（重慶保稅港區(qū)開(kāi)發(fā)管理集團(tuán)有限公司 重慶400020）

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本文以重慶保稅港區(qū)空港功能區(qū)舉人壩大橋的全過(guò)程施工監(jiān)控為背景，從施工監(jiān)控目標(biāo)和內(nèi)容入手，詳細(xì)敘述了舉人壩大橋下部結(jié)構(gòu)、主梁及應(yīng)力監(jiān)控的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)結(jié)果，經(jīng)分析表明，舉人壩大橋的施工滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控線形控制應(yīng)力監(jiān)測(cè)

1 工程概況

1.1 概況

舉人壩大橋（見(jiàn)圖1）位于重慶保稅港區(qū)空港功能區(qū)空港大道東西方向K2+201.543處的跨河大橋，采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)形式，全長(zhǎng)188m。該橋橋面總寬43米，分左、右設(shè)置雙幅連續(xù)剛構(gòu)橋。

圖1 舉人壩大橋立面布置示意圖（單位：cm）

1.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）道路等級(jí)：城市主干路；

（2）設(shè)計(jì)荷載：城-A級(jí)、人群3.5kN/m2；

（3）橋面寬度：5m(人行道）+14.5m（行車道）+0.5m（防撞護(hù)欄）+3m（中間隔離帶）+0.5m（防撞護(hù)欄）+14.5m（行車道）+5m(人行道）=43m；

（4）設(shè)計(jì)車速：60km/h；

（5）跨徑組成：（50+75+50）m；

（6）地震烈度:動(dòng)峰值加速度為0.05g，按B類橋梁抗震設(shè)防措施等級(jí)7級(jí)設(shè)防。

2 施工監(jiān)控目標(biāo)和內(nèi)容

2.1 施工監(jiān)控目標(biāo)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控計(jì)算等手段，對(duì)主梁施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移狀態(tài)進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)、分析、計(jì)算和預(yù)測(cè)，為施工單位提供施工監(jiān)控信息，以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程的安全并最終達(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。

2.2 施工監(jiān)控內(nèi)容

2.2.1 理論計(jì)算

首先復(fù)核設(shè)計(jì)計(jì)算所確定的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)。按照施工和設(shè)計(jì)所確定的施工工序，以及設(shè)計(jì)所提供的基本參數(shù)，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行一次正裝計(jì)算，得到各施工狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)受力和變形等控制數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)相互校對(duì)確認(rèn)無(wú)誤后作為連續(xù)剛構(gòu)施工監(jiān)控的理論數(shù)據(jù)。計(jì)算項(xiàng)目包括：

（1）各施工狀態(tài)下以及成橋狀態(tài)下?tīng)顟B(tài)變量的理論數(shù)據(jù)；主梁標(biāo)高、控制截面應(yīng)力應(yīng)變；

（2）施工監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)理論值：立模標(biāo)高；

（3）運(yùn)營(yíng)階段的移動(dòng)荷載分析，驗(yàn)算大橋建成后運(yùn)營(yíng)的安全性。

大橋的施工監(jiān)控工作是在大橋施工過(guò)程安全的情況下進(jìn)行的，因此首先根據(jù)設(shè)計(jì)文件對(duì)大橋進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，驗(yàn)證大橋在常規(guī)荷載以及確定的施工方案情況下的結(jié)構(gòu)安全性，以確保施工安全，同時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、危險(xiǎn)預(yù)告提供預(yù)警控制值。

2.2.2 自適應(yīng)反饋控制分析

自適應(yīng)反饋控制方法是目前橋梁工程施工監(jiān)控中最好的方法，它運(yùn)用了現(xiàn)代控制理論中的系統(tǒng)辨識(shí)、參數(shù)估計(jì)、誤差分析、最優(yōu)預(yù)測(cè)等方法，我司已在多座特大橋的施工監(jiān)控中進(jìn)行了成功的研究、應(yīng)用。以下簡(jiǎn)要闡述其在本大橋應(yīng)用的主要步驟:

（1）在取得結(jié)構(gòu)各計(jì)算控制參數(shù)、施工方案的前提下，模擬施工過(guò)程進(jìn)行前進(jìn)分析、倒退分析以確定結(jié)構(gòu)在理想狀態(tài)下，各施工階段箱梁的理論位移、內(nèi)力、應(yīng)力情況。

