预应力连续刚构桥施工监控

■谢鹏飞 ■江苏淮安交通勘察设计研究院有限公司，江苏 淮安 223000

1 工程概况

江都北路延伸工程古运河大桥横跨古运河，线位与航道中心线斜交100 度。从桥梁的景观效应考虑，桥型采用(27.5 +45 +27.5)米预应力混凝土连续V 形刚构方案。桥梁平面上处于直线段内，桥面横坡均为2.0%;纵面上采用2.5%的上坡及-2.5%的下坡，竖曲线半径为2500 米，全桥处于竖曲线段内。本桥上部结构以连续梁为主体，配以V型腿刚构共同受力。主桥连续梁分为两幅，单幅采用变截面单箱三室斜腹板箱梁，箱梁施工采用支架现浇。本桥下部结构桥墩呈“Y”形，与上部固结，以与主梁共同参与结构受力，桥台采用分离式重力式台，桥墩和桥台的承台都下接钻孔灌注桩基础。古运河大桥立面示意图如图1 所示。为了保证在桥梁施工过程和成桥后运营阶段的安全，现对该桥施工阶段进行监控。

图1 古运河大桥立面示意图

2 桥梁监控的目的和原则

古运河大桥主桥为预应力混凝土V 形刚构桥，为了确保主桥在施工过程中结构受力和变形始终处于安全的范围内，且成桥后的线形达到设计值或控制目标值，结构受力状态等接近设计期望，所以在主桥施工过程中必须进行严格的施工监控［1］。施工监控是要对大桥的线形和应力进行有效控制［2］，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥的影响，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。

3 桥梁施工监控的数值分析

古运河大桥采用前进法计算分析。利用ANSYS10.0 有限元软件进行分析计算的。该系统具有强大的计算功能，能进行各种结构体系荷载的线性与非线性结构响应计算，能够实现复杂的截面施工操作，能够进行结构上下部共同作用的分析;可进行分阶段施工过程的计算分析，输出各施工阶段对应的结构响应。施工过程的理论计算，将桥梁结构离散为有限个自由度的单元，并按实际施工过程划分结构单元，计算各部分在施工过程和投入运营后的累计竖向变形值和各阶段理论应力变化值等结果。古运河大桥的有限元模型示意图如图2 所示(两端为铰支座，图中未标出)。

图2 古运河大桥有限元模型示意图

图3 箱梁测点布置示意图

4 大桥主梁线形监控

4.1 主梁挠度测点的布置

主梁挠度的测点布置参照古运河大桥施工图，沿箱梁纵向全长在梁顶设立三个标高观测点，梁底设三个反光片作为坐标观测点，梁顶测点须用红漆标明。梁顶标高采用精密水准仪测量，梁底反光片利用全站仪测读，可根据施工过程中方便程度合理使用梁顶或者梁底作为主要测点。如遇特殊情况，测点可进行适当调整。主梁挠度测点布置示意图如图3 所示。

4.2 立模标高的确定

立模标高准确与否直接关系到成桥线形的优劣。在建立了正确的模型和性能指标后，就要依据设计参数和控制参数，结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等，输入到前进分析系统中，得到各施工阶段的理论挠度累计值，同时得到各施工阶段的预计标高。

立模标高和预测标高的计算公式分别见式(1)和式(2):

式中，Hm为立模标高;H0为设计底板标高;H1为外荷载、铺装层等结构自重及张拉预应力等作用下的挠度累计值;H2为收缩徐变影响值;f 为回弹值;h 为铺装层厚度。

4.3 大桥线形控制成果

大桥实际的施工状态与理想的施工状态是有差别的，这就是说，如果按照计算的理论挠度累计值及回弹值施工，最终成桥状态不一定是理想的状态，每一工况下各节段的实测标高与预计标高也存在偏差。这时，需分析各种对主梁变形产生影响的因素，对立模标高做出调整。

按照上述介绍的方法对大桥整个施工过程的标高进行监测，理论计算与实测结果符合较好，取得了良好的效果。

图3 左幅(西幅)箱梁底板中心实测标高与预测标高比较图

图4 右幅(东幅)箱梁底板中心实测标高与预测标高比较图

由图3 和图4 分析可知，支架拆除前后，箱梁底板标高在考虑外荷载及铺装层等结构自重影响值和收缩徐变(仅中跨考虑此影响，表中对应距梁端距离33.45m 至66.45m)调平层和沥青混凝土铺装层引起的预拱值后，其变形均在误差范围以内［3］，施工质量较好。

