唐建昌

(成都公路工程試驗檢測中心有限責任公司，成都 611130)

前言

預應力混凝土連續(xù)梁橋作為一種結構剛度大、跨越能力大的橋型，在近幾十年得到了長足的發(fā)展。采用掛籃懸臂澆筑節(jié)段混凝土來建造大跨度混凝土梁橋，已成為該類橋梁建造方法的主流技術［1］。

預應力混凝土連續(xù)箱梁橋采用懸臂法澆筑施工的過程中，由于結構狀態(tài)變化和測量系統(tǒng)誤差的存在及干擾，隨著施工階段的推移誤差逐漸累積，若不進行控制，結構的理想狀態(tài)就無法實現，嚴重的會導致橋梁無法順利合攏或者合攏后的線形極其不流暢。由于橋梁施工是一個不可逆轉的過程，只有及時消除這些隨機殘余誤差帶來的不利影響，才能有效地避免成橋階段橋梁結構的線形和內力出現較大的偏差。發(fā)現誤差只是其中的一小部分工作，關鍵的步驟是誤差處理工作，即結合橋梁的誤差調整理論，對存在的這些誤差進行辨識、調整、修正甚至預測。從而使橋梁結構的施工狀態(tài)盡可能地符合理想設計狀態(tài)，確保整個施工過程中結構受力的安全和線形的相對完美，最終使實際的成橋狀態(tài)滿足設計和施工規(guī)范要求［2］［3］。

本文結合一實際三跨連續(xù)梁橋的施工過程，對該類橋梁施工控制過程中的關鍵技術問題開展了理論分析和現場測試。

1 工程概況

成都第二繞城高速公路西段府河特大橋為三跨連續(xù)梁橋，上部結構為(72 +120 +72)m 變截面連續(xù)箱梁，主梁為單箱單室PC 箱梁，上下行分離，箱梁采用三向預應力體系，采用掛籃懸臂現澆施工法。頂板寬16.25m，厚0.32m，設2%橫坡;底板寬8.55m，厚由0.32m按2 次拋物線變化至0.80m，橫橋向底板保持水平;箱梁根部梁高7.2m，跨中梁高3.0m，梁高按1.7 次拋物線變化;腹板厚度為0.5～0.9m 按線性變化。在中跨合攏段設置一道0.50m 寬的橫隔板，在墩頂處設置寬度為2.2m 的橫隔板，邊跨端部設1.4m 邊隔板。下部結構為實心墩，墩身為鋼筋混凝土結構，采用鉆孔灌注樁基礎。橋墩橫橋向與箱梁底部同寬，為8.55m;順橋向寬度3.2m，鋼筋混凝土結構。橋墩承臺12.2m×12.2m×3.5m。橋梁總體布置圖如圖1 所示。

2 計算模型

施工過程結構分析的目的在于按照確定好的施工方案，根據橋梁所受荷載實際材料特性及現場外界條件進行理論計算。根據每一施工步的內力以及結構變形結果，結合現場施工過程中的實測偏差，預測下一階段的變形量值并提供給施工單位。施工單位(或監(jiān)測單位)根據監(jiān)控計算提供的結果，隨時監(jiān)測主梁施工(安裝)情況，最后順利建成橋梁并達到設計要求。根據施工圖紙建立施工控制計算模型，本橋梁體和墩柱均采用空間梁單元模擬，計算模型如圖2 所示。全橋共離散為109 個單元，111 個節(jié)點。

圖1 主橋結構布置圖(單位:cm)

圖2 全橋離散模型圖

在建立結構計算模型時注意了以下幾點:

(1)施工階段劃分。全橋共劃分21 個施工階段，安裝掛籃、澆筑混凝土、張拉預應力鋼束均按不同的階段考慮，以便對橋梁的應力和線形進行監(jiān)測。分別為:承臺施工、橋墩施工、0#塊～15#塊依次施工、邊跨現澆段施工、邊跨合攏施工、跨中合攏施工等。

