浅谈悬浇连续梁桥上部结构施工监控方案的应用

2020-11-26宋祖广

建材发展导向 2020年18期

宋祖广

（宿迁市交通运输综合行政执法支队，江苏宿迁 223800）

关健词：悬浇；连续梁桥；监控；施工

某连续梁桥主桥主墩基础采用Φ900mm钢管桩，边墩基础采用Φ600mmPHC管桩，墩身采用矩形双柱式薄壁墩，高度为10m左右。主桥上部结构为双幅四跨单箱单室三向预应力砼变截面连续箱梁，四跨布置为69m+120m+120m+69m，单幅箱顶宽16m，箱底宽7.5m，箱梁根部高7m。

1 施工监控目的

在大跨径连续梁桥的悬臂施工中，挠度的计算和控制是极为重要的一环，它不仅影响到桥梁合龙的精度，而且影响到成桥线形与设计线形的吻合程度。一般来讲，箱梁悬臂施工中影响挠度的因素主要有混凝土容重、弹性模量、收缩徐变、日照和温度变化、预应力大小、结构体系转换、挂篮变形、施工荷载和桥墩变位等因素。设计中各项参数的设定值与实际施工状态值不可能一致，加上计算理论的不完善（主要指混凝土收缩徐变）导致箱梁计算挠度与实测挠度有较大偏差，而且对挠度偏差的控制随悬臂跨径增大，难度也越大。采取科学有效的措施对箱梁挠度实施监控，预测分析、实时调整，以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计线形，这是施工监测的主要目的。

2 监控内容

2.1 箱梁平面线形监控

在悬浇施工过程中定时监测已完成箱梁节段的平面坐标，与箱梁设计平面坐标进行对比，将数据输入到计算机，动态显示设计线形和测量线形，进行实时监测。

2.2 箱梁高程监控

高程控制主要包括理论计算、确定立模标高、高程监测及高程纠偏等几方面。

高程监控计算与设计中的结构计算内容基本一致，但采用的参数不同，监控计算采用的材料容重、弹模、结构上下缘温差及收缩徐变参数都是按实际施工的数值。连续梁桥挂篮悬臂浇筑每一个箱梁节段可分为三个阶段，在挂篮前移后、混凝土浇筑后和张拉预应力后，均需对已施工箱梁上的监测点进行观测。将监测的挠度与理论计算结果进行比较，如有偏差应分析其产生的原因，并采取相应的纠偏措施。借鉴国内已建成同类桥梁的挠度监测经验，挠度的预测采用数值回归方法，以使悬臂的施工状态最大限度地接近设计状态。

2.3 温度测试

本桥温度观测分两部分：1）箱梁温度～挠度随气温变化观测，2）箱梁温度场观测。前者观测方法与高程观测一致，后者则通过在箱梁断面中埋设温度感应元件得到箱梁随气温变化的温度场。

3 施工监控实施细则

3.1 箱梁平面线形监控

悬臂施工的箱梁平面线形控制比其高程控制要简单，因为影响因素相对少，容易控制。本桥平面线形控制主要是监控每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合。具体操作定期（每完成两个块件），测量已完成箱梁平面坐标，并将测量结果及时输入计算机系统，以动态显示设计线形和测量线形。平面线形一般不调整，施工测量应准确就位。测点布置位于顶板上中间位置。

根据施工图设计文件，本桥平面线形控制精度要求为：桥轴线平面偏差≤1cm。具体测量要求：测距精度：±（2mm+2ppm）；测角精度：±2″。

3.2 箱梁高程监控

箱梁悬臂施工的高程控制是施工控制的重点。高程控制的最终目标是准确提供每一个箱梁节段的立模标高。一切计算分析和对实测数据的处理都是围绕这个目标进行。本桥高程控制主要从理论计算、施工措施和实际操作等几方面做工作。

1）理论计算，本桥施工监控计算是为了从理论上了解黄浦江大桥的受力和变位情况。计算内容考虑温度、收缩徐变、施工荷载和体系转换。监控计算采用的材料容重、弹模、结构上下缘温差及收缩徐变参数都是按实际施工的数值。通过理论数值与实测数据的差异分析，修正计算中的各个参数，准确地预测下一节段箱梁的立模标高。在高程控制中，结构温度、收缩徐变、自重和施工荷载等因素究竟对挠度产生有多大的影响？在监控计算完成之前，不能给出定性结论，即使完成之后对材料非线性、收缩徐变等因素在实际中的效应也很难预测准。对挠度影响较大的因素主要是：结构自重、挂篮变形、预应力张拉和结构温度。其中结构自重、挂篮变形、预应力张拉等因素影响比较容易预测，而非线性、收缩徐变和温度影响较难预测。施工中挠度折减系数主要就是针对上述几个因素的。

2）施工措施，高程控制中的施工环节同样很重要，若没有一个施工措施作保障，会给实际监控带来很大困难。

①每个节段施工周期为6～7天，要求尽量缩短浇筑混凝土时间；②根据理论计算和加载试验结果，精确确定各节段梁段混凝土浇筑时的挂篮下挠度；③挂篮后锚点的锚固要保证牢固可靠，不准有松动；④要求混凝土材料、配合比及外加剂等材料全桥应尽量一致；⑤要求各T的悬臂施工进度尽量保持一致。

