施工监控在钢箱梁顶推工程中的应用

2020-11-05何思远

中华建设 2020年10期

何思远

一、概述

郑州市农业路快速通道高架桥主线第二联设计为一联（33+50+50+33）m连续钢箱梁，平面位于右偏缓和曲线上，R=1100m。桥梁竖曲线为凸曲线，R=3200m，i1=1.75%，i2=-3.433%。桥面宽25.3m，双向横坡2%。桥跨布置见图1，平面布置见图2。

图1 桥跨布置/m

图2 桥梁平面布置图/m

钢箱梁材质为Q345qD，总重为2595.167t。横向分7段，5个箱室+2个挑臂；纵向共划分为13个节段，最重的节段重约254.4t。

全桥钢梁吊装块段数为91。钢箱梁吊装段运至现场后，用龙门吊机吊装到临时支架上，节段间横向分段拼焊形成整节段，然后与导梁进行焊接连接，导梁长度为36米，分3个节段，重量约113吨。导梁结构形式采用工型梁桁架形式，为抵消大悬臂式挠度，导梁有尾端向前端逐渐减少，尾端梁高2.018m，前端梁高1.1m，纵向布置两片桁架，两片桁架平行，间距为13.5m，与钢箱梁顶推滑道一致，两片桁架之间采用桁架式横梁连接成整体。

钢梁与导梁完成连接后，进行一个节段的顶推，由K6#墩侧向K2#墩侧进行，顶推采用智能步履式顶推设备，顶推到位后进行落梁，然后依次拼装钢梁、顶推、落梁，重复上述步骤，直至钢梁全部顶推到位，采用千斤顶落梁的方法将钢梁整体调整至设计标高，达到设计要求后安装支座，完成全桥体系转换。

二、施工监控的基本原理

对施工全过程进行仿真分析，对关键部位、关键工况进行详细的局部分析。采用多套分析软件配合使用，用于结构线形、内力及应力的分析和控制，以确保计算结果的准确性。在监控过程中及时修正计算参数，确定钢梁顶推过程中的各项数据，以便更好的指导后续施工，并提前预测结构的状态，保证钢梁顶推施工安全质量可控。

三、本桥施工监控的重难点

1.拼装线形的确定

由于钢箱梁进行顶推施工时拼接线形主要根据钢箱梁线形的预拱度设置进行确定，“设计成桥线形+预拱度”即为拼接线形。预拱度主要根据成桥状态主梁线形平顺，结合施工过程中主梁的累计竖向位移等综合确定。

2.顶推过程中线形控制

本桥是空间曲线梁桥，在顶推过程中梁体不仅上下挠动，在平面内线形也不断变化，因此在顶推过程中需对平面线形及竖向线形同时进行控制，在顶推前进中对误差进行实施纠偏。

3.顶推过程中主梁内力控制

在计算时需确定主梁的薄弱断面，布置应力测点对梁体应力进行监测。

4.顶推力的控制

在顶推过程需同时对顶推力进行监测，当现场发现实测值超出理论值允许范围，应停止顶推工作，检查各顶推设备及各滑道滑板工作是否正常，找出原因后并处理后，方能进行下一步工作。

5.临时墩状态控制

顶推支点标高异常，如沉降过大。停止顶推工作，研究临时墩标高调整方案，施工方采取措施调整该临时墩标高至满足要求，方能进行下一步工作。

四、钢箱梁顶推施工监控

1.测点布置

（1）线形监测

为便于主梁及导梁在顶推过程中的线形监测，在主梁及导梁上布置相应的临时线形测点，临时测点既作为挠度测点也作为横向偏位测点。本桥主梁每个节段各布置线形测点6个，全桥13个节段共计78个测点。具体布置见图3。

