閆林棟

(京廣鐵路客運(yùn)專線河南有限責(zé)任公司，鄭州 450003)

施工監(jiān)控是施工技術(shù)的重要組成部分，并始終貫穿于橋梁施工中。橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制即是對(duì)施工中的重要環(huán)節(jié)過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，以保證施工過程中結(jié)構(gòu)處于安全狀態(tài)［1-2］。根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，對(duì)利用各種測(cè)試及監(jiān)測(cè)手段獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤修正計(jì)算，給出后續(xù)各施工階段的高程及內(nèi)力反饋數(shù)據(jù)，用以指導(dǎo)和控制施工，保證橋梁線形和內(nèi)力符合設(shè)計(jì)要求［3-6］。

懸臂施工方法在我國(guó)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋中應(yīng)用廣泛，在施工期間不影響橋下通航或行車，而且充分利用了預(yù)應(yīng)力混凝土承受負(fù)彎矩能力強(qiáng)的特點(diǎn)，提高了梁橋跨越能力［7-10］。但是懸臂施工屬于典型的自架設(shè)施工方法，連續(xù)箱梁橋在施工過程中的已成結(jié)構(gòu)是無法事后調(diào)整的。而且施工過程中存在著溫度效應(yīng)、測(cè)量誤差等不利因素。這些因素都可能引起施工誤差，而這些誤差將不同程度地對(duì)成橋目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生干擾。并可能導(dǎo)致橋梁合龍困難、成橋線形及內(nèi)力與設(shè)計(jì)要求不符等問題。因此，為確保橋梁施工安全，成橋線形與內(nèi)力狀態(tài)必須符合要求，施工中應(yīng)實(shí)施有效的施工監(jiān)控。

1 工程概況

石武客運(yùn)專線大寺臺(tái)跨京珠高速公路連續(xù)梁橋位于京廣客運(yùn)專線河南段境內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，跨徑分布為(80.6+128+80.6)m，如圖1所示。采用混凝土箱形截面，中支點(diǎn)截面梁高為9.6 m，跨中及邊跨直線段梁高為5.6 m;梁部混凝土為C50;采用三向預(yù)應(yīng)力體系。本橋采用菱形掛籃懸臂澆筑法施工，全橋分2個(gè)T構(gòu)對(duì)稱懸澆，每個(gè)T構(gòu)包括0～20號(hào)共21個(gè)梁段，2個(gè)邊跨各有16.45 m的現(xiàn)澆段，邊、中跨合龍段均為2 m。

圖1 連續(xù)梁立面布置(單位:mm)

2 仿真計(jì)算

大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工采用分階段懸臂施工方法，結(jié)構(gòu)的最終形成必將經(jīng)歷一系列的施工過程，對(duì)施工過程中每個(gè)階段進(jìn)行詳細(xì)的變形計(jì)算和受力分析，是橋梁施工控制最重要的內(nèi)容之一。為了達(dá)到施工控制的目的，必須首先通過仿真計(jì)算來確定橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中每個(gè)階段受力和變形的理想狀態(tài)，以此為依據(jù)來監(jiān)測(cè)施工過程中每個(gè)階段的結(jié)構(gòu)行為。

石武客運(yùn)專線跨京珠高速公路連續(xù)梁橋的仿真計(jì)算是利用橋梁博士3.0軟件進(jìn)行的。計(jì)算中考慮了二期恒載、活載效應(yīng)、混凝土收縮徐變、施工臨時(shí)荷載、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換和溫度變化等。全橋上部結(jié)構(gòu)共劃分成116個(gè)單元，主橋仿真計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 全橋計(jì)算模型

3 線形控制

3.1 立模高程與預(yù)拱度

在箱梁懸臂澆筑過程中，節(jié)段立模高程的確定，是關(guān)系到線形是否平順、是否符合設(shè)計(jì)要求的一個(gè)重要問題。如果合理確定立模高程時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確控制，則最終成橋線形良好;如果考慮因素和實(shí)際不符合，則最終橋面線形將會(huì)和設(shè)計(jì)有較大偏差。

箱梁懸臂澆筑段的各節(jié)段立模高程可參考下式［11］計(jì)算

式中 Hlmi——節(jié)點(diǎn)i(待澆筑段箱梁底板前端點(diǎn))立模高程;

Hsji——節(jié)點(diǎn) i的設(shè)計(jì)高程;

