连续梁线形监控方法设计研究——以某铁路特大桥为例

邓 飞

(四川金通工程试验检测有限公司，四川 成都 610009)

0 引 言

连续梁由于具有适用性强的优势，已被广泛应用到市政工程建设施工中。大部分连续梁施工会采用悬臂浇筑法，此种施工作业方法具有作业工期短、施工投资少等特点，可以在不影响桥下交通的条件下施工作业[1]。但也由于此种施工方式涉及的工法作业环节复杂，导致施工中对于连续梁的结构状态控制存在较大难度[2]。为了保证竣工后施工成果质量达标，下文将基于线形监控角度，以某铁路特大桥为例，开展连续梁施工监控方法的设计。

1 连续梁特点与施工监测目的

1.1 连续梁特点

本次研究的连续梁主要有以下特点：

(1)桥梁整体跨径较大，连续梁中的主梁结构采用悬臂浇筑法进行施工作业，此种施工方法的难度较高，涉及作业环节较多，施工工艺较为复杂，桥梁关键节点的质量难以精准把控。

(2)工程建设施工质量控制难度较高，在施工作业中，环境中的温度变化、混凝土收缩产生的应力值变化、工程临时荷载变化、工程材料容重等计算参数，一旦在实测中出现偏差，便会导致桥梁施工出现预应张力控制偏差，而此种偏差会对桥梁结构的线形与内力值设定造成影响[3]。

通过上述对所选连续梁特点的分析可知，此桥梁施工难度大、工期长、工艺复杂、作业环节多。为了保证施工中连续梁结构的稳定性与安全性，确保竣工后桥梁的内力值与线形可以满足质量标准与工程要求，应加大对连续梁施工全过程的监测，通过实时反馈监测信息的方式，保证桥梁施工成果质量达标(明确针对此连续梁的线形监控内容为主梁部位的各个节段控制点高程高度)。

1.2 施工监测目的

本次施工监控的主要目的包括：

(1)通过监测，及时发现连续梁关节结构部位截面是否在施工中发生变形，一旦发现异常情况或经过监测反馈发生形变，需要及时进行工程预警与后续施工行为整改，通过落实此项工作，保证施工作业的安全性[4]。

(2)通过对连续梁线形的监控，可以及时掌握主梁立模标高的变化，根据其变化趋势，主动在施工中进行调整，保证竣工后全桥可以顺利地实现合拢，保障桥体设计成果符合线形设计需求。

(3)通过对全桥线形的控制，保证竣工后桥梁结构内力符合工程施工规范。

2 连续梁线形监控方法设计

为实现对某铁路特大桥的(48+80+48)m连续梁的线形监控，首先需要明确监控原则，在监控的过程中除了需要满足与实际施工方案相符的基本要求以外，还需要综合考虑施工方案因素、结构分析因素、非线性影响因素以及其他相关因素。在明确监控原则后，由于连续梁与其他桥梁类型施工监控不同，无法通过索力实现对其整体主梁结构的线形调整，只能够通过对其下一梁段的立模标高进行调整来达到监控目的[5]。因此，对整个监控流程进行设计时，应当按照如图1所示内容来进行。

图1 连续梁线形监控流程示意图

在确定连续梁线形监控流程后，针对其影响最终监控成效程度较高的内容进行详细设计说明。

2.1 连续梁线形位移监测设备选择与测点布设

为了某铁路特大桥(48+80+48)m连续梁线形和施工质量，在项目实施的过程中，针对每一个梁段结构的报告和挠度变化情况都需要进行一次或多次的测量，并以此为后续箱梁标高的调整提供数据依据。

在对连续梁线形位移监测设备进行选择时，采用精密水准仪设备完成对其各个控制点标高数据的采集。在测量时，首先完成对连续梁混凝土浇筑前的立模标高测定，其次结合后续工况实现对梁结构顶点位置上控制点报告变化量的测定，最后计算得出各个工况条件下的梁段控制点的绝对标高[6]。在对连续梁主梁结构的偏移情况进行测量时，可以通过全站仪设备测定。为了方便测定，可选择结合棱镜辅助来完成测定。由于梁体结构本身的变化会受到昼夜温差的影响，为了消除这一因素造成的监控误差，应尽可能选择在昼夜温差变化不大的时段进行监控测量，并尽可能地将测量时间缩短。

为了实现对整个连续梁结构的线形监控，在某铁路特大桥(48+80+48)m连续梁的主梁结构上选择44个标高测定监控界面，并在箱梁结构的每一个截面上分别设置5个测点，其具体布置形式如图2所示。

图2 连续梁线形监控测点布设示意图

按照图2所示完成对连续梁线形监控测点的布设后，在具体观测过程中还需要遵照以下基本要求，以确保监控规范性[7]。在整个监控过程中，应当使用相同的图形和观测方法，并通过同一台仪器或设备完成测定。将观测时间控制在清晨或傍晚，在每次观测时都需要确保测站的固定，测量人员也需要经过专业训练后才能够参与到整个监控环节中。

