大跨度预应力混凝土桥梁施工监控技术的应用分析

张荣华

(江苏东交智控科技集团股份有限公司 江苏南京 210049)

在建设工程不断发展过程中，桥梁建设也不断发展，在此过程中，人们对桥梁运行安全性的要求也随之提高。为了使桥梁结构行车舒适性、耐久性以及可靠性进一步提高，在对大跨度预应力桥梁进行施工时，应对其实施监控，使其施工质量进一步提高。

1 桥梁施工监控程序

在对桥梁工程实施监控过程中，应先对工程整体情况进行计算和分析，并对施工材料的质量进行监控，得到不同施工阶段的分析参数、控制指令。与此同时，在对桥梁实施施工监控过程中，技术人员应以监控数据为依据，对桥梁施工进度加以调整，并对误差进行控制，使桥梁能够顺利施工。除此之外，技术人员还应以桥梁设计参数为依据，对桥梁模型进行建立，并以桥梁实际施工情况为基础，对现场施工情况和周边环境进行模拟，达到分析桥梁影响因素的目的，使桥梁监控水平进一步提高，为桥梁施工奠定基础[1]。

2 桥梁施工的主要影响因素

2.1 桥梁结构参数的影响

在对桥梁实施施工过程中，桥梁的施工质量和自身稳定性与结构参数息息相关，因此，在施工监控过程中，应对各结构参数进行控制，主要包括以下参数。

2.1.1 材料容重

在对预应力混凝土桥梁进行施工时，该参数与结构变形和内力等指标息息相关，因此技术人员应对该参数进行合理、科学的控制。

2.1.2 材料渐变和收缩特性

在桥梁施工时，混凝土材料的渐变和收缩性会对整个桥梁结构内力变化产生较大的影响，因此技术人员应对其实施监控。

2.1.3 预应力

在对桥梁预应力值进行监控过程中，应对预应力值各项影响因素进行分析，并对其误差进行控制，使预应力监控准确性进一步提高。

2.1.4 施工荷载

在对施工荷载值进行监控过程中，应从桥梁工程的生态环境、气候、地形和地质等因素出发进行分析，保障施工荷载的准确性。

2.2 施工温度变化

在对大跨度预应力混凝土桥梁进行施工过程中，在施工环境温度变化时，桥梁结构所受的附加应力也会随之增加，进而使结构变形力增加。因此，技术人员应对施工温度变化情况进行监控，综合考虑各项影响因素，在每日施工开始前，应于清晨7 点前做好温度监控。

2.3 桥梁施工工艺

在对桥梁进行施工时，施工工艺的水平将直接决定施工质量和成桥后桥梁结构的性能。与此同时，不同的施工顺序和方案，所导致的桥梁结构位移和应力也各不相同，因此，技术人员应对桥梁施工工艺进行监控。

2.4 桥梁的结构模型

在对大跨度预应力混凝土桥梁施工之前，技术人员应对有限元进行建模分析。有限元模型主要是指将主要采用边界处理和假设等方式实际桥梁简化为计算模型，由于计算模型和桥梁实际结构存在一定的差别，若计算模型不符合要求，则会导致计算出现问题，因此，需对结构模型误差进行控制。

3 大跨度预应力混凝土桥梁施工监控的主要技术及要点

3.1 监控技术

3.1.1 仿真计算方式

在对大跨度预应力混凝土桥梁进行计算过程中，仿真计算具有计算方便的特点，因此其应用越来越广泛[2]。仿真计算主要是指以桥梁设计方案为依据，采用分段计算悬臂施工系数的方式，对结构压应力以及形变力进行分析。在使用仿真计算方式进行监控过程中，技术人员首先应对施工单位的组织设计情况、施工图纸说明以及施工顺序图进行分析，对支架和挂篮重量进行合理选择，并以实际设备重量等为依据，对混凝土浇筑和压重撤除过程进行调整和控制，使桥梁各受力点处于理想状态下，为后续桥梁监控奠定基础。

3.1.2 线形监控方式

技术人员首先应对标准参数和模型进行确定，并以桥梁施工荷载量、现场施工状况等参数进行计算和分析，达到技术桥梁悬臂预拱度的目的[3]。在荷载力的作用下，预拱度可以有效抵消桥梁结构的挠度变化，通常情况下，预拱度的影响因素主要包含如下几点：（1）在施工荷载力的作用下，脚手架的弹性形变；（2）在混凝土弹性徐变或自然收缩过程中，超静定结构的挠度变化；（3）设备卸载或杆件接头压缩过程中的塑性徐变；（4）在受力过程中，脚手架的弹性沉降；（5）模板预拱度的设计要求。

