qD，總重為2595.167t。橫向分7段，5個箱室+2個挑臂；縱向共劃分為13個節(jié)段，最重的節(jié)段重約254.4t。

全橋鋼梁吊裝塊段數(shù)為91。鋼箱梁吊裝段運至現(xiàn)場后，用龍門吊機(jī)吊裝到臨時支架上，節(jié)段間橫向分段拼焊形成整節(jié)段，然后與導(dǎo)梁進(jìn)行焊接連接，導(dǎo)梁長度為36米，分3個節(jié)段，重量約113噸。導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)形式采用工型梁桁架形式，為抵消大懸臂式撓度，導(dǎo)梁有尾端向前端逐漸減少，尾端梁高2.018m，前端梁高1.1m，縱向布置兩片桁架，兩片桁架平行，間距為13.5m，與鋼箱梁頂推滑道一致，兩片桁架之間采用桁架式橫梁連接成整體。

鋼梁與導(dǎo)梁完成連接后，進(jìn)行一個節(jié)段的頂推，由K6#墩側(cè)向K2#墩側(cè)進(jìn)行，頂推采用智能步履式頂推設(shè)備，頂推到位后進(jìn)行落梁，然后依次拼裝鋼梁、頂推、落梁，重復(fù)上述步驟，直至鋼梁全部頂推到位，采用千斤頂落梁的方法將鋼梁整體調(diào)整至設(shè)計標(biāo)高，達(dá)到設(shè)計要求后安裝支座，完成全橋體系轉(zhuǎn)換。

二、施工監(jiān)控的基本原理

對施工全過程進(jìn)行仿真分析，對關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工況進(jìn)行詳細(xì)的局部分析。采用多套分析軟件配合使用，用于結(jié)構(gòu)線形、內(nèi)力及應(yīng)力的分析和控制，以確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。在監(jiān)控過程中及時修正計算參數(shù)，確定鋼梁頂推過程中的各項數(shù)據(jù)，以便更好的指導(dǎo)后續(xù)施工，并提前預(yù)測結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，保證鋼梁頂推施工安全質(zhì)量可控。

三、本橋施工監(jiān)控的重難點

1.拼裝線形的確定

由于鋼箱梁進(jìn)行頂推施工時拼接線形主要根據(jù)鋼箱梁線形的預(yù)拱度設(shè)置進(jìn)行確定，“設(shè)計成橋線形+預(yù)拱度”即為拼接線形。預(yù)拱度主要根據(jù)成橋狀態(tài)主梁線形平順，結(jié)合施工過程中主梁的累計豎向位移等綜合確定。

2.頂推過程中線形控制

本橋是空間曲線梁橋，在頂推過程中梁體不僅上下?lián)蟿樱谄矫鎯?nèi)線形也不斷變化，因此在頂推過程中需對平面線形及豎向線形同時進(jìn)行控制，在頂推前進(jìn)中對誤差進(jìn)行實施糾偏。

3.頂推過程中主梁內(nèi)力控制

在計算時需確定主梁的薄弱斷面，布置應(yīng)力測點對梁體應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測。

4.頂推力的控制

在頂推過程需同時對頂推力進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)實測值超出理論值允許范圍，應(yīng)停止頂推工作，檢查各頂推設(shè)備及各滑道滑板工作是否正常，找出原因后并處理后，方能進(jìn)行下一步工作。

5.臨時墩狀態(tài)控制

頂推支點標(biāo)高異常，如沉降過大。停止頂推工作，研究臨時墩標(biāo)高調(diào)整方案，施工方采取措施調(diào)整該臨時墩標(biāo)高至滿足要求，方能進(jìn)行下一步工作。

四、鋼箱梁頂推施工監(jiān)控

1.測點布置

（1）線形監(jiān)測

為便于主梁及導(dǎo)梁在頂推過程中的線形監(jiān)測，在主梁及導(dǎo)梁上布置相應(yīng)的臨時線形測點，臨時測點既作為撓度測點也作為橫向偏位測點。本橋主梁每個節(jié)段各布置線形測點6個，全橋13個節(jié)段共計78個測點。具體布置見圖3。

圖3 鋼梁線形測點平面布置/m

導(dǎo)梁線形測點縱向共布置3個斷面，每個斷面橫向布置2個測點，全橋共計6個測點。導(dǎo)梁線形測點布置見圖4。

圖4 導(dǎo)梁線形測點平面布置/m

（2）應(yīng)力監(jiān)測

主梁主跨跨中布置2個應(yīng)力測試斷面，每個斷面布置5個應(yīng)力測點，頂板2個，底板各3個，全橋共計10個測點。鋼梁應(yīng)力測試斷面縱橋向布置見圖5。

圖5 鋼梁應(yīng)力測試橫斷面測點布置/m

導(dǎo)梁布置1個應(yīng)力測試斷面，位于導(dǎo)梁根部，頂板和底板各4個，全橋共計8個測點。導(dǎo)梁應(yīng)力測試測點布置見圖6。

圖6 導(dǎo)梁應(yīng)力測試測點布置/m

（3）墩柱監(jiān)測

①頂推力監(jiān)測

頂推力監(jiān)測主要利用千斤頂上的油壓表讀數(shù)換算成頂推力。

②永久支座反力監(jiān)測

利用墩底布置的千斤頂油表讀數(shù)換算出支座反力的大小。

2.施工監(jiān)控計算

（1）模型建立

本橋施工過程計算采用midas civil 2017建模，導(dǎo)梁和鋼梁均采用梁單元模擬，全橋共劃分節(jié)點406個，單元202個，支承單元25個，主要計算模型見圖7。