2.2 确定施工控制精度

连续梁线形监控的最终目的是确保成桥后线性情况与设计图纸当中的线形情况在各个测点上的误差均能够控制在规定范围以内。根据这一监控要求，在结合桥梁施工质量验收标准的基础上，制定以下精度控制要求：

(1)针对连续梁的立模标高允许偏差控制精度进行设定，为确保其控制精度，选择在一天当中温度变化幅度较小的时段进行测定，针对特殊时期无法实现对其测定时间的调整时，可通过给定立模测定范围的方式对其进行误差补偿，以此提高测定精度。同时，针对立模报告的允许误差应当将其控制在-5～+10 mm范围内。

(2)针对阶段性的目标控制精度进行设置，将已经完成施工任务的连续梁高程允许偏差控制在-5～+15 mm范围内；针对边、中跨合拢时合拢口两侧，将其允许偏差设定在-20～+20 mm范围内。

2.3 确定控制预警机制

在确定多个阶段的控制精度后，还需要结合该铁路特大桥工程项目的实际建设需要，对其预警等级进行设置。结合本文铁路特大桥项目特点，采用一般等级预警与紧急等级预警相结合的方式实现预警。

一般等级预警可从以下几方面设置：第一，当实际测量的挂篮本身存在变形，并且变形量已经超过30 mm时；第二，当外观检查发现梁体出现裂缝时；第三，当两端预应力出现张拉，且标高误差超出了设计图纸当中的规定范围时；第四，当两端预应力出现张拉，且存在某一测点上的标高超出规定范围时。

紧急等级预警主要应用于以下几个方面：第一，当出现连续梁结构性裂缝，并且裂缝的长度和宽度仍然呈现出持续增加的态势，处于不稳定状态时；第二，当出现连续梁预应力张拉，且梁体存在异常响应，极有可能出现崩裂时。

2.4 连续梁线形结构计算及监控结果分析

在确定施工控制精度及控制预警机制后，监控时无论是采用灰色理论的方式对其线形变化进行预测，还是通过自适应控制理论对其进行分析，都需要对其结构进行计算。因此，本文引入正装和倒拆相结合的计算方法，实现对其结构计算以及对监控结果的分析。

首先，通过正装分析确定连续梁成桥结构的受力变化情况。在施工过程中，随着进度的不断推进，连续梁的结构、边缘约束以及荷载等都会发生较大改变。因此，在对其结构进行计算时，需要根据施工方案的具体步骤，从初始状态下的连续梁线形结构开始计算，到在最终竣工后徐变完成整个计算过程。连续梁线形结构计算流程如图3所示。

图3 连续梁线形结构计算流程示意图

其次，由于连续梁结构中混凝土的收缩、徐变等因素的影响十分复杂，因此在对其进行结构计算时，应当结合公路桥梁设计规范中给出的算法进行计算。其表达式为：

φ(t,T)=βa(T)+0.4βa(t-T)+φf[βf(t)-βf(T)]

(1)

公式中，βa(T)可通过如下公式计算得出：

(2)

根据上述公式(1)和公式(2)中的内容，结合某铁路特大桥(48+80+48)m连续梁项目相关资料文献以及相类似桥梁工程项目的徐变系数实现对其结构的计算，并完成对徐变总效应的修正，以此达到最终的线形监控目的。

3 对比分析

本文此次对比实验所选的工程实例为某铁路特大桥，该桥为铁路煤运通道三荆段连续梁，轨道结构类型为有砟轨道，主梁采用挂篮悬灌浇筑，双线线间距为4～4.4 m，其中两顶面宽度为7.6 m。

对所选的实验对象进行技术指标设计，见表1。

表1 某铁路特大桥技术指标设计

掌握设计结构的具体参数范围后，按照上文设计的内容，进行连续梁线形位移监测设备选择与测点布设。本文布设的测点较多，为了简化实验结果，随机选择布置测点中的15个点作为本次实验的线形监控点。

在此基础上，按照传统的连续梁线形监控方法，对相同的测点进行监控，输出挂篮变形监控结果。见表2。

表2 两种监控方法对挂篮变形的监控结果

从上文所述的实验结果中可以看出，本次设计的监控方法，可以在实际应用中，实现将顶板与底板差值变形监测精确到小数点后3位，而传统方法则无法实现这一点，因此证明了本文设计的连续梁线形监控方法可以实现更高的监控精度，满足在施工中对桥梁结构的优化设计需求。

4 结束语

通过上述研究发现，桥面高程控制存在较大难度，所以需要利用铺装和道砟调整轨面高程，以达到曲线平顺的目的。利用铺装和道砟调整轨面高程较为简单，由施工方自行控制，尽量接近设计值即可。为了进一步实现对此项工作的优化，还需要在后续的优化设计工作中，合理确定连续梁预抛高，不断修正立模标高，保证成桥线形符合预期，在每个节段立模之前，监控方都需要以施工指令单的形式，提供连续梁节段的建议立模标高，以保证施工监控的连续性与质量。