楊萬(wàn)璜

(中鐵二十三局集團(tuán)第一工程有限公司)

1 引言

大悟跨京珠高速公路懸澆連續(xù)梁橋?yàn)槿缁炷吝B續(xù)梁橋，跨徑為(60+100+60)m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12m，箱梁底寬6.7m。全聯(lián)在端支點(diǎn)、中跨中及中支點(diǎn)處共設(shè)5個(gè)橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過(guò)。橋梁部懸澆施工順序大致為：在13、14墩上分別支托架立?，F(xiàn)澆0#塊，總長(zhǎng)度為14m然后在0#塊上安裝掛籃，進(jìn)行懸臂對(duì)稱(chēng)澆筑同時(shí)張拉橫向、豎向預(yù)應(yīng)力筋和縱向預(yù)應(yīng)力束。邊跨現(xiàn)澆段采用支架法進(jìn)行施工，長(zhǎng)度為9.75m;邊跨合攏段在支架上澆筑，長(zhǎng)度為2m;中跨合攏段采用吊架施工，長(zhǎng)度為2m;其余梁段采用掛籃懸臂灌注法施工。合攏順序?yàn)橄冗吙绾蠑n后中跨合攏。

2 監(jiān)控原則和方法

橋梁施工監(jiān)控就是對(duì)成橋目標(biāo)進(jìn)行有效控制，修正在施工過(guò)程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線(xiàn)形滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(1)受力要求不論是在成橋狀態(tài)還是在施工狀態(tài)，要確保各截面應(yīng)力的極值在允許范圍之內(nèi)。

(2)線(xiàn)形要求成橋后(長(zhǎng)期變形穩(wěn)定后)主梁的標(biāo)高要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。節(jié)段懸澆過(guò)程中的實(shí)測(cè)高程與實(shí)際狀態(tài)計(jì)算理想高程偏差在容許范圍內(nèi)。

(3)調(diào)控手段 對(duì)于主梁內(nèi)力(或應(yīng)力)的調(diào)整，通過(guò)嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力束張拉力實(shí)現(xiàn);對(duì)于主梁線(xiàn)形的調(diào)整，通過(guò)調(diào)整立模標(biāo)高實(shí)現(xiàn)，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)誤差。

為了消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不確切所引起的設(shè)計(jì)與實(shí)際施工中的不一致性，在施工過(guò)程中對(duì)參數(shù)應(yīng)進(jìn)行有效的識(shí)別和預(yù)測(cè)。對(duì)于重大的設(shè)計(jì)參數(shù)誤差，提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位進(jìn)行理論設(shè)計(jì)值的修改，對(duì)于常規(guī)的參數(shù)誤差，通過(guò)優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整。

3 施工監(jiān)控的實(shí)施技術(shù)

3.1 工況劃分和監(jiān)測(cè)監(jiān)控主要工作

為了預(yù)防混凝土箱梁徐變引起過(guò)大的結(jié)構(gòu)變形，主橋上構(gòu)箱梁混凝土懸澆一般約7 d施工一節(jié)段，一周期包括：

(1)箱梁各節(jié)段掛籃前移、立模。

(2)箱梁各節(jié)段混凝土箱梁懸澆后。

(3)箱梁各節(jié)段預(yù)應(yīng)力索張拉后。

此后有箱梁合攏階段：各跨剛性聯(lián)接前后、各跨合攏現(xiàn)澆段后、各跨剛性聯(lián)接解除后、各腹板索、頂板索、底板索和通長(zhǎng)索張拉后，即成橋前各施工工況發(fā)生較大變化等，隨著施工的進(jìn)展而開(kāi)展監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作。

3.2 結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

主橋上構(gòu)采用三向預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，懸臂掛籃施工。在施工過(guò)程中，自重荷載是由各節(jié)段混凝土澆筑完成而施加的，預(yù)應(yīng)力張拉力也是逐步施加的，其都將會(huì)大幅度改變混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力分布和變形。結(jié)構(gòu)剛度、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力索、溫度、外載等因素，將使橋梁結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力狀態(tài)及其變化規(guī)律更加復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)橋梁上構(gòu)的變形和應(yīng)力分析，應(yīng)用目前國(guó)內(nèi)外有相當(dāng)聲譽(yù)的結(jié)構(gòu)有限元分析軟件包(“橋梁博士”和ANSYS)進(jìn)行計(jì)算分析。

