高墩大跨径连续刚构桥线形监控研究

郑鹏哲

（中铁一局集团有限公司第三工程分公司 陕西省宝鸡市 721006）

随着我国交通事业的不断发展，急需修建更多的高墩大跨径桥梁跨越大河大江和深谷，使得预应力混凝土连续刚构桥得到更大的发展。高墩大跨径连续刚构桥，其施工阶段比较多，各个阶段会受变形、内力、应变与墩高、荷载大小、混凝土收缩、徐变、预应力筋应力损失、温度、施工误差、材料特性等多种因素影响，均可能会影响工程的整体质量[1]，因此开展桥梁工程监控测量，及时、准确地提供施工控制数据对桥梁的施工质量有着重要的意义。

1 工程概况

哈格达沟特大桥主桥为一座三跨一联预应力混凝土高墩大跨径连续刚构桥，跨径组合110+200+110=420m。主梁为单箱单室预应力钢筋混凝土箱型梁，墩顶梁高12m，跨中减小为3.5m。主墩最大高度为100m，主墩采用纵桥向不变，横桥向单向放坡的双肢薄壁实体结构，基础为承台、群桩基础，如图1所示。

图1 桥型结构示意图

2 工程施工监控系统的建立

桥梁施工控制的实施涉及到方方面面，所以必须事先建立完善、有效的控制系统才能达到预期的控制目标。桥梁施工控制系统的建立及其功能的确定要根据不同的工程施工实际分别考虑。一般施工控制系统都具备管理与控制的功能，施工控制系统由施工控制管理与施工现场控制两个分系统组成。施工控制系统如图2所示。

图2 施工控制系统框图

3 高墩大跨径连续刚构桥线形监控的具体路径

3.1 工程整体稳定性分析

结合本桥的施工方案和施工方法，采用Midas分析软件对不同施工阶段时主体结构进行稳定性分析，防止异常情况下的结构失稳破坏，并根据计算分析结果及时向施工单位及监理工程师发出书面通知，并提出相应的整改措施。

3.2 挂篮设计安全评估及静载试验

3.2.1 安全评估

挂篮是大跨径连续刚构桥进行悬臂施工的主要设备，为此应对挂篮进行结构受力分析及变形验算，确保安全及变形满足设计及规范要求。挂篮验算采用Midas结构分析软件进行空间结构分析。

3.2.2 静载试验

由于挂篮本身的变形会对立模标高产生很大的影响，所以在挂篮安装完成后，对挂篮必须进行静载试验[2]。监控单位将配合施工单位采集挂篮在各种不同荷载作用下的变形及受力特征值，并应用到施工监控过程中，以便正确预测梁段的立模标高。

根据测试要求，加载重量按等效荷载的1.2～1.4倍进行，拟分3级加卸载。荷载分级按施工工艺安排进行，一般第一级加载以底板重量为等效荷载，第二级按腹板重量的2/3进行，第三级按剩余荷载进行，最后加载须等待72h（混凝土等强时间），中途加载等待30min即可；三级卸载按加载顺序反方向进行；在每次等待时间满足要求后记录挂篮前支后锚的变形，剔除非弹性变形，绘制弹性变形和荷载曲线，为分析墩旁托架和挂篮变形及施工结构安全服务其总变形量不得超出20mm。

挂篮静载试验时可在挂篮的主桁杆上，挂篮的后锚钢筋上布置应力测点；在挂篮的前吊点布置挠度测点；另外为了测定吊点的相对挠度，还应对支点的沉降进行测量。

3.3 主梁位移监测

该工程大跨径预应力混凝土连续刚构桥主梁采用节段悬臂浇筑法施工，位移监测分竖向位移监测和平面位移监测。在监测过程中监控单位将和施工单位共用一个测量控制网，在共用的基础上又相互独立、相互监督、相互检查[3]。控制过程是“施工→测量→预测→识别→调整→预告→施工”的循环过程。在此过程中对主梁的变形与应力实行双控，这是一个技术问题，也是一项系统工程。其主要分为两个组成部分，一部分是施工数据采集系统，即在桥梁施工过程中通过在桥上埋设各类传感器和设置监控系统，采集资料。再一个是资料分析仿真模拟计算系统，将采集到的资料进行分析处理，以确定一道施工工序的有关参数。因此在箱梁标高控制过程中需要细致的观测、测试工作和大量的计算分析工作。通过有效的监控，保证设计的施工过程和受力状态得以准确实现，最终达到成桥阶段的控制目标。

3.4 主梁应力应变监测

由于高墩大跨径连续刚构桥桥墩和主梁联合作用，使得主梁各部位受力复杂多变，通过应力监测找出各施工阶段控制断面的应力变化规律指导施工，同时通过应力监测及时发现施工中异常现象，避免发生不安全事故。比如预应力钢束出现滑索，钢束内缩，存在过大的预应力损失等从锚固点观测不到时，可以通过应力变化检查出来，及时进行处理。

主梁正应力监测断面设在悬臂根部（距悬臂根部约1/2梁高处）、L/4、L/2、3L/4等断面，主桥共设11个断面。每断面内分别设4个测点，测点均匀布置在腹板与顶板和底板相交处。

3.5 主墩施工监控

（1）平面位移的监测：首先在主墩施工过程中，要求施工单位用激光对准仪配合经纬仪对主墩的垂直度进行控制，监控单位监测指导进行主墩施工，确保主墩垂直。同时在主梁悬浇及合龙过程中，用全站仪对主墩的垂直度进行监测，及时反映主梁悬浇的对称性及合龙时的水平位移。

（2）应力应变监测：为了能准确掌握主梁施工过程中主墩的受力状态及主墩的安全性，分别在单幅桥主墩墩底标准段及墩顶标准段截面（距变截面0.5m）设主墩应力应变监控断面。结合本桥特点，我们将对主桥的2#、3#墩进行应力应变监测，共设4个断面，每个监测断面分别设4个测点，通过埋设TFL-S-GJxx型钢筋应力传感器和TFL-S-NMxx型埋入式应变传感器共同采集、相互校核来获得数据，数据采集采用TFLZXRB-Bx型数据采集仪。

3.6 承台及基础下沉量监控

为了准确测得主墩及主梁的竖向位移量，拟对承台和基础的下沉量进行监测。承台及基础沉降量通过在承台顶面设观测点来实现，观测点在每个承台上设4个点，分别布置在前后左右四个正交方向，观测点采用φ16螺纹钢筋棍，埋设方法同主梁位移观测点，其观测频率同主梁观测频率。

3.6.1 预应力钢绞线管道摩阻损失的测定

在进行钢绞线张拉时，由于管道摩阻会造成预应力不同程度的损失。因顶板预应力索和底板预应力索平、竖面曲率差距很大，将对顶板、腹板的预应力钢束（各选取2束）分别进行管道摩阻损失测试。测试前在预应力锚具下安装压力传感器，通过一端张拉预应力索来测取锚具下传感器力值，然后推算预应力管道摩阻损失。

3.6.2 预应力钢绞线预应力度监测

在进行钢绞线张拉前，在预应力锚具下安装压力传感器，通过对张拉过程中压力传感器进行实时的数据采集和分析，同步监测预应力钢绞线的应力状态。

进行施测，能测量到变形大于±1mm的挠度值。为保证观测精度，以0#块上的水准点为起终点，采用闭合水准路线的形式进行水准测量。

4 结束语

综上，工程施工监控工作一方面是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行；另一方面是结合测试分析和模拟计算，对施工过程中结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序、保证工程质量，因此应当结合工程的施工特点，开展高效的施工监控，从而为社会提供更加高质量的桥梁精品工程。