连续梁拱桥施工监测监控与成桥分析

何 山

(宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315012)



连续梁拱桥施工监测监控与成桥分析

何 山

(宁波市轨道交通集团有限公司，浙江宁波 315012)

以宁波轨道交通2号线一期工程跨宁镇公路连续梁拱桥为研究对象，综合论述连续梁桥的监测技术和监测成果应用。

连续梁 系杆拱桥 监测监控 成桥分析

1 监测监控工作概述

宁波市轨道交通2号线一期TJ2111标跨宁镇公路立交连续梁拱桥桥跨结构形式为(40+85+40) m，施工方法为先梁后拱支架法。连续梁监测监控实行现场分组直控模式，在项目监测小组下设应力测量小组、温度测量小组和变形测量小组，并成立监控计算与分析小组，以负责施工控制中监测数据分析和施工过程跟踪计算等具体技术问题。工作关系如图1所示。

图1 监测监控工作关系

2 施工监测前期理论分析

2.1 理论分析和计算

按照施工方给出的施工工序及设计基本参数，采用结构分析软件Midas Civil 2012进行施工过程空间有限元分析。主梁及拱肋均采用梁单元模拟，吊杆采用桁架单元模拟。全桥共284个梁单元，30个桁架单元，242个节点。桥梁结构有限元模型如图2所示。

图2 连续梁拱桥成桥阶段有限元模型

根据材料特性、截面性质、荷载及边界条件等对成桥阶段进行模拟计算，计算内容及成果如表1及图3～图8所示。

表1 吊杆张拉力

图3 主梁竖向位移计算成果

图4 主梁内力计算成果

图5 主梁应力计算成果

图6 拱肋竖向位移计算成果

图7 拱肋横向位移计算成果

图8 拱肋截面组合应力

2.2 合理成桥目标

在设计基准温度下，主桥合理成桥目标允许误差如表2所示。

表2 合理成桥目标允许误差

2.3 施工监测预警值

(1)线形预警值

当主梁或拱肋线形实测值与理论值超出表3所列的控制值时，发布初步预警并分析原因。

表3 施工监测线形控制指标 mm

(2)混凝土应力预警值(C50混凝土)

混凝土应力监测结果启动初步预警的预警值如表4所示。

表4 混凝土应力预警值 MPa

(3)钢管拱肋应力预警值

钢管拱肋应力监测结果启动初步预警的预警值如表5所示。

表5 钢管拱肋应力预警值 MPa

3 连续梁拱桥监测技术

3.1 监测内容

连续刚构桥主梁施工监测包括以下主要内容：

应变监测、线形监测、温度监测、吊杆索力监测。

3.2 应变监测

(1)测试仪器

选用质量高的埋入式混凝土应变计、钢筋应变计和配套的综合频率接收仪作为应变观测仪器。该应变计的温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，特别适合于长期观测。

(2)监测断面

对边跨、中跨的梁体进行应力监测。在主梁边跨跨中，中跨L/4、L/2及中墩支点等关键截面布置应力观测点，共9个测试断面，如图9所示。

(3)测点布置

主梁每个应力测试断面应根据情况布置不少于8个应变测点；拱肋每截面设4个测点，具体布置如图10和图11所示。

图9 连续梁拱桥应力监测截面(单位：cm)

图10 连续梁拱桥主梁应变测点布置

图11 连续梁拱桥主拱应变测点布置

(4)应力计的埋设

应力计按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。施工过程中需注意对应力计和引出导线的保护。3.3 线形监测

(1)主梁线形监测

主梁线形控制的实质是保持主梁底板线形平顺且满足设计要求。本桥主梁测点布置于箱梁顶板上，每个箱梁横断面顶面横向布置3个测点，布置在桥梁中心线位置以及两侧翼板外承托的根部。顺桥向每节段设置一个测试截面，在每节段箱梁浇筑完成后还应测量顶底高差，以便计算箱梁底面高程。采用型号为TC2003的电子全站仪按工程变形三等水准测量。