結(jié)構(gòu)有限元分析內(nèi)容有：(1)結(jié)構(gòu)各工況下以及成橋狀態(tài)下的形變分析：包括主梁標(biāo)高、墩頂偏位。(2)控制截面結(jié)構(gòu)應(yīng)變應(yīng)力及內(nèi)力計(jì)算。(3)結(jié)構(gòu)預(yù)拱度計(jì)算分析，以確定梁各節(jié)段立模標(biāo)高。

這些數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)相互校對(duì)確認(rèn)無(wú)誤，將作為連續(xù)剛構(gòu)橋監(jiān)控監(jiān)測(cè)的理論軌跡。

為保證計(jì)算結(jié)果的相對(duì)可靠性，需要收集有關(guān)臨時(shí)荷載及荷載變化等情況：(1)有關(guān)施工機(jī)具、人員的重量及其變化情況。(2)一般應(yīng)禁止在橋面堆放大量材料，如施工確實(shí)需要?jiǎng)t須將堆放材料的重量、位置、時(shí)間等情況及時(shí)對(duì)監(jiān)控指令進(jìn)行分析調(diào)整。(3)在某個(gè)施工段后因掛籃模板的減少導(dǎo)致自身重量的變化、掛籃拆除情況等。(4)合攏前懸臂端壓重的設(shè)置及拆除情況等。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及監(jiān)控需要，施工時(shí)應(yīng)對(duì)以上參數(shù)進(jìn)行測(cè)定或核定，以修正設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線(xiàn)形，為保證該橋成橋后滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求奠定基礎(chǔ)。

3.3 箱梁預(yù)拱度和線(xiàn)形控制

3.3.1 箱梁施工預(yù)拱

在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁懸臂澆筑施工中，隨著箱梁的延伸，結(jié)構(gòu)自重將逐步施加于已澆筑的節(jié)段上，使其下?lián)现饾u增大;同時(shí)，預(yù)應(yīng)力索張拉又使混凝土箱梁上撓。因此，在各節(jié)段施工時(shí)需要有一定的施工預(yù)拱。但實(shí)際施工中，影響撓度的因素較多，主要有箱梁自重、掛籃變形、預(yù)施應(yīng)力大小、施工荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、溫度變化等。撓度控制將影響到合攏精度和成橋線(xiàn)形，故對(duì)其必須進(jìn)行精確的計(jì)算和嚴(yán)格的控制。通過(guò)實(shí)測(cè)，對(duì)設(shè)計(jì)部門(mén)給定的預(yù)拱值在一定的范圍作適當(dāng)修正。否則，多跨度橋梁橋?qū)⒖赡艹霈F(xiàn)較明顯的起伏現(xiàn)象。

箱梁澆筑時(shí)各節(jié)段立模標(biāo)高由幾部分組成

式中：Hi為待澆筑箱梁底板前端模板標(biāo)高;Ho為該點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高;fi為本次及以后各澆筑箱梁段對(duì)該點(diǎn)撓度影響值;fi預(yù)為本次澆筑箱梁段縱向預(yù)應(yīng)力束張拉后對(duì)該點(diǎn)撓度影響值;fi籃為掛籃彈性變形對(duì)該點(diǎn)撓度影響值;fx為由收縮、徐變、溫度、二期恒載、活載等影響對(duì)該點(diǎn)撓度影響值。

3.3.2 預(yù)拱度預(yù)測(cè)和調(diào)整

考慮到墩身墩徐變的影響，以及墩身高度的不同，對(duì)墩頂設(shè)計(jì)標(biāo)高作適當(dāng)預(yù)留，在主梁施工中，結(jié)構(gòu)實(shí)際線(xiàn)形很難與設(shè)計(jì)計(jì)算的理論線(xiàn)形完全吻合。施工預(yù)拱的設(shè)置嚴(yán)格受到施工工期、施工時(shí)間、合攏日期等制約。如果線(xiàn)型偏離量不太大，則可以由下一節(jié)段直接調(diào)整進(jìn)行一次性補(bǔ)償;若偏離量較大，一次性補(bǔ)償將會(huì)出現(xiàn)明顯的橋面“波浪”，需要通過(guò)若干節(jié)段的預(yù)拱度連續(xù)修正來(lái)彌補(bǔ)誤差。后者的多節(jié)段調(diào)整方案，實(shí)際上是一種多目標(biāo)的全局優(yōu)化解。預(yù)拱控制實(shí)際上是對(duì)成橋線(xiàn)型的預(yù)測(cè)，需要通過(guò)對(duì)實(shí)際的橋面標(biāo)高測(cè)量結(jié)果，利用現(xiàn)代控制理論，不斷反饋比較，用實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)理論計(jì)算的準(zhǔn)確性與調(diào)整方案的合理性。