(2)混凝土材料的時變效應。根據混凝土材料的施工時間和硬化周期，明確每一施工梁段混凝土材料的加載齡期和計算齡期，分析混凝土由于時變效應帶來的結構變形和內力的變化值。

(3)邊界條件。計算模型的邊界條件，根據實橋設計情況進行定義。施工過程中，橋墩承臺處近似處理為固結狀態(tài)，主梁與主墩之間通過構造措施處理為墩—梁固結狀態(tài)。邊跨現澆段采用滿堂支架施工法，直至主梁合攏。主梁合攏后，拆除墩梁固結區(qū)域的臨時約束，將橋梁支撐約束設定為連續(xù)梁的設計約束狀態(tài)。

3 監(jiān)控目的及理論

3.1 監(jiān)控目的

大跨預應力混凝土連續(xù)梁橋成橋的主梁線形和結構恒載產生的內力與施工方法有著密切的關系，不同的施工方法和工序會導致不同的結構線形和內力。另一方面，由于各種因素(如材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數、結構自重、施工荷載和溫度影響等)的隨機性，以及在測量等方面產生的誤差，結構的實際測量值難以與原理論設計值做到完全一致。尤其值得注意的是，某些偏差(如主梁的豎向撓度誤差)具有累積特性。

為了確保箱梁在施工過程中結構受力和變形始終處于安全可控的范圍內，且成橋后的主梁平、豎曲線符合設計要求，結構恒載內力狀態(tài)接近設計期望，必須在主橋施工過程中進行嚴格的施工控制。在施工過程中，采取有效的技術措施和管理措施，及時對施工中所暴露出來的問題進行調整和處理，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。

3.2 監(jiān)控理論

連續(xù)梁橋是施工量測－識別－修正－預告－施工的循環(huán)過程，實質上是使施工按照預定的理想狀態(tài)(主要是施工標高)順利推進。

已建成梁段的線形誤差在本階段是無法調整的，殘存的誤差只能通過下一個施工節(jié)段實際立模標高值的設置來調整;其次，及時識別參數誤差，重新計算未澆筑梁段的預拱度值，修正下一施工節(jié)段的立模標高值;所以，要保證控制目標的實現，最根本的就是對立模標高做出盡可能準確的預測，即主要依靠預測控制。無論施工過程如何，總是以最終橋梁成型狀態(tài)作為目標狀態(tài)，以此來控制各施工塊件的立模標高［4］。

3.2.1 線形監(jiān)控

在預應力混凝土連續(xù)箱梁橋的線形監(jiān)控中，主要目的是測量到各施工節(jié)段真實的幾何形態(tài)，主要包括平面線形和高程線形涉及到的結構幾何形態(tài)參數主要有預拱度值、高程觀測點的標高值、立模標高值、軸向水平偏移、跨徑、各施工梁段的長度、各施工截面的幾何尺寸以及成橋后的線形等。為了保證成橋之后的線形盡可能地接近理想狀態(tài)，必須嚴格控制預拱度值、高程觀測點的標高值、立模標高值、軸向水平偏移和各施工截面的幾何尺寸這五個結構幾何形態(tài)參數［5］。

3.2.2 應力監(jiān)控

在大跨度預應力混凝土連續(xù)箱梁橋上，主要測試大橋的橋墩和箱梁截面的應力，對預應力混凝土連續(xù)梁橋還必須注意墩梁臨時固結構件的應力情況。一般來說，橋墩上測點布置在墩底、橫系梁及墩頂截面處，主梁上測點布置在懸臂根部、L/4、L/2等關鍵截面上。

4 監(jiān)控方案

4.1 線形監(jiān)控

主梁線形控制點布置在每個懸澆節(jié)段前端10cm處。測點采用一定長度的鋼筋牢固焊接定位于頂(底)板鋼筋骨架上，鋼筋頂面加工成半球形，鋼筋頭應高出混凝土頂面約2cm。各測點的橫向布置如圖3 所示。圖中測點1、測點3 距截面中心對稱布置，測點2 為控制截面梁頂面中線點;測點4、測點5對稱布置在箱梁底板上。