(2)拱肋线形监测

连续拱桥还需对拱肋进行线形监测。拱肋线形包括平面外的线形和平面内的线形，通过设置在拱肋上测点的水平位置与高程来反映。

拱轴线线形测试断面均设置于吊杆位置(具体布置在吊杆上锚垫板顶面中心)，每个拱肋上有15个吊杆，共设15个线形测点。

采用全站仪测量各测试断面上测点的三维坐标，以确定拱肋各位置高程和水平向偏转，测点安装棱镜时须保证棱镜处于竖直状态且与拱肋连接牢固。

3.4 温度监测

温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节性温变和日温变化两部分。日温变化比较复杂，尤其是日照作用，会引起主梁顶底板温度差，使主梁产生挠曲。选择早晨太阳出来前对挠度进行观测，可以有效地消除日照温差的影响。季节温差对主梁挠度的影响比较简单，其变化相对均匀。

在主梁混凝土灌注期间及梁体合龙前，选择良好的晴天，进行两个循环的温度观测。每个循环从第一天早上7:00时到第二天早上7:00时，每个小时观测一次，其中9:00到19:00每小时观测一次，每天18次。

在控制截面上埋置温度传感器进行温度监测，温度测试断面和测点布置同应力监测布置。

3.5 吊杆索力监测

吊索安装完成后，每根吊索张拉时，测试两侧相邻3对索索力。全部吊杆第一次张拉完成后，选取温度稳定的夜间对温度、主缆线形、主梁线形、主塔变位、全部吊杆的吊杆力进行测试。同时进行控制反馈分析，达到对后续工序监控调整的作用。

索力测试采用索力动测仪，按弦振动法进行测试，并选取一根同长度、同类型吊杆进行标定。标定方法：在张拉千斤顶与工具锚间安装测力环(锚索计)，在张拉过程中读数并与频率法结果进行比对修正。

3.6 监测要求

(1)测量误差要求

主梁高程、里程、轴线测量误差应小于±2 mm。采用振弦式应变计进行应变测量，量程采用±1 000～1 500 μm，要求综合精度高于±0.5%，年漂移量小于±0.5%，经温度补偿后温度漂移小于±1%/10 ℃。采用振弦式索力传感器的精度为±2%，结构温度场监测误差小于±1 ℃，环境温度监测误差小于±1 ℃。

(2)其他要求

钢管拱肋合龙后，其线形和内力受温度影响较大，测试应在一天气温较为平稳的夜间时段进行，所有监测项目测试应基本同时进行；测量时严格控制施工临时荷载，材料堆放要求定点、定量；线形测量工作由施工方和监控方分别进行，同时监理方进行监督；所有观测试的记录录须注明施工阶段、日期、时间、天气、气温、特殊施工荷载和其它突变因素；每一施工工况完成后，由有关方进行测试，确认测量结果无误后方可进行下一工况的施工。

4 监测数据统计分析

施工过程的监测监控管理主要管控三个节点工况，分别是：(1)主拱混凝土浇筑完成后(以下称：浇筑后)(2)吊杆张拉完成、主梁支撑拆除后(以下称：拆架后)(3)铺轨完成后的成桥阶段(以下称：成桥)。将监测数据和过程管理资料按上述施工阶段进行归类统计分析。

4.1 监测数据统计

各项监测数据分别如图12～图17所示。

图12 拱肋轴线偏差(单位：mm)

图13 拱肋轴线高程偏差(单位：mm)

图14 主梁高程偏差(单位：mm)

图15 主梁应力偏差(单位：MPa)

图16 北拱拱肋钢管应力偏差(单位：MPa)

图17 南拱拱肋钢管应力偏差(单位：MPa)

