大跨径预应力混凝土连续梁桥施工监控

杨 旭

(1.桥梁结构健康与安全国家重点实验室，湖北 武汉 430034；2.中铁大桥科学研究院有限公司，湖北 武汉 430034)

0 前 言

随着新技术、新材料以及新设计的出现，国内出现了越来越多的桥梁结构。其中预应力混凝土连续梁桥应用范围最为广泛，因为这种桥梁结构具有外形美观、结构性能良好、维护过程简单、抗震能力好以及行车舒适的特点[1]。在开展预应力混凝土连续梁桥实际施工的过程中，对称悬臂浇筑法是最为常见的施工方法，但是该施工方法在应用过程中会受到多种因素的影响，使得桥梁结构的内力以及位移会发生较为复杂的变化。为了保证连续钢构桥的成桥质量和提高施工过程中的安全性，对施工监控进行研究和分析是十分有必要的。

1 工程概况

本文涉及工程位于湖北省境内汉江陈家集河段，和武荆高速汉江大桥之间的距离约为13 km。桥梁东西岸均设置有乡村水泥公路。该桥梁主桥上部结构为四跨一联分离式双幅预应力混凝土变截面连续箱梁。主桥上部构造所采用的应力形式为三向预应力。为了提高成桥质量，在开展实际施工的过程中应用了较为严格的线形监控技术进行施工监控。

2 大跨径连续桥桥施工监控方法

2.1 预测控制法

预测控制法适用于各种结构形式的桥梁施工监控。应用该方法时，应根据具体的设计要求对可能会影响桥梁结构的条件或者因素进行分析，预测下一节段主梁会发生的应力变化及位移情况，然后针对性地采取相应的方法来控制实际施工过程。对于任何工程来说，理论值和实测值之间都会存在一定的误差，如果在预测未施工节段的预应力以及高程大小时将这些误差所造成的影响考虑进去，那么可以降低误差对实际施工所造成的影响[2]。每完成一个施工阶段的施工后对下一阶段的施工状态进行预测，将设计桥型当做桥梁设计和施工的最终目标，得出最为合理的预拱度，这也是是预测控制法最为关键的内容。

2.2 自适应控制法

在桥梁项目实际施工的过程中，如果桥梁的应力和位移扰度的理论值和实测值之间存在一定的误差，需要根据桥梁当前的实际施工情况重新确定建模的参数。完成参数的调整和确定后，通过软件计算出各个施工阶段的应力值及线形值，然后对理论值和实测值进行对比分析，再通过不断的调整将实际状态和理论状态之间的误差控制在合理范围内。参数识别是自适应控制法应用的关键内容，如果实测值和理论值之间出现误差，那么需要对误差进行具体的分析并应用参数估计准则反算出模型参数的误差。通常来说，应用范围最为广泛的参数估算准则有最小二乘准则、神经网络法及色理论预测法等，其中最小二乘法计算较为简便，精度可达到具体的要求。

3 施工监测的具体内容

3.1 标高控制

在开展钟祥汉江公路二桥主梁的挂篮现浇施工的过程中，只有保证梁段标高更加合理才能确保主梁的线形更加平顺。在实际控制标高的过程中结构仿真计算仅仅是理论数据，标高的控制会受到诸多不确定因素的影响，所以需要将实测值与理论值进行对比分析，然后根据具体的差异修整理论值，再确定下一阶段的立模标高[3]。想要提高桥梁线形控制水平，合理的调整立模标高是十分有必要的，导致误差产生的因素有很多，必须针对不同的因素采取合理的方法对立模标高进行调整和修整。本文涉及工程采用下列公式计算立模标高：

H设+∑f1+∑f2+f3+f4+f5=H施

(1)

