大跨径连续刚构桥梁施工监测技术应用探析

左代阳

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550008）

0 引言

某特大桥工程上部结构采用1 联（88+168+88）m的变截面预应力混凝土连续刚构模式，特点为单箱、单室梁，梁顶及底部宽度分别为12m 和8m。其主桥部分的箱梁施工采取挂篮悬臂浇筑法，0 号块的施工方法为支架现浇，其他单T 箱梁则分成21 对节快，施工过程使用对称平衡悬臂进行逐段浇筑。在箱梁的纵向部位进行悬浇施工，设分段长度为：6×3m+4×3.5m+11×4m。另0 号块即箱梁墩顶的现浇模块长度为14.0m；中跨与边跨合龙段、边跨现浇段的长度分别为2m 和4m。

1 大跨径连续刚构桥梁施工计算模型

该特大桥项目采取预应力混凝土连续钢构模式，跨径为（88+168+88）m。针对项目不同的施工阶段采取相应的控制措施，将其进行简化处理，转为平面杆系结构，且各阶段离散成梁单元[1]。在模拟该大桥的施工工序时，本文采用桥梁通用的MIDAS/Civil8.05 计算程序，具体分析如下：

（1）采取有限元法，整个大桥共分成150 个节点与135 个单元。以C55 混凝土作为主梁材料、C40 混凝土作为桥墩材料，主梁及桥墩分别为106 个单元和29 个单元。

（2）共计经过28 个施工阶段完成整个成桥部分，每个阶段的施工量就是一个悬臂梁段，总体包含挂篮前移、混凝土浇筑、张拉预应力钢筋三大子阶段。

（3）具体施工顺序为：同时对每个桥墩的T结构上部进行施工，按照先中跨、再边跨的顺序完成合龙。

2 大跨径连续刚构桥梁施工线形监测控制技术

2.1 主梁标高监测

测量连续刚构桥的主梁控制断面标高以及分析影响标高变化的相关因素，这些均为施工控制的重要内容。一般测量标高时可以采用水准仪读数法。在桥梁悬臂施工过程中，浇筑其中一个梁的节段时，需要同时测试其他节段的断面，为了避免发生扭转变形，每个测试断面需设置测试点不少于3个。

整个施工过程中，需要测量的工况包括：①完成挂篮移动之后；②混凝土浇筑前与浇筑后；③预应力张拉之后；④加载桥面二期恒载之后[2]。按照由桥梁悬臂位置到桥墩3个断面的方向进行测量。例如，正在施工第5 个节段的梁时，需要分别测量第5 号、4 号、3号、2 号、1 号以及0 号梁各阶段的标高，测量的精度误差为±2mm。

2.2 主梁实时挠度监测

在体系温差不大的情况下，主梁发生挠曲变形的可能性较低；在体系有一定温差的情况下，尤其在骤冷骤热环境中，主梁极易发生挠曲变形问题。如由于体系温差而造成构件伸缩变形明显，在桥墩处的位移主要表现在水平方向，所以对主梁的标高造成影响，还会导致主梁顶端的竖向位移增大；但主梁的主要变化集中于水平位移，可以忽略竖向位移的变化。再有日照温差容易造成挠曲变形，这种情况无论是主梁部位发生变形还是桥墩本身发生变形，都会导致主梁竖向挠度增大。一般可忽略不计桥墩顶部的竖向位移与体系温差二者的关系[3]。

综上所述，具体采用监测方法为：①通过测量相对高程判断主梁挠度；②墩顶0号块的位置设为标高基准点；③标高观测选择桥上位置为宜；④在清晨日出之前是最佳观测时间。

进行挠度监测的目的是将挂篮定位修正，可以考虑在悬臂施工一段时间之后再安装挂篮。该项目分别在1#墩和2#墩的位置设计3 个测点。需要测量的数据较多，采取自动测量的方法，具体工况为：①完成挂篮移动之后；②混凝土浇筑之后；③预应力张拉之后。

2.3 合龙段高差监测

在悬臂浇筑施工阶段，需在合龙段注意控制线形和高差，根据控制梁悬臂两端的标高数值，确保合龙段的高差保持在合理范围内。在桥梁合龙位置，非永久的联结主梁两悬臂的端部，同时要对施工过程中两个端部的合龙荷载量进行复查、调整，确保二者相等并保持对称[4]。如果重量不均衡，则需要在两个悬臂的顶端适当增重，在接下来的浇筑环节逐步将配重撤除即可，确保悬臂端部的竖向挠度变形保持稳定。设置三个高程控制点，分别位于箱梁底板的左侧、右侧以及中心线，注意控制合龙段的高差。