∑fdi——節(jié)點(diǎn)i在施工過程中由恒載引起的該點(diǎn)向下的累計(jì)撓度值，包括箱梁結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力及收縮徐變引起的撓度;

fli——節(jié)點(diǎn)i由靜活載引起的向下的撓度值;

fgl——掛籃彈性變形值，由掛籃預(yù)壓及高程實(shí)測(cè)確定。

在建立了正確的模型和性能指標(biāo)后，將有關(guān)參數(shù)及橋梁施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入施工控制計(jì)算分析程序進(jìn)行理論計(jì)算，可以分別求出∑fdi和fli，再通過掛籃預(yù)壓和對(duì)每一施工階段的高程實(shí)測(cè)來確定掛籃彈性變形值fgl，經(jīng)過計(jì)算得到石武客運(yùn)專線大寺臺(tái)跨京珠高速公路(80.6+128+80.6)m連續(xù)梁橋各施工階段的預(yù)拱度，如圖3所示。該圖僅顯示全橋的一半(左T構(gòu))，橫坐標(biāo)表示橋梁縱向位置，其中80.6 m的位置代表左側(cè)主墩支點(diǎn)。

圖3 預(yù)拱度設(shè)置(左T構(gòu))

3.2 控制流程

以上計(jì)算公式中可以看出立模高程計(jì)算的關(guān)鍵是確定∑fdi和fgl，但是實(shí)際施工狀態(tài)與理論施工狀態(tài)是有差別的，也就是說按照理論的預(yù)拱度和掛籃變形值施工，最終的成橋狀態(tài)達(dá)不到理論成橋狀態(tài)。為了保持橋梁的線形達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，必須通過嚴(yán)格的施工監(jiān)控流程(圖4)對(duì)線形進(jìn)行控制。

在上述流程中，高程測(cè)量是關(guān)鍵。測(cè)量過程中個(gè)別測(cè)量的數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)榉N種偶然因素引起誤差，因此必須對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并取其均值作為實(shí)際觀測(cè)值，得到混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉后梁底高程的實(shí)測(cè)值;誤差分析除了需要考慮測(cè)量誤差外，還需考慮到實(shí)際混凝土的容重和彈性模量值與理論值的不同，以及混凝土的收縮徐變等影響因素。然后及時(shí)修正模型中的有關(guān)參數(shù)，并通過計(jì)算預(yù)告出下一階段的立模高程。

圖4 施工監(jiān)控流程

3.3 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)量要求

測(cè)量環(huán)節(jié)中，為了減小測(cè)點(diǎn)高程的誤差，每個(gè)施工節(jié)段斷面上布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，梁底和梁面分別布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)高程在每個(gè)施工段的混凝土澆筑前、混凝土澆筑后和預(yù)應(yīng)力束張拉后分別測(cè)量。為盡可能地減少溫度對(duì)撓度的影響，測(cè)量盡量安排在每個(gè)測(cè)試工況結(jié)束后的第2 d早晨日出之前進(jìn)行。由于梁體混凝土溫度較氣溫有滯后效應(yīng)，日照不會(huì)立即使主梁產(chǎn)生撓曲。且早晨陽(yáng)光不強(qiáng)，因此觀測(cè)時(shí)間可以適當(dāng)推遲或延長(zhǎng)，但必須在日出0.5 h內(nèi)完成測(cè)量。

控制點(diǎn)標(biāo)志用螺紋鋼制作。鋼筋露出頂面混凝土2～3 cm，底端應(yīng)與模板接觸。測(cè)點(diǎn)離節(jié)段前端15 cm。梁面上3個(gè)測(cè)點(diǎn)既是控制箱梁中線平面位置的測(cè)點(diǎn)，又是箱梁高程控制點(diǎn)和撓度變形觀測(cè)點(diǎn)。埋設(shè)的鋼筋測(cè)點(diǎn)必須與箱梁頂板中上、下層鋼筋焊接牢固，其底端要抵緊頂板的底模板上。在混凝土施工過程中嚴(yán)禁踩踏、碰撞。在箱梁整個(gè)懸澆施工過程期間，應(yīng)對(duì)所有基準(zhǔn)點(diǎn)和測(cè)點(diǎn)加以保護(hù)，不得損壞和覆蓋。

3.4 線形監(jiān)控成果分析

線形監(jiān)控的最終目標(biāo)是要求成橋線形與設(shè)計(jì)線形吻合，但要達(dá)到此目標(biāo)，必須對(duì)施工過程中的一些環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，包括立模高程、梁段混凝土澆筑后頂面高程、斷面尺寸、成橋線形等。通過對(duì)石武客?？缇┲楦咚俟愤B續(xù)梁橋的線形監(jiān)控，得到立模高程設(shè)計(jì)值與測(cè)量值差值均控制在 ±3 mm以內(nèi);梁頂混凝土面的加高平臺(tái)高程的誤差值在-4～+9 mm，小于允許的±10 mm;斷面高度誤差值在-5～+9 mm，滿足-5～+15 mm的規(guī)定;全橋合龍后梁頂高程偏差范圍為-3～+8 mm，小于允許偏差值±20 mm;相鄰節(jié)段的高差范圍為-4～+7 mm，小于允許偏差值±10 mm。均滿足《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160 號(hào))的控制要求［12］。限于篇幅，本文僅列出全橋成橋線形偏差，見表1。