4.2 数据分析及预警响应

对照施工监测预警值，施工过程中拱肋、主梁线形及应力状态偏差均有部分测点超出预警值，风险评估工程师共发出4次初步预警，对拱肋轴线15个测点、拱肋高程11各测点、主梁高程23个测点、主梁应力28个测点和拱肋钢管应力3个测点位置进行预警，并与各参建单位协同制定纠偏措施。最终在成桥阶段，全部拱肋轴线有8个测点偏差得到相应控制，8个仍超出成桥目标，达标率73.3%，最大偏差值为22.7 mm；拱肋和拱肋高程全部得到控制，达标率100%；主梁应力有21个测点位置偏差得到控制，但新增8处超出合理成桥目标值，总体达标率由26.3%提高至60.5%；拱肋钢管应力预警的3个测点均在成桥阶段达到目标值内，但新增5个测点超出目标值。

经后期分析，各测点预警后，应力值调整过程中可能影响周边梁体或钢管的应力。因此，日后在其他桥梁的监测监控管理中，应注意考虑纠偏措施对其他部位的影响，建立全方位纠偏理念。

4.3 预警响应及措施

初步预警发出后，由项目总监组织，由建设单位、设计单位、施工单位、监测单位参加，召开预警分析会，会前进行现场巡检，会上进行数据对比和措施讨论，最终制定调整措施，以预警会议纪要形式发出，作为正式文件指导后续施工。

针对轴线高程偏低的问题，采取延长保温、养护时间和拆模时间等措施；针对应力偏差的问题，采取预应力张拉力、伸长量和持荷时间微调等措施。取得了一定的效果，使多数偏差得到有效收敛。

5 成桥评析

(1)成桥阶段主梁线形平顺，主梁测点实测高程均能满足控制精度要求。成桥阶段拱肋线形平顺，南侧拱肋测点实测高程与理论值的差值均小于26.7 mm，满足控制精度要求，测点轴线偏位大部分小于控制精度13.3 mm，最大偏差为22.7 mm，测点为J15，位于拱脚位置；北侧拱肋测点实测高程与理论值的差值均小于26.7 mm，满足控制精度要求，测点轴线偏位大部分小于控制精度13.3 mm，最大偏差为19.8 mm，测点为J12。

(2)对于施工过程中线形偏差超出预警值的情况，桥梁监控工程师及时发布预警通知并提出了调整措施，大部分测点成桥阶段较施工过程偏差有所收敛。

(3)从轴线偏差分析，跨中偏差值较梁段总体偏小。主要是梁端受下部结构偏差影响较大，较难调整，跨中通过监测调整，偏差值得到较明显收敛；而轴线高程偏差值全部为负值，说明预拱度的设置，对支撑体系弹性、非弹性变形和地基沉降等参数的影响分析略有偏差，预拱度可增加10～15 mm。

(4)施工过程中结构应力与理论计算值基本吻合，最大拉、压控制值未达到预警值，未出现异常情况。

(5)成桥阶段主梁各控制断面实测应力均为全截面受压，实测应力平均值与理论值相比，大部分在1.5 MPa以内，最大差值为2.91 MPa。成桥阶段拱肋钢管实测应力与理论值相比，大部分差值在10 MPa以内，最大差值为12.58 MPa。

(6)成桥阶段为冬季，主梁应力偏差值均为负值，储备一定温度应力，整体偏安全；拱肋钢管拉应力偏差值达标率82%，基本可控。

6 结束语

连续梁拱桥是连续梁拱组合体系桥梁，其设计与施工高度耦合，所采用的施工方法、材料性能、安装程序、拱肋安装高程以及吊杆张拉力等都直接影响成桥的线形与受力。即便在设计时已经考虑了施工中可能出现的情况，在施工过程中由于施工误差，会使实际结构与理论状态不符。应根据施工中对桥梁结构实时监测的结果，对施工过程中的控制参数进行相应调整。此外，桥梁结构监测措施的实施也有利于保证施工过程中结构安全。

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Monitoring Control and Completion Analysis for Continuous Girder Arch

HE Shan

2016-07-19

何 山(1972—)，男，毕业于重庆大学，高级工程师。

1672-7479(2016)05-0014-05

TU196+.1； U446.2

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