图3 钢梁线形测点平面布置/m

导梁线形测点纵向共布置3个断面，每个断面横向布置2个测点，全桥共计6个测点。导梁线形测点布置见图4。

图4 导梁线形测点平面布置/m

（2）应力监测

主梁主跨跨中布置2个应力测试断面，每个断面布置5个应力测点，顶板2个，底板各3个，全桥共计10个测点。钢梁应力测试断面纵桥向布置见图5。

图5 钢梁应力测试横断面测点布置/m

导梁布置1个应力测试断面，位于导梁根部，顶板和底板各4个，全桥共计8个测点。导梁应力测试测点布置见图6。

图6 导梁应力测试测点布置/m

（3）墩柱监测

①顶推力监测

顶推力监测主要利用千斤顶上的油压表读数换算成顶推力。

②永久支座反力监测

利用墩底布置的千斤顶油表读数换算出支座反力的大小。

2.施工监控计算

（1）模型建立

本桥施工过程计算采用midas civil 2017建模，导梁和钢梁均采用梁单元模拟，全桥共划分节点406个，单元202个，支承单元25个，主要计算模型见图7。

图7 本桥计算模型

（2）监控计算

模型建立以后，针对不同施工阶段，对钢梁和导梁剪力、弯矩、应力、导梁最前端下挠量及墩支反力进行计算。其中导梁下挠量时程图见图8。

图8 施工阶段导梁最前端下挠量时程图/mm

（3）顶推施工监控

①顶推力的确定

通过模拟顶推施工过程，计算主梁每前行一个一定距离各个墩顶的支反力。顶推过程中应确保千斤顶施力的同步性，防止梁体发生扭转、横移等状况。

②临时墩竖向及水平偏位监控

临时墩是为了减小顶推长度，从而减小梁的施工内力而设置的，其刚度比永久性桥墩小得多，墩顶水平偏位相对较大。在施工过程中，采用全站仪测量临时墩的水平偏位及竖向沉降，若偏位过大则必须调整顶推力，确保顶推施工的安全。

③钢梁和导梁轴线位置监控

在钢箱梁的顶推施工过程中，采用全站仪测量钢梁和导梁的轴线偏位，如果轴线偏位过大，则通知主控台调整轴线位置。

④钢梁线形监控

在钢箱梁顶推过程中，钢梁线形受温度、临时墩变形、临时荷载等影响较大，必要时调整临时墩支承反力，调整结构内力；在落梁过程中确定合理落梁次序，加强观测。

⑤钢梁及导梁应力监控

钢梁顶推过程中截面应力是不断变化的，根据计算情况，跟踪观测钢箱梁的截面应力，一旦出现异常，则立即停工，查找原因，并予以调整。

⑥导梁前端标高监控

顶推过程中，导梁前端标高是不断变化的。为了保证导梁顺利通过临时墩，在导梁接近临时墩时，对其标高进行监测。如导梁标高不满足施工要求，则通过导梁端部设置的起顶设备提高导梁端部的标高。

⑦临时墩最大支反力

通过钢箱梁顶推全过程仿真计算，获取各计算工况下各临时墩的反力，统计出各临时墩最大支反力。钢箱梁顶推施工过程中，结合施工监测结果修正计算模型，获取修正后的各计算工况下各临时墩的反力、各临时墩最大支反力。

⑧实施“分级同步策略”

钢箱梁顶推时，采用分级同步策略。初步按计算的理论顶推力分为4级，即理论顶推力的50%、80%、95%、100%。钢箱梁开始顶推时，单个顶推设备提供的顶推力达到某一级时立即进行稳压操作，等待所有顶推设备的顶推力均达到该级后，方能进行下一级顶推力的施加。如果所有顶推设备提供的顶推力都达到理论顶推力的100%时钢箱梁仍然不前进，则各顶推力按一定顺序（根据具体情况计算确定）循环往复依次增加一定值（如理论顶推力的2%），直至钢箱梁开始前进。钢箱梁一旦移动，各顶推支点的反力将发生变化，各顶推设备提供的顶推力也应依据仿真计算的理论动顶推力做相应调整。

⑨顶推到位落梁

钢梁顶推到位后将钢梁调整至落梁前线形，由于落梁后钢梁标高低于主墩顶推设备顶面标高，所以需要将主墩顶推设备拆除后安装落梁千斤顶将钢梁落梁至设计标高。

钢梁顶推到位后对钢梁线形进行测量，将钢梁里程、轴线、标高调整至落梁设计值，防止落梁完成后二次调梁。落梁时各支点需基本同步按比例下降，落梁后必须保证各支点对应支承均匀受力。

（4）监控结果

导梁根部断面应力、导梁最前端线形、钢梁应力和线形、临时墩支反力等监测结果与理论计算均较为吻合，结构应力、线形和支反力等均处于可控状态，满足规范和设计要求，桥梁的实际状态与设计状态基本一致，达到了预期目标。