南浦大桥W3 匝道桥梁顶升施工监测方案研究

马 际

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

1 工程概况

南浦大桥W3 匝道大修工程现状南浦大桥W3上匝道接地点距董家渡路约50 m，终点接入南浦大桥主引桥，匝道双车道设计，桥面宽度9.55 m，全长716 m，上部结构为简支空心板梁，如图1 所示。该工程大修长度约280 m 桥梁+100 m 挡墙，大修后长度约180 m 桥梁+50 m 挡墙，如图2 所示。通过取消平坡段并加大纵坡坡度，南浦大桥W3 上匝道接地点南移约170 m，并与外滩隧道快速路连接贯通。桥梁纵坡由原4%+0%+4%改建为5.17%，顶升落梁最大高差为5.59 m，如图3 所示。

图1 横断面布置图（单位：mm）

图2 桥梁大修平面示意图（单位：m）

图3 大修桥梁立面布置图（纵坡为4%+5.17%）

2 施工监控的总体目标及关键技术问题

2.1 施工方案特点

（1）纵坡最大调整为0%变为5.17%，调整值为5.17%；调坡过程中桥梁重力的水平分力有所变化，且落梁过程支座磨阻力变小，需要重点监控顶升段顺桥向和横桥向的水平位移变化。同时需多方面考虑降落过程中空中姿态，避免梁体和防撞墙的碰撞。

（2）在顶升分段处存在盖梁上部结构偏心，且盖梁在顶升过程中的受力与原设计不同，需要监控盖梁控制断面的应力。

（3）在降落过程中，由于桥面在水平方向上的投影长度不断变化，梁与盖梁之间会产生不可避免的相对位移，在确保墩柱中心线不变的前提下，必须解决梁端位移引起的力系平衡变化问题。

2.2 工程施工监控的主要思路

针对该工程特点，施工监控的主要目的是保证桥梁在顶升和落梁过程中的安全，以设计的成桥状态为目标，按照规定的各项设计参数确定每一施工步骤应达到的分目标，测量实际施工中结构的变形和应力等数据，分析对比与分目标的偏差，并提出调整措施。同时预报施工中的不利状况，确保顶升施工顺利进行。

（1）变形控制：监测主梁、盖梁的变位情况，以落梁过程中的调坡控制为核心。

（2）内力控制：控制顶升过程中结构关键断面的应力水平，防止在顶升时出现结构开裂。

2.3 监控中需要解决的关键技术问题

围绕上述主要监控目标，监控中需要解决的关键技术问题主要有：主梁顶升过程中梁体空间姿态测量、顶升过程中结构关键断面应力测试、落梁过程的调坡监测。

2.3.1 空间位移监控

在桥梁顶升过程中，最理想的情况是按照设计要求的施工顺序和顶升步骤，平缓的将梁体顶升到位，为了保证在顶升过程中梁体位移符合设计要求并防止出现意外变形，应该对顶升梁段的空间位移进行监测。

该工程是采用切断立柱顶升盖梁的思路进行施工，若在施工中出现不合理的位移，则会在盖梁和板梁的空间位置的变化反映出来，在监控中，建立独立的坐标系采用全站仪观测盖梁和板梁的空间位置，并与千斤顶活塞行程进行比对，一方面可以检验施工精度是否满足设计要求，另一方面对结构顶升过程中可能存在的意外情况及时报警。

2.3.2 关键断面应力监控

顶升施工时，结构的受力点是盖梁翼缘板根部，与盖梁使用过程中的受力状态有明显区别：原设计盖梁是承受板梁传递来的荷载并将这些荷载通过桥墩传递至承台，从受力上看，盖梁、桥墩和承台构成了一个整体进行受力；而在顶升阶段，桥墩被切断导致板梁、盖梁的荷载都通过盖梁分配给几个顶升点，所以盖梁的受力与原设计有较大的区别，顶升阶段应该控制其应力变化，防止出现开裂。

2.3.3 落梁调坡监测

落梁过程中，由于各个桥墩下降高度不一样，最大降落高度约5.59 m，各个桥墩下降速率不一致才能实现调坡，这就导致上部结构主梁在水平面的投影长度会发生变化，主梁与盖梁必然发生相对转角，顶端间隙发生变化。当墩柱中心线不变的情况下，梁端位移会引起的力系不平衡问题以及支座剪切变形，因此需要对落梁调坡时的关键参数的进行同步监测。

