大跨度预应力混凝土刚构桥施工监控方案设计

饶承彪，谢 琪，王 涛

(1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081；2.贵州省公路建设养护集团有限公司，贵州 贵阳 550016)

1 工程概况

某预应力钢混凝土刚构桥为一跨库区桥梁，双幅布置，桥梁跨径组合为(55+100+55)m，主梁为单箱双室截面，预应力为三向预应力体系，跨中梁高2.5 m，0号块梁高6 m，桥墩采用双肢薄壁实心墩，单肢截面尺寸为1 m×14 m，基础为承台群桩基础，其中承台尺寸10.3 m×8 m×4 m，桩基直径为2.2 m，数量6根。桥型布置图如图1所示。

2 桥梁监控目标、刚构桥施工全参数及技术要求

2.1 监控的目标

桥梁监控的目标从整个施工的过程可以划分为两个阶段，分别是桥梁竣工阶段和主梁合拢阶段。对于悬臂法浇筑的刚构桥，竣工阶段，为抵抗桥梁收缩徐变对后期桥梁梁体下挠的发生，设计人员会赋予桥梁各个节段一定的预拱度，以确保桥梁在服役期内线性与设计状态相符，从而控制梁体的受力状态，因此，竣工阶段的监控目标便是通过线性控制为主、受力控制为辅的监控原则，确保桥梁竣工时桥梁的线性与设计线性相一致或误差在可控范围内。

根据确认的桥梁竣工状态进行结构倒拆，通过移除桥面荷载、二期恒载，从而得到主梁合拢状态，并进一步获得从最大悬臂状态到0号块浇筑时的主梁线形及受力状态，从而为施工过程中提供各阶段施工监控目标，并在施工过程中加以控制，从而使悬臂浇筑的T构在合拢后达到倒拆确定的合同线性。

2.2 刚构桥施工监控全参数及技术要求

根据《公路桥梁施工监控技术规范》中对监测参数的要求，对于梁式桥，应监控桥墩应力、主梁高程、应力、轴线、温度等参数，另外，根据《大体积混凝土施工技术规范》，对于混凝土体，其最小边大于1 m时，应进行大体积混凝土水化热监控，对于刚构桥，其桥台、承台、桥墩、0号块等 构件最小尺寸通常均会超规范最小限值要求，因此通常均需要进行混凝土施工水化热监测。同时，还应进行墩身竖直度的监测[1]。根据上述规范并结合《桥涵施工技术规范》，梳理刚构桥施工监控量测的参数及其技术要求列表见表1。

表1 预应力混凝土刚构桥施工监控全参数及其技术要求

3 上部结构监控方案设计

3.1 主梁高程监测

主梁高程的测量是刚构桥施工监控中的最主要参数，其目的是确保在悬臂施工的过程中，各个节段的梁端高程在一定的范围内，并通过施工过程汇总下发监控指令，对节段中的高程误差进行调整，使主梁在合拢后高程满足要求。在刚构桥的监控过程中，采用双控的方式进行桥梁的监控，即“高程监控为主，应力监控为辅”。高程的测量内容主要有以下三个[2]。

1)测点的布置。主梁高程的测量通常需要在桥址周围设置桥梁永久性观测点，用于桥梁施工过程中及桥梁竣工后的观测参照点，在测量过程中，采用全站仪转点的方式将观测点引至桥墩墩顶，打下相对观测点，再用精密水准仪进行过程中的测量。2)测量次数。每个节段在施工过程中均需要进行测量，测量的过程分为4个步骤：分别是节段浇筑前立模测量、节段混凝土浇筑后测量、预应力张拉前测量和预应力张拉后测量。同时，在每浇筑4个～6个节段后，需对已浇筑全部节段进行全桥现行测量。3)主梁截面高程观测控制点。对于高程的观测，应在测量梁端采用短钢筋，在桥梁浇筑时一并浇筑，通常在每个截面肋板中心线上布置。对于本桥，应在3个肋板中心线的顶板处布设高程观测控制点，本桥观测点的布置示意见图2。