圖3 主梁線形控制點布設位置圖

圖4 合攏后右幅主梁頂板線形控制成果對比圖

圖5 鋪裝后右幅主梁頂板線形控制成果對比圖

4.2 應力監(jiān)控

結合理論分析成果及施工實際，選擇了懸臂根部、二分之一懸臂段兩個控制斷面作為主梁應力監(jiān)測斷面。埋設應變測試元器件(振弦式應變測試儀)跟蹤測量控制斷面的應變，通過測試應變計算得到應力，從而建立施工預警機制。截面測點布置如圖6、圖7 所示。

5 監(jiān)控結果

為了合攏時兩側懸臂端誤差達到合攏精度要求，合攏后的橋梁成橋線型滿足設計要求，必須對各懸臂施工節(jié)段的線型進行實時監(jiān)測，以便在施工中及時調整有關的線形參數，為隨后的施工控制指令發(fā)出提供數據預報，保證施工的順利進行。不同階段完成澆筑的梁段，其強度發(fā)展是不盡相同的，而且其所受的荷載也具有很大的不確定性。因此，對施工過程中的主梁應力進行動態(tài)實時監(jiān)測，并將實測應力值與理論分析值進行比較，是我們判斷橋梁結構是否處于安全范圍的重要依據之一［6］。

圖6 懸臂根部截面控制點布設位置圖

圖7 二分之一懸臂段截面控制點布設位置圖5 監(jiān)控結果

圖8 右幅21#墩懸臂根部截面小里程側頂板實測應力與理論應力對比(MPa)

圖9 右幅21#墩懸臂根部截面小里程側底板實測應力與理論應力對比(MPa)

5.1 線形監(jiān)控

主梁頂板線形控制成果對比如圖4、圖5 所示，從中可以看出，裸梁頂面中線實測標高、鋪裝層頂面中線實測標高與相應設計標高吻合較好，表明在施工過程中主梁線形控制較為得當，合攏后整體線形比較平順，達到預期目標，滿足設計要求。

5.2 應力監(jiān)控

懸臂根部截面小里程側頂板、底板應力情況如圖8、圖9 所示。從圖中可以看出，該橋主梁應力監(jiān)測斷面(懸臂根部和二分之一懸臂)的實測應力值與理論應力值變化規(guī)律基本吻合，數據變化較有規(guī)律，這也反映出該橋預應力鋼束張拉是有效的、符合設計要求的。個別截面的實測值較理論值略偏大，這主要是由儀器誤差、材料容重、尺寸偏差、溫度應力、收縮徐變、施工荷載等因素造成的。從整個施工過程的應力變化趨勢及線形標高數據上看，施工過程是正常的，未發(fā)現異常或危及結構安全的情況。

6 結語

通過對連續(xù)梁橋的施工線形監(jiān)控和應力監(jiān)測，結合現代控制理論，并應用應力誤差分析技術，取得到了較好的測試結果，有效地保證了橋梁建造質量和施工安全。同時也為以后相似橋梁的施工控制提供了可供參考的依據。

［1］姚健鵬，梁明盛，陳忠誠.預應力混凝土連續(xù)箱梁橋懸臂施工監(jiān)控［J］.公路，2012，(2):105-108.

［2］向中富.橋梁施工控制技術［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］王鈞利.橋梁施工技術及質量控制［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［4］孫之蕪，葉生，楊成斌.大跨度預應力混凝土連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控［J］.工程建設，2007，21(3):293-296.

［5］周如意.預應力混凝土連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控方法的研究［D］.廣西:廣西大學.2012:1-96.

［6］盧偉榮.大跨預應力混凝土連續(xù)梁橋應力監(jiān)控［J］.建筑設計，2011，40(4):151-152.