式中，∑f1为桥梁自身及后续梁段自重对立模梁段所产生的挠度总和；∑f2为桥梁自身及后续梁段张拉预应力对立模梁段产生的挠度总和；H设为箱梁设计标高；f3为挂篮自重及其自身变形产生的挠度；H施为梁段施工立模标高；f4为二期恒载对立模标高产生的挠度；f5为箱梁对立模梁段产生的挠度。

根据施工现场情况，对该大桥13#墩9#段中跨线形控制标高进行了24 h的监测，得出其变化量曲线，如图1所示，标志点实测与理论标高变化量如表1所示。

图1 标志点实测与理论标高变化量曲线图

表1 标志点实测与理论标高变化量对比表

3.2 应力监控

因为本文涉及项目工期较长，所以应力检测工作注定是一个持续的测量过程，为了提高应力监测的精准度，选择一个应用起来更加方便可靠的传感器件是非常有必要的，就当前来看，埋入式智能混凝土振弦式应变计是最为常用的传感器件[4]。该传感器稳定性较好且具有较强的抗干扰能力，另外采集数据的过程更加简单方便。根据桥梁结构的特点，桥梁上部结构需布置应力测试截面共计19个，主墩高墩需要布置测试截面共计8个。在开展混凝土浇筑施工之前就需要将埋入式传感器捆绑在结构主筋上，如图2所示。

图2 埋入式智能混凝土振弦式应变计安装示意图

3.3 预应力监测

预应力施工质量的控制是整个工程的关键工作。为了提高预应力施工质量，必须控制好横向预应力、竖向预应力以及纵向预应力的施工水平。预应力筋的张拉效果也会对最终的成桥状态和桥梁线形产生影响，在开展实际施工的过程中必须对实际施工过程进行监测。

1)在对结构预加力时不仅要实现张拉的双控作用，还需考虑管道摩阻的具体影响。

2)通过分析大跨径桥梁所出现的病害发现，导致桥梁产生斜向裂缝的主要原因是主拉应力不足，通过分析桥梁结构受力特点可得出，如果适当施加竖向预应力可以提高主拉应力的抵抗效果，所以在开展实际施工的过程中必须加强竖向预应力的控制力度。

3.4 温度监测

因为梁墩会发生固结使得桥梁的上下部结构会受到温度的影响，所以在不同温度环境下对桥梁结构的扰度变化和应力情况进行监测[5]。

1)应用热敏电阻温度传感器测试混凝土温度，并且将其放置在底板、腹板以及箱梁顶板中。

2)在开展混凝土浇筑施工前需将温度传感器预埋在箱梁混凝土内，不间断监测3天，如果是晴天需每间隔1 h监测一次测点温度，如果遇到阴雨需每间隔2 h观测一次。然后绘制测点温度随时间变化的曲线，通过分析该曲线可得出结构的扰度变化和应力变化。其检测结果如表2所示。

表2 温度监测结果

4 施工过程分析及实际运行情况

1)施工全过程的结构分析。通过对项目施工过程中各个状态的数据参数和理论参数进行对比分析，更好地预测和反馈项目实际的施工过程。本文涉及项目上部结构施工阶段计算的过程是按照具体的施工顺序以及桥梁段的划分情况进行计算的。

2)施工监控的实际运行情况。在开展本文涉及项目施工的过程中左右幅同步施工。在计算和修整的过程中应用到了立模标高计算与实际测量修正控制方法，该桥梁项目立模标高比设计标高需高1 cm左右。完成梁段张拉施工后需对实际测量值和理论值进行对比分析，尽量控制下挠不超过2 cm，为后续的施工夯实基础。

5 结束语

近年来，在开展桥梁施工建设的过程中预应力混凝土连续梁桥结构得到了较为广泛的应用。但是该技术在实际应用的过程中，已经完成建设的部分具有不可调性，因此，为了提高整个项目的施工质量必须采取有效的施工监测方法。施工实践证明，大跨径预应力混凝土连续梁桥施工监控技术具有较好的监控效果，值得被广泛推广和应用。

[ID:009912]