预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析

朱亚飞，徐泽平

(苏交科集团检测认证有限公司 南京市 211112)

0 引言

桥梁施工过程中的应力和变形变化规律对于判断桥梁的稳定性具有重要意义，目前国内的文献对此进行了一些研究，文献[1]结合某工程实例建立有限元模型计算分析高墩曲线刚构桥的受力和位移规律,研究此类桥梁在施工阶段和成桥阶段的空间结构行为，为高墩大跨曲线刚构的设计与施工提供参考；文献[2]对某大跨径桥涵预应力混凝土箱梁半年的连续温度场观测结果，分析了在太阳辐射下春、夏季的混凝土箱梁各个截面的温度场随时间变化的规律，利用数理统计方法，拟合了截面升温模式和降温模式的温度梯度，并分析了各国规范截面沿梁高的温度梯度模式，得出了适合广东地区的温度梯度模式；文献[3-4]结合某大桥右幅桥多跨悬浇预应力混凝土变截面连续刚构桥，对主梁线形进行了平面位置及挂篮变形监测，并对上部结构主梁线形监控结果进行了分析，桥在施工悬臂阶段的线形控制良好，和理论线形吻合，基本控制在±1cm之内，大桥合龙后线形顺畅,满足规范及设计要求；文献[5-6]采用有限元软件MIDAS/CIVIL建模计算对预应力混凝土连续刚构桥在施工阶段应力和变形展开研究，分析了在施工阶段中梁体自重、预应力、挂篮荷载、混凝土收缩徐变等因素对两端悬臂、最大悬臂、中跨合龙3个关键位置的受力影响。主要以某预应力混凝土变截面连续刚构桥为研究对象，对承台沉降、应力和主梁阶段标高进行了监测，并对监测结果进行了分析，研究结果可为类似工程施工和监测提供参考。

1 工程概况

某预应力混凝土变截面连续刚构桥上部结构采用(74.5+135+74.5)m预应力混凝土变截面连续刚构，左右幅分幅设置，单幅主梁分为18个梁段，其中0#梁段为托架现浇段，1～16#梁段采用挂篮悬臂现浇施工，17#梁段为边跨合龙段和中跨合龙段，18#梁段为边跨现浇段。上部结构主梁施工采用悬臂法施工工艺，通过对主梁线形跟踪监测和控制，保证主梁线形偏差在规范允许范围内，实现主梁线形监控的目标。本桥位于分离路基上，单幅桥梁横断面组成为0.5m(防撞护栏)+11.5m(行车道)+0.5m(防撞护栏)=12.5m；设计汽车荷载等级为公路-Ⅰ级。主桥桥型示意图如图1所示。

图1 主桥桥型示意图(单位：cm)

2 监测方案

2.1 监测项目

该大桥上部结构主梁施工阶段的主要监控项目分别为承台沉降、结构应力、主梁阶段标高、监测。

2.2 监测类别

2.2.1承台沉降监测

通过对主墩承台的沉降监测，收集基础沉降数据为主梁立模标高数据提供参考，并为结构计算模型中基础沉降取值提供可靠的参数。每个主墩承台设置4个基础沉降监测点，测点布置如图2所示，采用自动安平水准仪进行承台沉降监测。

图2 3#、4#墩沉降观测点布置示意图

2.2.2应力监测

结构的应力(应变)测试结果，一方面用来评价施工质量，另一方面还可对桥梁结构的实际受力状态跟踪监测，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。应变传感器埋设在主梁悬臂端根部；传感器在绑扎主梁钢筋时埋设。在主梁上部结构施工阶段每阶段主梁混凝土浇注后、预应力张拉后采用JMZX-3006L综合测试仪观测1次，应变采集时应在气温恒定环境下待数据稳定后采集。上部结构主梁施工阶段应力监控测点布置如图3所示。