3.1.3 应力监控方式

在对应力进行监控过程中，应做到如下几点。

（1）应力监控原理和器材。在对应力进行监控过程中，技术人员应对设备性能、精确度以及使用寿命等因素进行分析，确保其符合要求。当前常用的应力监控设备主要为钢弦式应力计量剂。在监控过程中，技术人员应以测量的应变力数值为依据，对混凝土应力进行计算[4]。（2）合理选择监控截面。在对桥梁进行监控过程中，由于各个截面的应力分布情况存在一定的差异，因此，技术人员应对监控截面进行合理选择。通常情况下，当桥梁悬臂状态较为稳定时，此时受力作用最大的位置为悬臂底部；在对桥梁进行浇注施工时，此时受力作用最大的位置为桥墩顶面和跨中截面。因此，在实施监控过程中，技术人员应分别对桥墩顶面、跨中截面以及悬臂底部等位置进行监控。与此同时，在混凝土收缩过程中，各因素为互相控制、互相影响的关系，所以在实际计算过程中，无法从根本上排出外界应力的作用，为了使应力计算准确性进一步提高，技术人员应以相关设计规范为依据，对其进行修正和校验。

3.1.4 桥梁混凝土合龙阶段浇筑时间监控

在对桥梁实施合龙施工过程中，技术人员应对浇筑时间进行监控。在此过程中，技术人员应对气温、应变力变化情况、合龙前悬臂端以及施工时的气候进行分析，并以此为基础，确定浇筑时间。通过对以往的施工数据进行分析可知，在1:00～6:00 时间范围内桥梁应力截面变化数据以及悬臂端高程相对较稳定，因此，应选择1:00～6:00 时间范围内对混凝土进行浇筑，使桥梁合龙质量和安全性进一步提高。

3.2 监控控制要点

3.2.1 应力控制

在对大跨径预应力混凝土桥梁进行施工过程中，应力监控质量与工程整体施工质量息息相关，因此，在对应力进行监控过程中，要点如下。

（1）在对大跨径预应力混凝土桥梁进行施工过程中，由于其施工过程较为复杂，因此，在各个施工阶段，其桥梁结构形式、边界条件荷载也不尽相同，结构受力较为多变。尤其是在对主体结构进行合龙施工过程中，在结构转换过程中，其应力会产生变化，因此，技术人员应对结构应力变化大小进行分析，确保其符合设计要求。（2）在对桥梁施工之前，技术人员应对张拉设备和锚具等进行检查，确保其规格、性能以及质量符合要求。与此同时，技术人员还应对千斤顶、压力表等设备的性能进行检查，保障其能正常运行。（3）技术人员应对直径、强度以及伸长值等预应力钢材技术参数进行核对，确保其符合要求[5]。

3.2.2 线形控制

在对桥梁进行监控过程中，结构尺寸是重要控制内容。在实际施工过程中，由于诸多因素的影响，会导致结构变形出现一定的误差，导致桥梁主体实际位与设计位之间存在偏差，当偏差过大时，会导致合龙质量受到影响，成桥后的线形起伏变化较为明显，不但会使桥梁美观性受到影响，还会对桥梁施工质量产生影响。因此，技术人员应对实际结构和设计结构尺寸进行对比，对其偏差进行分析，并采取措施对其偏差进行控制，使其符合设计要求。

3.2.3 安全控制

在对桥梁结构进行监控过程中，为了使其整体安全性进一步提高，技术人员应保障结构的可靠性和稳定性符合要求。在实施监控过程中，技术人员应对桥梁整体稳定性、结构形变以及内部应力等进行严格控制，保障桥梁施工安全性。

3.2.4 稳定控制

在对大跨度预应力混凝土桥梁进行施工时，随着跨度增加，其受力复杂性也不断增加，导致其出现失稳等问题，因此，技术人员应对结构稳定性进行控制。在对结构稳定性进行控制时，技术人员应借助轴心受压公式对其稳定性和安全性系数进行计算，达到判断稳定性的目的[6]。与此同时，在对桥梁稳定性进行监控过程中，若桥梁出现失稳情况，应立即采取应急处理措施，有效控制各种突发情况，防止出现安全事故。

