客运专线跨高速公路特大桥(60+100+60)m悬浇连续箱梁施工监控量测技术

2011-03-02杨万璜

黑龙江交通科技 2011年1期

杨万璜

(中铁二十三局集团第一工程有限公司)

1 引言

大悟跨京珠高速公路悬浇连续梁桥为三跨混凝土连续梁桥，跨径为(60+100+60)m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12m，箱梁底宽6.7m。全联在端支点、中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。桥梁部悬浇施工顺序大致为：在13、14墩上分别支托架立模现浇0#块，总长度为14m然后在0#块上安装挂篮，进行悬臂对称浇筑同时张拉横向、竖向预应力筋和纵向预应力束。边跨现浇段采用支架法进行施工，长度为9.75m;边跨合拢段在支架上浇筑，长度为2m;中跨合拢段采用吊架施工，长度为2m;其余梁段采用挂篮悬臂灌注法施工。合拢顺序为先边跨合拢后中跨合拢。

2 监控原则和方法

桥梁施工监控就是对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

(1)受力要求不论是在成桥状态还是在施工状态，要确保各截面应力的极值在允许范围之内。

(2)线形要求成桥后(长期变形稳定后)主梁的标高要满足设计标高的要求。节段悬浇过程中的实测高程与实际状态计算理想高程偏差在容许范围内。

(3)调控手段对于主梁内力(或应力)的调整，通过严格控制预应力束张拉力实现;对于主梁线形的调整，通过调整立模标高实现，调整设计参数误差。

为了消除因设计参数取值的不确切所引起的设计与实际施工中的不一致性，在施工过程中对参数应进行有效的识别和预测。对于重大的设计参数误差，提请设计单位进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整。

3 施工监控的实施技术

3.1 工况划分和监测监控主要工作

为了预防混凝土箱梁徐变引起过大的结构变形，主桥上构箱梁混凝土悬浇一般约7 d施工一节段，一周期包括：

(1)箱梁各节段挂篮前移、立模。

(2)箱梁各节段混凝土箱梁悬浇后。

(3)箱梁各节段预应力索张拉后。

此后有箱梁合拢阶段：各跨刚性联接前后、各跨合拢现浇段后、各跨刚性联接解除后、各腹板索、顶板索、底板索和通长索张拉后，即成桥前各施工工况发生较大变化等，随着施工的进展而开展监测监控工作。

3.2 结构分析计算

主桥上构采用三向预应力混凝土变截面连续梁结构，悬臂挂篮施工。在施工过程中，自重荷载是由各节段混凝土浇筑完成而施加的，预应力张拉力也是逐步施加的，其都将会大幅度改变混凝土结构内的应力分布和变形。结构刚度、混凝土收缩徐变、预应力索、温度、外载等因素，将使桥梁结构的变形、应力状态及其变化规律更加复杂。为实现桥梁上构的变形和应力分析，应用目前国内外有相当声誉的结构有限元分析软件包(“桥梁博士”和ANSYS)进行计算分析。

结构有限元分析内容有：(1)结构各工况下以及成桥状态下的形变分析：包括主梁标高、墩顶偏位。(2)控制截面结构应变应力及内力计算。(3)结构预拱度计算分析，以确定梁各节段立模标高。

这些数据与设计相互校对确认无误，将作为连续刚构桥监控监测的理论轨迹。

为保证计算结果的相对可靠性，需要收集有关临时荷载及荷载变化等情况：(1)有关施工机具、人员的重量及其变化情况。(2)一般应禁止在桥面堆放大量材料，如施工确实需要则须将堆放材料的重量、位置、时间等情况及时对监控指令进行分析调整。(3)在某个施工段后因挂篮模板的减少导致自身重量的变化、挂篮拆除情况等。(4)合拢前悬臂端压重的设置及拆除情况等。

根据设计要求及监控需要，施工时应对以上参数进行测定或核定，以修正设计结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。

3.3 箱梁预拱度和线形控制

3.3.1 箱梁施工预拱

在大跨度预应力混凝土箱梁悬臂浇筑施工中，随着箱梁的延伸，结构自重将逐步施加于已浇筑的节段上，使其下挠逐渐增大;同时，预应力索张拉又使混凝土箱梁上挠。因此，在各节段施工时需要有一定的施工预拱。但实际施工中，影响挠度的因素较多，主要有箱梁自重、挂篮变形、预施应力大小、施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度变化等。挠度控制将影响到合拢精度和成桥线形，故对其必须进行精确的计算和严格的控制。通过实测，对设计部门给定的预拱值在一定的范围作适当修正。否则，多跨度桥梁桥将可能出现较明显的起伏现象。

箱梁浇筑时各节段立模标高由几部分组成

式中：Hi为待浇筑箱梁底板前端模板标高;Ho为该点设计标高;fi为本次及以后各浇筑箱梁段对该点挠度影响值;fi预为本次浇筑箱梁段纵向预应力束张拉后对该点挠度影响值;fi篮为挂篮弹性变形对该点挠度影响值;fx为由收缩、徐变、温度、二期恒载、活载等影响对该点挠度影响值。

