大跨度PC连续刚构特大桥施工监控方案探讨

王 子， 陈 春, 邓中华

(中国五冶集团有限公司路桥工程分公司， 四川成都 610041)

1 工程概况

黄荆坝大桥主桥为跨径(90 m+160 m+90 m)的PC连续刚构桥(图1)，箱梁为三向预应力结构，采用单箱双室截面。箱梁顶板宽17.1 m，底板宽11.1 m，翼缘板悬臂长3.0 m，箱梁顶板设置成-2 %单向横坡。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高3.5 m(箱梁高均以腹板外侧为准)，箱梁根部断面和墩顶0号梁段高为10.2 m。从中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次抛物线变化。箱梁腹板在墩顶范围内厚120 cm，从箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm三种厚度，箱梁底板厚除0号梁段为150 cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的120 cm厚以1.8次抛物线渐变至跨中及边跨合拢段截面的32 cm厚。主桥上部采用挂篮悬臂施工，箱梁0号段长12 m，悬臂施工标准节段长度为(7×3 m+8×3.5 m+6×4 m)，全桥共设3个合拢段，长度均为2 m，边跨现浇段长度为8.80 m。

图1 主桥总体布置

2 施工监控目标

(1)建立满足施工精度的施工测量控制系统。

(2)控制箱梁的标高，使箱梁顶面、底面标高符合设计要求线形，符合设计的横向坡度要求。

(3)控制箱梁的平面位置，使箱梁的中轴线符合设计桥梁轴线。

(4)监测箱梁在悬臂施工时不同施工状态下的挠度变形情况，并进行挠度—温度影响规律研究，对挠度实施有效的控制。

施工监控精度要求如下：

①应力控制误差不大于2 MPa。

②成桥中轴线偏差不超过1 cm，成桥主梁标高与理论线形值相差不超过±L/5000=3.2cm；相邻节段高差不超过1 cm。

③合龙误差在规范允许的范围内，主梁合龙段两端高差控制在±2.0 cm。

3 施工监控内容

3.1 施工阶段计算分析

对于主桥连续刚构桥的计算，采用专业桥梁计算程序桥梁博士并结合空间分析程序Midas Civil进行，按照桥梁结构的实际施工阶段进行仿真计算(图2)。

(a)实体模型

(b)单元节点模型图2 桥博仿真模型

3.2 施工监控工况划分

每个梁段的施工为一个阶段，每阶段分成3个工况：(1)挂篮前移并定位立模；(2)浇注全部混凝土；(3)预应力张拉。

3.3 应力及温度监测

(1)主梁结构应力监测。

在箱梁的根部截面、L/4和L/2截面布置应力及温度测点，主梁共设7个应力及温度监测断面，每个应力及温度监测断面布置4个应力及温度测点，顶板和底板各设置2个应力及温度监测点(图3)。

图3 主梁测试截面布置

各截面测点布置(图4)，每截面布置4个测点，顶底板各2个。全桥共布置测点56个。

图4 主梁测试截面应力测点布置示意

(2)主墩应力监测截面及测点布置。

主墩墩底距基础3 m位置截面均布置应变监测点，黄荆坝大桥主墩测点共计16个(图5)。

图5 主墩应力测点布置示意

4 监测方法

4.1 应力监测

(1)应力测试工作内容。测试元件的安装调试、施工期间的数据采集、测试数据的分析整理和测试结果的总结四大部分。

(2)应变计按预定的测试方向固定在主筋上(图6)，测试导线引至混凝土表面。应力及温度监测选用钢弦应力计(包含测温元件)和配套的频率接收仪，钢弦应力计温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强，适合长期观测。应选择清晨或深夜作为应力测量的时间。

图6 应力计安装

4.2 温度监测

在施工监控过程中，对箱梁温度分布和温度效应影响进行测试，通过实测温度计算结构的温度效应，并与实测值进行比较，得到较为准确的温度效应，为后续施工监控工作提供数据支持。温度变化对梁端挠度的影响观测选择中长悬臂和长悬臂阶段两个时期进行24 h温度测量，同时测试主梁应力和挠度的变化。

4.3 主梁线形监测

在施工过程中随着施工的进行需要准确把握箱梁在每道工序下的变形，同时与理论计算结果进行校核并结合应力测量结果，分析梁重误差、预应力张拉误差、混凝土收缩徐变和温度变化等因素对梁端标高的影响，以期获得桥梁设计线形。

线形控制既包括主梁标高(挠度)的监测与控制，又包括桥梁中线的监测和控制。一般而言，中线偏差主要是由于挂篮前移定位偏差所致，因此，需要准确的测量梁段施工过程中每一道工序完成后的中线偏差。

5 施工过程控制与调整

5.1 确定梁段施工立模标高

大跨径连续刚构桥的成桥线形和合龙精度主要取决于施工过程中梁段挠度的控制。梁段的前端挠度应考虑设计文件提供的大桥结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载等数据，结合工程实际情况进行误差分析，计入挂篮变形、当前块件的下挠值等综合因素给出立模标高。

立模标高的计算公式如下：

Hl=Hs+Y+ △g

Hl为立模标高；Hs为设计标高；Y为预抛高值；△g为挂蓝变形值。

预测标高值为：

Hy=Hl-Y0-△g

Y0为浇筑当前块的下挠值。

其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线，进行内插而得。

5.2 立模标高的调整方法

立模标高的调整量控制在一个较小的范围之内，同时确保主梁线形平顺，既要保证主梁各节段绝对标高的精度，也不能让主梁出现明显的折点。当本梁段完成后的前端标高出现偏差时，在其后的二个梁段内将其消除。处理方法是：先将本梁段标高偏差反号并两等分为d，再将d分别加进后面施工下两个梁段的立模标高中。

6 施工过程控制要点

6.1 立模标高控制要点

施工单位根据第三方监测单位监测报告里的数据，复核调整梁段立模标高(图7、图8)。高程控制以Ⅱ等水准高程控制测量标准为控制网，箱梁悬浇以Ⅲ等水准高程精度控制联测；选用高精度水准仪，其偶然误差不大于1 mm/km。

图7 第三方监测通知

图8 复核立模标高

6.2 梁段重量误差要点

影响梁段重量误差的主要因素是顶板厚度，同时严格控制底板厚度和腹板宽度。

6.3 预应力张拉误差要点

预应力张拉误差的主要原因是预应力张拉实施时所产生的张拉偏差以及实际张拉的管道摩擦系数与管道偏差系数误差，严格按“双控”的原则来保证预应力张拉的准确，同时通过应力测试来检测预应力张拉的准确度。

7 结束语

随着我国桥梁建设高速发展，大跨度PC连续刚构桥施工工艺也越来越成熟，如何保证成桥后监测项目偏差符合设计指标而且线形优美，仍然是施工过程中的重难点。因此，施工监控工作是必须的，除了施工单位自控和外部监控有机结合以外，还必须紧紧围绕“人、机、料、法、环”等要素展开施工监控管理工作，在充分分析设计数据的基础上，科学合理的制定监控方案，优化施工方案和施工工艺，确保合龙精度，消除可能对结构安全和施工安全产生影响的不利因素，使成桥后的结构线形和内力满足设计要求。