根据该工程施工的特点并结合同类工程的建设经验，确定施工监控内容如下：

（1）桥面线形监测；（2）桥墩承台沉降监测；（3）主梁空间姿态监测；（4）桥墩盖梁应力监测；（5）桥墩盖梁垂直度监测；（6）落梁调坡监测。

3 顶升施工主体步骤

（1）封闭交通：封闭交通后，对桥面沥青进行铣刨，拆除老桥伸缩缝和桥面连续缝，增设顶升联纵向临时连接装置。

（2）老桥承台加固：对顶升联所涉及的桥墩承台上土方进行开挖，露出老桥承台，对老桥承台进行加固处理。

在该施工阶段，要在加固承台时在新承台顶部布置沉降观测点，并在承台加固后测量初始值。

（3）搭设顶升支撑体系：在完成加固的承台上搭设支撑体系，准备顶升施工。

在该施工阶段，要完成主梁空间姿态和落梁调坡等监测点的布置。并在顶升前测读初始值。

（4）顶升阶段：待顶升支撑体系搭设完成后，正式进入桥梁顶升施工程序。

在该施工阶段，要随着施工的进度对桥墩的空间位移、关键截面应力、承台沉降进行观测，并提供监测报表。

（5）落梁阶段：待墩身切割完成后，正式进入桥梁落梁施工程序。在该施工阶段，要随着施工的进度对落梁调坡监测点进行连续观测，并提供监测报表。

4 监控安全预警及监测数据分析控制

落梁过程以控制结构安全为主要目标，以应力为直接指标，同时位移指标能更准确的反映落梁过程的稳定性，根据相关设计文件及监控技术要求，特制定本项目监控过程中的预警值，见表1。

5 监控结果总结

5.1 落梁完成状态监控结果

5.1.1 落梁高度监控结果

各墩柱落梁高度见表2。

由落梁高度监控结果可以得出，落梁高度与设计值差值最大值为2 mm，空心板梁两侧高差最大值为2mm，均满足施工监控技术指标要求。

表1 监控预警值及措施

表2 落梁高度监控结果 mm

表3 水平位移监控结果 mm

5.1.2 水平位移监控结果

各墩柱水平位移监控结果见表3。

由水平位移监控结果可知，22 号盖梁横桥向累计位移最大，为9 mm；27 号盖梁顺桥向位移最大，为8 mm；K20 跨与K21 跨空心板梁横桥向位移最大，均为10 mm。水平位移监控结果满足施工监控技术指标要求。

5.1.3 应力监控结果

最大应力监控结果见表4。

由表可以看出，该落梁完成状态下应力值均小于限值1.39 MPa，盖梁不会出现裂缝。

5.1.4 倾斜监控结果

倾斜监控结果见表5。

由倾斜监控结果可知，24 号墩柱累计倾斜变化最大，为2.0 mm/m，倾斜方向为东，其倾斜累计变化量满足监控技术指标要求。

5.1.5 承台监测结果

承台沉降监测结果见表6。

表5 倾斜监控结果

由表可以看出，落梁施工过程中承台未出现沉降。

5.2 结论

落梁施工过程中，部分空心板梁两侧落梁速率有差异，落梁过程未完全实现同步落梁，部分盖梁、空心板梁水平位移超限。落梁完成时，21～28 号墩落梁均到达指定位置，且与目标值差值最大不超过2 mm。

施工过程监测数据表明，落梁过程中各项监测指标均基本满足施工监控技术要求，对于施工过程中部分超限监测参数，后续施工过程中均进行了调整，调整后的监控参数均满足施工监控技术指标要求。落梁完成后，主梁线形满足设计线形要求。

6 结 语

按照南浦大桥引桥改造工程W3 匝道桥梁顶升施工监测预案要求，确保方案能顺利进行，应做好以下工作。

（1）在具体测试中安排固定测试人员、测试仪器、固定时间按基本相同的路线测试以最大可能减少测量误差。

（2）测试仪器在投入使用以前，均应由法定计量单位进行校验，经检验合格并在有效期内方可使用。

（3）对工作中使用的基准点、工作点、监测点用醒目标志进行标识的同时，对现场作业的工人进行宣传；尽量避免人为沉降和偏移，对变化异常的测点除进行复测外，若发现已遭破坏，应立即进行重新埋设。

（4）数据处理以后汇成报告必须经过专项测试人员自检并及时整理分析，测试数据发生异常时，应及时作出应对并协商解决方案。

南浦大桥W3 匝道大修工程已于2017 年8 月建成通车。目前，通车接近两年，运行平稳，通行高效。该工程施工期间的监测方案为工程的顺利实施起到了保驾护航的作用，可为以后遇到同类问题的工程提供参考。

表6 承台沉降监测结果 m