3.3.3 箱梁線(xiàn)形控制程序

為了保證箱梁軸線(xiàn)高程施工精度，應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，及時(shí)準(zhǔn)確地控制和調(diào)整施工中發(fā)生的偏差值。選用高精度水準(zhǔn)儀(偶然誤差≤1mm/km)，高程控制以Ⅱ等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為控制網(wǎng)，箱梁澆筑以Ⅲ等水準(zhǔn)高程精度控制聯(lián)測(cè)。

3.3.4 箱梁線(xiàn)形測(cè)量

大橋主梁的平面軸線(xiàn)線(xiàn)型和里程用瑞士萊卡全站儀進(jìn)行測(cè)量控制，高程用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。將軸線(xiàn)后視點(diǎn)引至過(guò)渡墩，用遠(yuǎn)點(diǎn)控制近距離點(diǎn)。在各墩進(jìn)行節(jié)段施工放樣時(shí)，將各墩的控制點(diǎn)作為置鏡點(diǎn)，后視橋臺(tái)處的控制點(diǎn)，進(jìn)行施工時(shí)節(jié)段的軸線(xiàn)點(diǎn)平面線(xiàn)型控制。

(1)主梁撓度的觀測(cè)

①測(cè)點(diǎn)布置在各墩每一節(jié)段懸臂端20cm左右截面梁頂設(shè)立3個(gè)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)也作為坐標(biāo)觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)須用短鋼筋預(yù)埋設(shè)置，線(xiàn)路測(cè)點(diǎn)位置在橋面防撞設(shè)施的內(nèi)側(cè)，應(yīng)與主梁鋼筋焊接，并用紅漆標(biāo)明編號(hào)。截面測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖1中所示的位置(中軸線(xiàn)上“0”和左右距翼板邊緣60cm處“|”3個(gè)點(diǎn))作為主梁混凝土上表面標(biāo)高的測(cè)點(diǎn)。

圖1 箱梁截面測(cè)定位置示意圖

當(dāng)前現(xiàn)澆梁段懸臂端截面同時(shí)設(shè)立三個(gè)臨時(shí)標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，作為當(dāng)前梁段控制截面梁底標(biāo)高用，并給出對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)的高程關(guān)系。

永久點(diǎn)位：線(xiàn)路觀測(cè)點(diǎn)作為長(zhǎng)期監(jiān)控觀測(cè)點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)注意線(xiàn)路基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置和保護(hù)。

②測(cè)量方法：用精密水平水準(zhǔn)儀測(cè)量測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

③測(cè)量頻率：按各節(jié)段施工次序，每一節(jié)段按三種工況(即：掛籃前移后、澆筑混凝土后和張拉后)對(duì)主梁撓度進(jìn)行平行獨(dú)立測(cè)量，相互校核。

④測(cè)量時(shí)間：測(cè)量時(shí)間在早7∶00左右和下午5∶00以后進(jìn)行。在測(cè)量過(guò)程中，除考慮工序進(jìn)展必須對(duì)每一工況進(jìn)行例行測(cè)量外，還要對(duì)溫度變化引起的撓度進(jìn)行測(cè)量。為了找出溫度變化引起主梁撓度變化的規(guī)律，對(duì)于一些重點(diǎn)工況，在工況不變的情況下，分別在早晨6∶00左右(即溫度較低)和中午12∶30～14∶30(即溫度較高)間對(duì)其撓度進(jìn)行測(cè)量，找出溫差變化較大時(shí)撓度變化的極值，從而為確定待施工各節(jié)段預(yù)拱提供較為可靠的依據(jù)。

(2)箱梁軸線(xiàn)抽測(cè)

①測(cè)點(diǎn)布置：在每一梁段懸臂端梁頂中線(xiàn)設(shè)立一個(gè)軸線(xiàn)觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖3中的“O”所示的位置。