圖7 本橋計算模型

（2）監(jiān)控計算

模型建立以后，針對不同施工階段，對鋼梁和導(dǎo)梁剪力、彎矩、應(yīng)力、導(dǎo)梁最前端下?lián)狭考岸罩Х戳M(jìn)行計算。其中導(dǎo)梁下?lián)狭繒r程圖見圖8。

圖8 施工階段導(dǎo)梁最前端下?lián)狭繒r程圖/mm

（3）頂推施工監(jiān)控

①頂推力的確定

通過模擬頂推施工過程，計算主梁每前行一個一定距離各個墩頂?shù)闹Х戳?。頂推過程中應(yīng)確保千斤頂施力的同步性，防止梁體發(fā)生扭轉(zhuǎn)、橫移等狀況。

②臨時墩豎向及水平偏位監(jiān)控

臨時墩是為了減小頂推長度，從而減小梁的施工內(nèi)力而設(shè)置的，其剛度比永久性橋墩小得多，墩頂水平偏位相對較大。在施工過程中，采用全站儀測量臨時墩的水平偏位及豎向沉降，若偏位過大則必須調(diào)整頂推力，確保頂推施工的安全。

③鋼梁和導(dǎo)梁軸線位置監(jiān)控

在鋼箱梁的頂推施工過程中，采用全站儀測量鋼梁和導(dǎo)梁的軸線偏位，如果軸線偏位過大，則通知主控臺調(diào)整軸線位置。

④鋼梁線形監(jiān)控

在鋼箱梁頂推過程中，鋼梁線形受溫度、臨時墩變形、臨時荷載等影響較大，必要時調(diào)整臨時墩支承反力，調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力；在落梁過程中確定合理落梁次序，加強(qiáng)觀測。

⑤鋼梁及導(dǎo)梁應(yīng)力監(jiān)控

鋼梁頂推過程中截面應(yīng)力是不斷變化的，根據(jù)計算情況，跟蹤觀測鋼箱梁的截面應(yīng)力，一旦出現(xiàn)異常，則立即停工，查找原因，并予以調(diào)整。

⑥導(dǎo)梁前端標(biāo)高監(jiān)控

頂推過程中，導(dǎo)梁前端標(biāo)高是不斷變化的。為了保證導(dǎo)梁順利通過臨時墩，在導(dǎo)梁接近臨時墩時，對其標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測。如導(dǎo)梁標(biāo)高不滿足施工要求，則通過導(dǎo)梁端部設(shè)置的起頂設(shè)備提高導(dǎo)梁端部的標(biāo)高。

⑦臨時墩最大支反力

通過鋼箱梁頂推全過程仿真計算，獲取各計算工況下各臨時墩的反力，統(tǒng)計出各臨時墩最大支反力。鋼箱梁頂推施工過程中，結(jié)合施工監(jiān)測結(jié)果修正計算模型，獲取修正后的各計算工況下各臨時墩的反力、各臨時墩最大支反力。

⑧實施“分級同步策略”

鋼箱梁頂推時，采用分級同步策略。初步按計算的理論頂推力分為4級，即理論頂推力的50%、80%、95%、100%。鋼箱梁開始頂推時，單個頂推設(shè)備提供的頂推力達(dá)到某一級時立即進(jìn)行穩(wěn)壓操作，等待所有頂推設(shè)備的頂推力均達(dá)到該級后，方能進(jìn)行下一級頂推力的施加。如果所有頂推設(shè)備提供的頂推力都達(dá)到理論頂推力的100%時鋼箱梁仍然不前進(jìn)，則各頂推力按一定順序（根據(jù)具體情況計算確定）循環(huán)往復(fù)依次增加一定值（如理論頂推力的2%），直至鋼箱梁開始前進(jìn)。鋼箱梁一旦移動，各頂推支點的反力將發(fā)生變化，各頂推設(shè)備提供的頂推力也應(yīng)依據(jù)仿真計算的理論動頂推力做相應(yīng)調(diào)整。

⑨頂推到位落梁

鋼梁頂推到位后將鋼梁調(diào)整至落梁前線形，由于落梁后鋼梁標(biāo)高低于主墩頂推設(shè)備頂面標(biāo)高，所以需要將主墩頂推設(shè)備拆除后安裝落梁千斤頂將鋼梁落梁至設(shè)計標(biāo)高。

鋼梁頂推到位后對鋼梁線形進(jìn)行測量，將鋼梁里程、軸線、標(biāo)高調(diào)整至落梁設(shè)計值，防止落梁完成后二次調(diào)梁。落梁時各支點需基本同步按比例下降，落梁后必須保證各支點對應(yīng)支承均勻受力。

（4）監(jiān)控結(jié)果

導(dǎo)梁根部斷面應(yīng)力、導(dǎo)梁最前端線形、鋼梁應(yīng)力和線形、臨時墩支反力等監(jiān)測結(jié)果與理論計算均較為吻合，結(jié)構(gòu)應(yīng)力、線形和支反力等均處于可控狀態(tài)，滿足規(guī)范和設(shè)計要求，橋梁的實際狀態(tài)與設(shè)計狀態(tài)基本一致，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

圖9 導(dǎo)梁最前端撓度實測值與理論值對比圖/mm

五、 結(jié)語

在本工程監(jiān)控實施過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)偏差較大時，能及時預(yù)警并查找原因，制定解決方案和處理措施。此外，通過對反饋數(shù)據(jù)資料整理分析，及時微調(diào)監(jiān)控計算模型，使計算模型更好的與現(xiàn)場實際相吻合，減小了由監(jiān)控計算造成的誤差，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，保證了工程實施過程中安全可控、質(zhì)量優(yōu)異。