表1 全橋梁體成橋線形偏差 mm

4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)傳感器及測(cè)試原理

本次應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用的是振弦式應(yīng)變計(jì)和配套的讀數(shù)儀作為應(yīng)力觀測(cè)儀器。此儀器采用的是通過測(cè)量應(yīng)變間接測(cè)量應(yīng)力的方法。應(yīng)力是根據(jù)測(cè)量所得的應(yīng)變和實(shí)際測(cè)量出的混凝土彈性模量計(jì)算而得。在澆筑混凝土前，將振弦式應(yīng)變計(jì)預(yù)埋在監(jiān)控截面內(nèi)，記錄下測(cè)點(diǎn)的布置位置，待每個(gè)節(jié)段預(yù)應(yīng)力張拉后，進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集。

4.2 測(cè)點(diǎn)布置

對(duì)于特大跨徑的高速鐵路連續(xù)梁橋，石武客運(yùn)專線跨京珠高速公路連續(xù)梁橋的應(yīng)力監(jiān)控布置了8個(gè)測(cè)試斷面，如圖6所示，4個(gè)0號(hào)斷面，即746號(hào)墩的0號(hào)塊上的B、C兩個(gè)截面(離支座中心4.5 m)和747號(hào)墩的0號(hào)塊上的F、G兩個(gè)截面(離支座中心7 m);4個(gè)1/4跨斷面，即A、D、E、H的4個(gè)截面。每個(gè)斷面的測(cè)點(diǎn)布置如圖7所示。每個(gè)0號(hào)斷面布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)1/4跨斷面布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)40個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)。

圖6 應(yīng)力監(jiān)控截面示意(單位:mm)

圖7 應(yīng)力測(cè)試點(diǎn)布置(單位:cm)

4.3 應(yīng)力數(shù)據(jù)分析

由于儀器只能通過應(yīng)變來求得應(yīng)力，而不是直接將應(yīng)力測(cè)出，故而實(shí)際測(cè)量出的應(yīng)力與實(shí)際混凝土應(yīng)力是不相符合的。通過儀器測(cè)量出的應(yīng)變包含2種:一是由應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變;另一種是非受力應(yīng)變，包括混凝土的收縮徐變和溫度帶來的應(yīng)變。其中溫度對(duì)于應(yīng)變的影響在結(jié)構(gòu)屬于靜定時(shí)為非受力應(yīng)變，而轉(zhuǎn)換體系成為超靜定結(jié)構(gòu)后，溫度產(chǎn)生的應(yīng)變則會(huì)帶來應(yīng)力。

通過理論分析和誤差分析等手段，對(duì)測(cè)量結(jié)果做出了適當(dāng)修正。圖8和圖9分別是746號(hào)墩小里程0號(hào)和10號(hào)上緣在不同工況下實(shí)際值與理論值的比較，由圖可知實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論計(jì)算值基本吻合。

表2是石武客?？缇┲楦咚俟愤B續(xù)梁橋合龍后各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力理論值和實(shí)際值的對(duì)比，從表中可以看出，全橋測(cè)量值與理論值較吻合，誤差最大為0.9 MPa，說明全橋受力與設(shè)計(jì)內(nèi)力較一致，結(jié)構(gòu)處于安全工作狀態(tài)。

表2 成橋后應(yīng)力實(shí)際值與理論值 MPa

5 結(jié)論

通過在施工過程中跟蹤每個(gè)施工環(huán)節(jié)，將施工監(jiān)控的技術(shù)成功用于石武客?？缇┲楦咚俟?80.6+128+80.6)m連續(xù)梁橋，取得了以下主要成果。

(1)通過跟蹤測(cè)量，各節(jié)段測(cè)量值與預(yù)期計(jì)算值相符，線形誤差均滿足《客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)［2005］160號(hào))要求，合龍精度及成橋線形較好。

(2)各施工階段根部及L/4處截面測(cè)點(diǎn)應(yīng)力偏差均在±1 MPa以內(nèi)，應(yīng)力監(jiān)控比較理想，且應(yīng)力值隨施工進(jìn)度的變化規(guī)律基本一致，且小于混凝土受壓極限值;施工過程中沒有出現(xiàn)拉應(yīng)力，表明全橋施工滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)處于良好工作狀態(tài)。

總之，石武客?？缇┲楦咚俟?80.6+128+80.6)m懸臂連續(xù)梁橋合龍精度、成橋線形及施工階段應(yīng)力都滿足預(yù)定控制目標(biāo)和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。施工控制工作合理、到位，保證了連續(xù)梁的合龍精度和成橋線形及應(yīng)力。

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