②測(cè)量方法：使用全站儀和鋼尺等，采用測(cè)小角法或視準(zhǔn)法直接測(cè)量其前端偏位。

(3)主梁立模標(biāo)高的測(cè)量

①測(cè)點(diǎn)布置：立模標(biāo)高的測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖2中的“|”所指處，即：底板底模板三個(gè)特征位置;頂板底模板六個(gè)特征位置。

圖2 箱梁截面立模標(biāo)高測(cè)點(diǎn)位置示意圖

②測(cè)量方法：用精密水平水準(zhǔn)儀測(cè)量立模標(biāo)高。

③測(cè)量時(shí)機(jī)：立模標(biāo)高的測(cè)量應(yīng)避開(kāi)溫差較大的時(shí)段。立模到位、測(cè)量完畢后，監(jiān)理單位對(duì)施工各節(jié)段的立模標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)。

在某一施工工況完畢后，對(duì)主梁頂面混凝土進(jìn)行直接測(cè)量。在測(cè)量過(guò)程中，同一截面測(cè)三點(diǎn)，根據(jù)其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時(shí)，根據(jù)不同的工況觀察主梁的撓度(反拱)變化值，按給定的立模標(biāo)高(含預(yù)拱度)立模，也可得到主梁頂面的高程值。兩者進(jìn)行比較后，可檢驗(yàn)施工質(zhì)量。

結(jié)構(gòu)幾何形狀的測(cè)量主要包括：箱梁上下表面的寬度、腹板厚度、上蓋板和下底板的厚度、箱梁截面高度以及箱梁施工節(jié)段的長(zhǎng)度等。

3.3.5 測(cè)量?jī)x器

自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀：瑞士萊卡水準(zhǔn)儀，每公里往返測(cè)高程高差中誤差0.7mm。

全站儀：瑞士萊卡Tc802全站儀，測(cè)距離標(biāo)準(zhǔn)偏差為：±(0.41mm+0.26 ppm·D);測(cè)角精度為：H：2″，V：3″;(儀器鑒定后誤差精度)。

3.4 混凝土箱梁應(yīng)變測(cè)量

對(duì)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁而言，由于混凝土材料的非均勻性和不穩(wěn)定性，受設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、施工狀況的確定(施工荷載、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力損失、溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù))和結(jié)構(gòu)分析模型等諸多因素的影響，結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力與設(shè)計(jì)應(yīng)力很難完全吻合，即計(jì)算應(yīng)力不可能反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變實(shí)際測(cè)試中，通過(guò)系統(tǒng)識(shí)別、誤差分析與處理，使測(cè)試應(yīng)力盡可能地接近于實(shí)際，從而較準(zhǔn)確地掌握結(jié)構(gòu)的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)。

混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在懸澆過(guò)程中，按下述三個(gè)工序循環(huán)推進(jìn)：(1)掛籃前移、立模。(2)混凝土澆筑。(3)預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)張拉。因此，應(yīng)力測(cè)量也按上述三個(gè)工況劃分，分別對(duì)施工中三個(gè)工況及特殊情況下的應(yīng)力進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，直至全橋竣工。

3.5 其他參數(shù)

根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行竣工動(dòng)靜載試驗(yàn)。其內(nèi)容包括線(xiàn)形測(cè)量、應(yīng)力測(cè)量、沉降觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性評(píng)價(jià)等?；炷翉椥阅Ａ繙y(cè)量、混凝土箱梁溫度觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、成橋試驗(yàn)等本文不多詳述。

4 結(jié)束語(yǔ)

該特大橋在懸澆箱梁的監(jiān)控具體包括預(yù)測(cè)、監(jiān)控和反饋等幾個(gè)主要階段，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析并進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，以預(yù)測(cè)施工參數(shù)，進(jìn)行綜合分析判斷，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物的安全狀況，起到了指導(dǎo)施工和反饋設(shè)計(jì)的作用。

［1］ 客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南(TZ213-2005).

［2］ 客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件〔2005〕101號(hào).

［3］ 鐵路混凝土與砌體工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(TB10424-2003).

［4］ 石武鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)施工圖設(shè)計(jì)文件.

［5］ 無(wú)砟軌道預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁圖通橋(2008)2368A-Ⅴ.