4 工程实例

在对某桥梁进行施工过程中，其主跨长度为72 m主要为预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁截面为单箱双室，跨径组合为47 m+72 m+47 m。跨中梁高为2.0 m，箱梁中线根部处梁高为4.4 m，梁底下缘呈现出二次抛物线形状。在对箱梁进行施工过程中，主要采用挂篮分段对称悬臂浇筑法进行施工。为了使该工程施工安全性和质量进一步提高，技术人员应对其施工过程进行监控，该文主要对预应力张拉阶段的施工过程监控情况进行分析[7-8]。

4.1 摩阻系数测试

在对该工程箱梁进行施工时，混凝土等级为C50，其预应力束钢绞线规格为∅s15.2 mm，弹性模量为Es=1.95×105N/mm2，强度标准值为fptk=1860 N/mm2；在张拉施工时，主要使用OVM15-12锚具及其配套设备，预应力筋管道为金属波纹管。在试验过程中，在箱梁梁腹板各选择一束钢绞线作为检测对象，并使用GMS型钢弦式锚索测力计（规格为2 000 kN）作为压力传感器。当箱梁混凝土强度为85%的设计强度时，应对其实施张拉测试。在张拉时，应从一端分成6 级进行张拉。

以最后一级拉力值为依据对摩擦系数μ值进行计算，与此同时，技术人员应以张拉实际情况为依据对各参数进行确定，根据试验可知，k=0.0015，θ=2.47 rad，x=107 m，相对摩擦损失σl2/σcon应为实测值。但是在实际预应力张拉施工过程中，通常会两端同时进行张拉施工，因此，每端的θ和x值应为实验值的一半，以计算的摩擦系数值为依据，对实际施工张拉情况进行计算，可得到箱梁中部预应力摩擦损失值的最大值，通过对其试验数据进行分析可知，其摩擦系数比规定值低，由此可知，该管道符合设计要求。

4.2 箱梁截面边缘混凝土法向应力测试

对纵向预应力束进行张拉施工之后，技术人员应对箱梁体内纵向应力进行分析。在该桥梁进行施工时，主要选择主桥位置上的1个制作截面和2个跨中截面作为关键截面进行测试，主要见图1。将钢弦式应变计分别放置在A-A、B-B、C-C 的截面箱梁顶板位置处，并将应变计布置在底板位置处，且应在其余截面箱梁地板和顶板位置各设置3个应变计。通过对各个应变计的频率变化情况进行检测和记录，并以此为基础，对梁体混凝土各关键测试截面位置顺桥向应力变化值进行计算，在计算过程中，技术人员应以施工单位所提供的C50 混凝土弹性模量为依据，该工程中取3.45×104MPa。

图1 关键测试截面

通过对其实测结果进行分析可知，在对梁体实施预应力张拉过程中，会产生一定的应力，该应力值符合应力限值规范要求，且预应力张拉满足施工效果要求。与此同时，在预应力的作用下，梁段会出现起拱和变形等情况，导致部分梁段与支架模板脱离，因此，该试验所得到的箱梁梁体预应力变化情况，不仅包括预应力筋的作用，还包括部分箱梁自重作用。

4.3 测量箱梁变形

在纵向预应力束全部张拉施工完成后，技术人员应借助精密水准仪对箱梁变形情况进行观察。在对测量截面进行选择的时候，应沿纵桥向选择2 个悬臂端截面、2 个跨中截面以及1 个支座截面共5 个测量截面，且应沿横桥向将3个测点布置在每个测量截面上。在实际测量过程中，可能会出现测点损坏的现象，技术人员应对各测量截面有效点进行控制，通常应大于2个，表1为各测量截面的平均变形值。通过对表1进行分析可知，在预应力的作用下，虽然该梁段存在起拱和变形情况，但是均符合设计规范要求[9-10]。

表1 各测量截面的平均变形值

5 结语

综上所述，在对大跨度预应力混凝土桥梁进行施工过程中，为了使其施工质量和安全性进一步提高，技术人员应对其施工过程进行监控。在监控过程中，技术人员应以实际施工情况为依据，对桥梁施工影响因素进行总结，并对监控技术和监控要点进行分析，以此为基础，对施工实际摩擦损失、控制截面应力以及各工况条件下桥梁变形值进行控制，为我国桥梁行业发展奠定基础。