3.2 主梁轴线监测

主梁轴线偏位的监测是为了确保主梁施工过程中梁体轴线符合设计线性的要求，通常采用全站仪进行监测，测量的方法为在每个梁段浇筑后的梁段进行布点测量。对于各个梁段中已经产生的误差，其调整方法与高程调整的方法一致[3-4]。

3.3 主梁应力监测

主梁应力的监测是对梁体受力状态的直接反映，通过有限元计算出各个阶段施工过程中梁体的应力水平，通过预埋的应变传感器对梁体应变进行测量并换算为梁体应力进行对照，确认梁体受力状态是否可控。

1)截面应力监测的内容和方法。对于刚构桥，其主梁截面应力的监测主要是对各阶段施工过程中特定截面的应力进行监测和合拢状态下应力的监测，主要的监测对象是截面的法向应力。通常采用的测量方法是通过预埋的应力传感器进行直接测量，一般采用钢弦式应变计，其工作性能较为稳定，且测量精度高。2)应力监测截面的选择及应力测点的布置。应力监测截面通常选择主梁在施工期间、成桥状态下的内力控制截面，对于悬臂浇筑的刚构桥，在施工期间，其受力控制截面为箱梁根部，在悬臂浇筑的状态下，悬臂箱梁墩顶为最大负弯矩处，因此根部截面为控制截面；在合拢状态下，1/4跨通常是内力的反弯点，受力极其复杂，因此1/4跨截面为控制截面，但仍需通过计算进行进一步的修正调整[5-6]。应力测点的布置主要布设在梁体的顶板和底板中，钢线式应变计的长度方向应为顺桥向，以本桥为例，测点的布置如图3所示。

3.4 梁体温度监测

梁体温度是为了修正梁体检测应力的结果。梁体的温度测量分为两个内容，对应桥梁设计规范分别是：整体温度和梯度温度。整体温度的测量可以直接测量或预埋温度传感器的试块进行测量，梯度温度则需要在梁体截面中预埋温度传感器进行测量，预埋的温度传感器一般采用电阻式温度传感器，通常与应变传感器一并布置。

4 下部结构监控方案设计

4.1 桥墩应力监测

桥墩应力的布置采用钢弦式应变计进行测量，测点布置为距离墩底0.5 m～1 m处，桥墩浇筑过程中提前预埋。应注意应变器方向与桥墩竖直方向一致。

4.2 桥墩竖直度监测

竖直度的检测是确保桥墩施工空间姿态在施工结束后符合设计要求的重要监控指标。量测的方法为主要采用全站仪进行测量，通过在预定截面预埋的钢筋头上安装目标棱镜进行空间坐标测量，又或采用粘贴反光靶标、无棱镜测量等方法进行测量，其中，无棱镜测量结果误差较大，仅适用于施工条件限制的情况。

4.3 承台水化热监测

为将混凝土的水化热维持在可控范围内，通常大体积混凝土将采用布置冷却系统的方式对大体积混凝土进行降温，但是不同温度区域对降温速率、内外温差又有要求，需要对冷却系统加以控制。通常采用在混凝土体内布设温度传感器进行混凝土体温度的监测，进一步控制冷却系统的供水流量及入水温度[7-8]。

温度传感器通常采用有线的电阻式温度传感器，采用测量长边、短边和对角线的方式进行温度场的测量，不同厚度分层布置。根据本桥布设温度测点平面布置如图4所示。

5 结语

刚构桥的监控量测最终的工作结果是确保刚构桥合理合拢状态的关键，做好每个阶段的量测工作，并及时将调整建议及监控指令反馈到施工过程中，确保监控工作过程结果得到有效运营，将确保桥梁合龙后达到设计的立项状态，为桥梁的运营安全提供保障。