5 大桥应力监控

古运河大桥施工采用支架现浇法，支架采用满堂扣件式脚手架。对于这种施工方法，跟踪监测箱梁关键截面在施工中的应力状态尤为重要。因此，在箱梁关键截面埋设了钢筋应力传感器，对箱梁控制截面进行正应力监控，观察混凝土浇筑、预应力钢束张拉锚固、结构恒载等作用使箱梁控制截面产生混凝土正应力的变化等［4］。

古运河大桥应力测点截面位置如图5 所示，右幅(东幅)共计13 个截面，分别对应箱梁的每跨跨中截面、中跨四分点截面和2、3 号墩根部以及V 腿根部;左幅(西幅)共计7 个截面，截面布置为右幅(东幅)的一半。每个截面布置2 -8 个测点，具体的截面测点如图6 所示，用来监测主梁和桥墩的应力状态及应力在截面上的分布情况。

图5 桥纵向应力测点截面位置

图6 桥纵向应力测点截面位置

按照施工控制的要求，对桥墩和箱梁浇筑过程中各工况下关键截面的应力进行了分阶段观测。

(1)监控阶段一:桥墩V 腿混凝土浇筑完毕;监控阶段二:箱梁底板和1/2 腹板混凝土浇筑完毕;监控阶段三:箱梁顶板混凝土浇筑完毕。

V 腿根部混凝土应力理论值大小同样应为一个范围，而满堂支架与箱梁之间理论上不存在相对滑移现象，箱梁混凝土理论上不受力的作用，理论值应为0。这三阶段的实测结果表明除个别传感器无数据以外，其余实测结果接近于0，可以认为该差值是由于混凝土收缩徐变、温度应力以及满堂支架与箱梁之间的相对滑移引起的，但都在控制范围内，说明箱梁支架变形较小，施工质量较好，该阶段处于正常状况。

(2)监控阶段四:待浇筑的箱梁混凝土强度达到设计强度的90%以上，张拉预应力筋，满堂支架拆除前。

箱梁混凝土应力实测结果大多与理论值较为接近，即校验系数η都在1 左右，说明预应力张拉过程中预应力筋张拉到位，预应力损失较小，满足设计要求，该阶段处于正常状况。

(3)监控阶段五:满堂支架拆除后。

箱梁混凝土应力平均值与理论分析结果较吻合，且应力变化值较小，说明预应力筋张拉后，该桥实际已成功落架，该阶段处于正常状况。

(4)监控阶段六:成桥后。

桥墩V 腿和箱梁混凝土应力平均值与理论分析结果较吻合，说明成桥后桥梁混凝土内部应力变化较小，在控制范围内，该阶段处于正常状况。

6 结论

(1)江都北路延伸工程古运河大桥的全面、及时的施工监控工作，为保证施工质量、工程进度和施工安全提供了有力的保障;(2)对于每一个工况，均进行了严格的检查和提供了准确的现场实测数据，发现问题后及时联系各方人员，现场解决施工难题，为施工顺利进行提供了有力的支持;(3)箱梁施工过程中，主梁控制截面上、下缘应力分布符合理论分析的应力变化规律;(4)由本桥梁底的实测高程可以看出，梁底线形控制达到了预期的目标高程控制要求，各阶段箱梁变形值与理论值较吻合;(5)从主桥应力和梁底高程实测数据来看，各项技术、质量指标均得到了有效的控制，符合设计要求的应力和线形控制指标。

［1］顾安邦，常英，乐云祥.大跨径预应力连续刚构桥施工控制的理论与方法.重庆交通学院学报，1999 年12 月.

［2］武芳交.连续刚构桥梁悬臂施工线形控制分析.铁道工程学报，2006;(4):30 -31.

［3］中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.JTG D62 -2004.北京:人民交通出版社，2004.

［4］张宝才，徐帧祥，阴存欣.跨海预应力混凝土大桥工程监测分析.铁道技术，2000 年4 期.