2.4 温度监测

施工时，一些箱梁桥结构体系的跨径较大，其应力在有一定日照温差的环境温度影响下，增加了桥梁的结构变形程度，也会影响施工过程对主梁标高及架设构件测量的精度[5]。为了降低误差影响，应对悬臂浇筑阶段的真实温度进行测量把握，再适度调整设计参数。综合考虑理论要求及实际情况，合理设置温度测点，确定日照与体系温差、不同位置的梁体温差等。为测量不同位置桥梁温度的数值变化，利用铂电温度计进行监控测量。某次监测结果详见图1。

图1 主梁各部位温差示意图

根据图1 可知，主梁不同测量点的温度有很大差别，并且均位于变化的温度场内。从理论层面来看，当温度发生了改变，预示着主梁标高及截面应力也会随之变化。采取温度测试手段获得相应数据之后，再有针对性地控制各施工环节，并考虑由温度变化带来的影响。

2.5 沉降监测

由于桥梁可能发生收缩徐变或沉降等问题，如果在桥墩顶部设置水准点并不稳定，所以考虑修正时主要参照桥梁沉降量。本项目对全桥的桥墩沉降情况进行观测，并在承台上端设置测量点。

2.6 施工线形监测控制结果

将原本在竖向位移各部位选择的观测点的绝对标高值调整至设计箱梁顶端，再对照实际标高进行分析。图2～图4 是2 号墩即中跨侧位置20#～21#悬浇梁段在预应力钢束张拉后和合龙预应力钢束张拉后，对比理论标高、设计标高与实际标高的曲线变化图。

图2 20＃块张拉完毕各测点标高对比图

图3 21＃块张拉完毕各测点标高对比图

图4 合龙预应力钢束张拉完毕各测点标高对比图

根据图2～图4 来看，实际标高在理论标高范围内浮动，二者基本接近，且获得较为全面的工况数据，体现了该特大桥施工线形控制的相关信息。

3 大跨径连续刚构桥梁施工应力监测控制技术应用

3.1 测点布置

参照该特大桥（88+168+88）m 预应力混凝土连续刚构梁桥的结构特征以及内力影响线，可知内力控制截面主要有：悬臂根部的截面、边跨1/4L 截面和跨中截面、中跨跨中1/2L 截面、1/4L 截面和3/4L 截面。全桥设有应力监测截面11 个和温度监测截面3 个。并且每个应力控制截面均安排JMZX-215AT 型系列振弦式应变仪8 台，全桥共投放振弦式应变仪88 台。在主梁位置的温度控制截面，一共安装温度传感器32 个，红外测温仪20 个；在墩柱断面位置则安装温度传感器18个。详见图5、图6。

图5 应变监测点布置示意图

图6 温度监测点布置示意图

3.2 应力监测数据分析

每个施工阶段都需要提前测试传感器功能是否正常，每个传感器至少取3组数值，最终以均值作为测点读数。具体操作步骤及要求如下：①在放置钢筋测量仪的节段，浇筑完混凝土之后，其强度应符合张拉设计强度的读数标准，记录安装每个应力计的初始应力；②后续施工需要前移支架，测量并记录模板侧读数，每完成一次混凝土浇筑就要读取一次数值，最后完成预应力束张拉锚固，再次测读数值且记录一轮次；③完成边跨及中跨合龙之后，都要记录一次读数；④在实施二次恒载之后，也需要再进行一次读数和记录。

3.3 施工应力监测控制结果

在该特大桥施工全过程采取桥梁监测控制措施，参考测量的数据波动情况，实时对各阶段参数进行修正，确保实际测量值与预期设计值相符。每个施工阶段都测量并分析应力数据，根据结果进行调整。以图7中2＃墩1-1 断面为例，可以看出测量数据与预期理论值相吻合，则表明该桥梁结构安全可靠，可投入正常使用。

图7 2＃墩1-1 断面腹板传感器应力曲线示意图

4 结语

综上所述，大跨径连续刚构桥梁项目无论对施工技术还是施工精度都提出较高要求，而且项目本身具有非常复杂的受力结构，增加了施工难度。为了达到预期的施工效果，保障施工质量，做好施工全过程的控制管理非常必要，这样才能避免成桥投入使用后发生挠度变形、开裂、倾斜等问题。为了确保施工安全且质量达标，需对施工全过程进行严格管控，着重控制关键指标，尤其是做好大跨径连续刚构桥梁的施工线形和施工应力监测控制。