图3 主梁应力监测截面横断面布置示意图

2.2.3主梁阶段标高监测

该大桥在上部结构主梁施工过程中，采用自动安平水准仪对主梁节段的标高进行测量，保证主梁线形偏差在规范允许范围内，实现主梁线形监控的目标。大桥共设置4个主墩，施工过程中为便于跟踪观测主梁线形偏差，主梁施工过程中每个节段分成3个工况：挂篮前移并定位立模；浇注全部混凝土；预应力张拉，每个工况利用自动安平水准仪进行标高测量。对主梁标高进行跟踪测量和控制，确保主梁线形偏差始终在规范控制范围内。图4～图5为主梁阶段立模标高测点及箱梁阶段高程测点布置示意图。

图4 主梁阶段立模标高测量布置示意图

图5 箱梁阶段高程测量布置示意图

3 监测结果分析

3.1 承台沉降

在承台浇筑完成后在高墩承台上布置承台沉降变形测点，并用红油漆标记。利用自动安平水准仪对承台进行了多次沉降监测，承台沉降累计变形图如图6～图9所示。由图可知，对于左幅3#和4#承台以及右幅3#和4#承台的1#～4#测点处的累计均小于9mm，满足梁段立模标高偏差小于规范要求的±10mm的规定。

图6 左幅3#承台累计变形示意图

图7 左幅4#承台累计变形示意图

图8 右幅3#承台累计变形示意图

图9 右幅4#承台累计变形示意图

3.2 应力监测结果分析

在上部结构主梁施工阶段采用JMZX-3006L综合测试仪进行观测，利用应力与应变的线性关系换算成应力并与理论应力(有限元仿真计算值)进行对比，了解桥梁结构的实际受力状态。实际工程中，对左幅3#和4#以及右幅3#和4#墩箱梁段混凝土浇注、张拉后的截面应力进行了监测，由于篇幅所限，仅给出了左幅3#梁节段混凝土浇注、张拉后1-1截面和1’-1’截面应力监控数，如表1和表2所示，其中受压符号为负，受拉为正。由表可知，由应力与应变的线性关系换算成应力与理论应力值非常接近，且在规定的控制范围内。

3.3 主梁阶段标高监测结果分析

大桥上部结构主梁施工一个梁段称为一个节段，每节段分成3个工况，即包括：挂篮前移并定位立模、浇注全部混凝土、预应力张拉。采用自动安平水准仪对节段的标高进行测量，保证主梁线形偏差在规范允许范围内，实现主梁线形监控的目标。工程中对梁段左右侧底模立模标高和立模偏差、主梁顶板和底板钢筋头在混凝土浇注及预应力张拉后的高程变化进行检测。由于篇幅有限，仅给出了左幅3#墩立模梁底标高，并与相应工况的理论计算值进行了对比，得到立模偏差，如表3所示。由表可知，实测立模标高与理论立模标高差值均小于10mm，说明了模拟结果的可靠性，且混凝土浇注、预应力张拉对主梁节段高程的影响也符合规范要求，处于正常状态。

表1 左幅3#墩箱梁段1-1截面应力(单位：MPa)

表2 左幅3#墩箱梁段1’-1’截面应力(单位：MPa)

4 结论

以某预应力混凝土变截面连续刚构桥为研究对象，对承台沉降、应力和主梁阶段标高进行了监测，并对监测结果进行了分析，结论如下：

表3 左幅3#墩立模梁底标高(单位：m)

(1)通过对该大桥梁底立模标高复核，满足梁段立模标高偏差小于规范要求的±10mm的规定。

(2)通过对混凝土浇注前后、预应力张拉前后箱梁顶面、底面观测点高程的对比可知，混凝土浇注、预应力张拉对主梁节段高程的影响基本符合理论原理，处于正常状态。

(3)通过对该大桥主梁应力的监测和控制，实测应力在控制范围内，实测应力与理论应力较接近，实现了应力控制的目标。上部结构主梁施工线形、应力均满足设计要求。