3.3.2 预拱度预测和调整

考虑到墩身墩徐变的影响，以及墩身高度的不同，对墩顶设计标高作适当预留，在主梁施工中，结构实际线形很难与设计计算的理论线形完全吻合。施工预拱的设置严格受到施工工期、施工时间、合拢日期等制约。如果线型偏离量不太大，则可以由下一节段直接调整进行一次性补偿;若偏离量较大，一次性补偿将会出现明显的桥面“波浪”，需要通过若干节段的预拱度连续修正来弥补误差。后者的多节段调整方案，实际上是一种多目标的全局优化解。预拱控制实际上是对成桥线型的预测，需要通过对实际的桥面标高测量结果，利用现代控制理论，不断反馈比较，用实践来检验理论计算的准确性与调整方案的合理性。

3.3.3 箱梁线形控制程序

为了保证箱梁轴线高程施工精度，应通过现场实测，及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值。选用高精度水准仪(偶然误差≤1mm/km)，高程控制以Ⅱ等水准高程控制测量标准为控制网，箱梁浇筑以Ⅲ等水准高程精度控制联测。

3.3.4 箱梁线形测量

大桥主梁的平面轴线线型和里程用瑞士莱卡全站仪进行测量控制，高程用自动安平水准仪进行测量。将轴线后视点引至过渡墩，用远点控制近距离点。在各墩进行节段施工放样时，将各墩的控制点作为置镜点，后视桥台处的控制点，进行施工时节段的轴线点平面线型控制。

(1)主梁挠度的观测

①测点布置在各墩每一节段悬臂端20cm左右截面梁顶设立3个标高观测点，同时也作为坐标观测点。测点须用短钢筋预埋设置，线路测点位置在桥面防撞设施的内侧，应与主梁钢筋焊接，并用红漆标明编号。截面测点见图1中所示的位置(中轴线上“0”和左右距翼板边缘60cm处“|”3个点)作为主梁混凝土上表面标高的测点。

图1 箱梁截面测定位置示意图

当前现浇梁段悬臂端截面同时设立三个临时标高观测点，作为当前梁段控制截面梁底标高用，并给出对应的测点的高程关系。

永久点位：线路观测点作为长期监控观测点，同时应注意线路基准点的设置和保护。

②测量方法：用精密水平水准仪测量测点标高。

③测量频率：按各节段施工次序，每一节段按三种工况(即：挂篮前移后、浇筑混凝土后和张拉后)对主梁挠度进行平行独立测量，相互校核。

④测量时间：测量时间在早7∶00左右和下午5∶00以后进行。在测量过程中，除考虑工序进展必须对每一工况进行例行测量外，还要对温度变化引起的挠度进行测量。为了找出温度变化引起主梁挠度变化的规律，对于一些重点工况，在工况不变的情况下，分别在早晨6∶00左右(即温度较低)和中午12∶30～14∶30(即温度较高)间对其挠度进行测量，找出温差变化较大时挠度变化的极值，从而为确定待施工各节段预拱提供较为可靠的依据。

(2)箱梁轴线抽测

①测点布置：在每一梁段悬臂端梁顶中线设立一个轴线观测点。测点见图3中的“O”所示的位置。

②测量方法：使用全站仪和钢尺等，采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。

(3)主梁立模标高的测量

①测点布置：立模标高的测点位置见图2中的“|”所指处，即：底板底模板三个特征位置;顶板底模板六个特征位置。

图2 箱梁截面立模标高测点位置示意图

②测量方法：用精密水平水准仪测量立模标高。

③测量时机：立模标高的测量应避开温差较大的时段。立模到位、测量完毕后，监理单位对施工各节段的立模标高进行复测。

在某一施工工况完毕后，对主梁顶面混凝土进行直接测量。在测量过程中，同一截面测三点，根据其横坡取其平均值，这样可得到主梁顶面的高程值。同时，根据不同的工况观察主梁的挠度(反拱)变化值，按给定的立模标高(含预拱度)立模，也可得到主梁顶面的高程值。两者进行比较后，可检验施工质量。

结构几何形状的测量主要包括：箱梁上下表面的宽度、腹板厚度、上盖板和下底板的厚度、箱梁截面高度以及箱梁施工节段的长度等。

3.3.5 测量仪器

自动安平水准仪：瑞士莱卡水准仪，每公里往返测高程高差中误差0.7mm。

全站仪：瑞士莱卡Tc802全站仪，测距离标准偏差为：±(0.41mm+0.26 ppm·D);测角精度为：H：2″，V：3″;(仪器鉴定后误差精度)。

3.4 混凝土箱梁应变测量

对大跨度预应力混凝土桥梁而言，由于混凝土材料的非均匀性和不稳定性，受设计参数的选取、施工状况的确定(施工荷载、混凝土收缩徐变、预应力损失、温度、湿度、时间等参数)和结构分析模型等诸多因素的影响，结构的实际应力与设计应力很难完全吻合，即计算应力不可能反映结构的实际应力状态。因此，在预应力混凝土结构的应变实际测试中，通过系统识别、误差分析与处理，使测试应力尽可能地接近于实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。

混凝土箱梁结构在悬浇过程中，按下述三个工序循环推进：(1)挂篮前移、立模。(2)混凝土浇筑。(3)预应力钢绞线张拉。因此，应力测量也按上述三个工况划分，分别对施工中三个工况及特殊情况下的应力进行跟踪监测，直至全桥竣工。