3）高程控制方法、精度和工作流程

①高程控制方法：箱梁立模标高的理论计算公式如下：

Hni＝Hi+fyi+fni

式中：Hni—第i节点在第n阶段高程（若第n施工阶段为i节点的安装阶段，则Hni为i节点的立模标高）；Hi—i节点的设计高程；fyi—i节点的预拱度；fni—i节点从n施工阶段到成桥的累计挠度。由于温度、收缩徐变和非线性等因素，实际情况和理论计算不可能一致，因此对理论立模标高要不断修正。箱梁实际立模标高为：

Hsi＝Hi+fyi+βfni+△fi+fg

式中：Hsi—第i节点实际立模标高；Hi—i节点的设计高程；fyi—i节点的预拱度；fni—i节点从n施工阶段到成桥的累计挠度；β—根据挠度观测结果，分析统计出的挠度折减系数；△fi—根据挠度观测结果和悬臂梁下挠（上挠）的趋势而确定的挠度调整值。

fg—挂篮弹性压缩变形。

各箱梁节点断面设置三个测控点，沿顶板对称布置3个测点，其中两个测点位于腹板上方，中间测点兼作平面线形监控测点。节点断面测控点布置在距节点15㎝的断面内，若有冲突依施工具体情况进行调整。另在0＃块横桥向中心线的顶板上布置3个测点，其位置与其它断面的顶板测点相一致。测控点用直径φ16㎜的钢筋，钢筋顶部磨圆。在浇筑混凝土时预埋好，端部露出混凝土表面10㎜作为挠度监测的观测点。观测点的埋设应保证本身的稳定性，同时不妨碍挂篮的前移。横向设两个测点有两方面的作用，其一是通过两个点的挠度比较，可观测到该节段箱梁有无出现横向扭转；其二是同一节段箱梁上有两个观测点，可以比较监测结果，相互验证，以确保各节段箱梁挠度观测结果的正确无误。

②高程控制精度：根据设计文件，高程控制精度为：箱梁施工完成后裸梁顶面标高与对应设计标高高差≤±2.4㎝。箱梁合龙前合龙段两侧箱梁相对高差≤2.0㎝。

③高程控制操作流程。挠度观测，比较关键的是固定观测时间，以减少温度对观测结果的影响和施工对观测工作的干扰。本桥箱梁挠度观测严格控制在清晨6∶00～8∶00时间段内进行，同时记录空气温度和箱内温度。在标高控制中强调梁纵向曲线的顺滑，即使在某个阶段实际标高与理论计算不一样时，不必强行在下一梁段施工中立即全部调整过来，可以在以后几个梁段施工中逐步调整。重要的是保证梁的竖曲线和理论竖曲线近似，均匀连续，无局部的突起或下挠。

3.3 高程监测结果分析

本桥采用数值回归方法处理数据以提高挠度的预测精度。悬臂箱梁在施工过程中，随着施工的进展，悬臂长度和悬臂质量在不断增加，在荷载和张拉力的作用下，悬臂中的各块箱梁处在不断的挠度变形之中。在设计方面，引起挠度变形的原因与变形量之间的关系，很难用一种数学表达式精确地表达出来，因此要对箱梁的挠度变形进行成因定量分析，并对未来变形作出预报是很困难的，而在工程测量方面，可以根据已施工箱梁实测的挠度和对应的悬臂长度、质量、张拉力、温度等因素，采用线性回归的方法进行箱梁挠度变形的回归模型分析，并根据回归的数学模型，进行箱梁挠度变形的成因分析和变形预测。回归分析的目的是为了掌握箱梁挠度的变形规律，预报已施工箱梁在后续施工中的变形情况和待施工箱梁挠度变形的范围，这将有助于施工管理人员制定和调整未来箱梁的施工方案，使悬臂的施工状态最大限度地接近设计状态。数据处理和预测分析是监控的关键技术，在分析数据时重点考虑影响高程数值的主要因素：

①挂篮变形误差影响l；②桥面临时荷载影响；③结构刚度误差影响；④温度影响；⑤预应力误差影响；⑥模板定位误差影响。

4 温度测试

温度对箱梁挠度的影响不可忽视已成定论，但在实际中应该如何考虑温度的影响却没有一个可行的理论方法，即环境温度升高（或降低）一度对挠度产生影响没有对应的解析公式，只有通过设温度感应元件观测温度对挠度的影响，并试图从中找出规律达到准确修整立模标高的目的。本桥温度观测拟分两部分，①箱梁温度～挠度随气温变化观测，②箱梁温度场观测。前者观测方法与高程观测一致，后者则通过在箱梁断面中埋设温度感应元件得到箱梁随气温变化的温度场。温度感应元件埋设断面选在箱梁悬臂1／4及1／2位置附近（两个断面），在该断面顶底板左右对称布置JDC-2预埋式测温线。箱梁温度～挠度随气温变化观测时间选在：早5∶00～7∶00，中13∶00～15∶00，晚5∶00～7∶00。箱梁温度场观测选在有代表性的天气进行，每个月选两天，一个阴天，一个晴天。一天中的观测时间安排如下：从早晨6∶00开始，一个小时一次，直到晚上8∶00为止。