（2）根據(jù)本橋的實(shí)際情況，針對(duì)不同的施工階段（結(jié)構(gòu)狀態(tài)）進(jìn)行結(jié)構(gòu)控制計(jì)算參數(shù)的敏感性分析，包括位移敏感性、內(nèi)力敏感性和應(yīng)力敏感性。首先確定對(duì)于某特定施工狀態(tài)的敏感性要求，然后根據(jù)此要求進(jìn)行敏感性分析，區(qū)分該狀態(tài)下的主要控制參數(shù)和次要控制參數(shù)。

（3）在施工的每一階段，考慮實(shí)際荷載狀態(tài)（施工荷載、溫度影響等等），重新進(jìn)行計(jì)算分析，提出本施工階段的控制參數(shù)值（主梁節(jié)段架設(shè)標(biāo)高，主梁應(yīng)力狀態(tài)等等）；并給出對(duì)應(yīng)于不同溫度狀態(tài)的主梁架設(shè)標(biāo)高，以指導(dǎo)施工。

（4）對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的狀態(tài)參數(shù)測(cè)量值和計(jì)算值進(jìn)行比較，在過(guò)濾掉誤差影響后，對(duì)主要計(jì)算控制參數(shù)進(jìn)行修正（參數(shù)識(shí)別），重新進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)控制目標(biāo)對(duì)計(jì)算參數(shù)作適當(dāng)修正，提出更接近實(shí)際的下一階段控制參數(shù)，并修正對(duì)結(jié)構(gòu)后期狀態(tài)的預(yù)測(cè)。

2.2.3 合龍工序分析控制

通過(guò)大橋主梁懸臂施工過(guò)程中的控制計(jì)算分析和結(jié)構(gòu)狀態(tài)測(cè)量，提出合理的大橋合龍應(yīng)力和線形控制方案。

2.2.4 橋面鋪裝擬合標(biāo)高的確定

預(yù)應(yīng)力混凝土材料的后期收縮徐變效應(yīng)較大，現(xiàn)有各種計(jì)算理論對(duì)連續(xù)剛構(gòu)橋下?lián)系念A(yù)測(cè)與實(shí)際工程的要求具有較大的偏差，因此只有根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，給主梁各節(jié)段頂面設(shè)置一個(gè)成橋預(yù)拱度，以此來(lái)滿足后期變形的要求。

成橋預(yù)拱度已包含在各節(jié)段的立模預(yù)抬值里，因此主梁合龍后的橋梁頂面高程已反映了成橋預(yù)拱度狀態(tài)，但由于施工誤差等因素，各節(jié)段表面線性可能不會(huì)十分光滑，因此，有必要對(duì)橋面鋪裝標(biāo)高進(jìn)行必要的擬合，擬合的原則是：①保證容許的鋪裝層最小厚度；②保證橋面鋪裝的總重量（特別是跨中部分）沒(méi)有太大的增加。橋面附屬如護(hù)欄的安裝與橋面擬合的線形應(yīng)基本一致。

2.2.5 施工監(jiān)測(cè)

施工過(guò)程的適時(shí)監(jiān)測(cè)是施工監(jiān)控賴以進(jìn)行的基礎(chǔ)，是施工監(jiān)控的重要組成部分。通過(guò)測(cè)試獲得連續(xù)剛構(gòu)橋的施工階段的內(nèi)力、變形、溫度等的實(shí)測(cè)值，是施工調(diào)整、確保施工安全的依據(jù)。施工監(jiān)測(cè)主要包括如下幾個(gè)方面：（1）承臺(tái)水化熱監(jiān)測(cè)；（2）主梁線形監(jiān)測(cè)；（3）控制截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

3 下部結(jié)構(gòu)監(jiān)控

3.1 承臺(tái)水化熱監(jiān)控

大體積混凝土以大區(qū)段為單位進(jìn)行施工，施工體積厚大，由此帶來(lái)的問(wèn)題是水泥水化作用所放出的熱量使混凝土內(nèi)部溫度逐漸升高，內(nèi)部的熱量又不易導(dǎo)出造成較大的內(nèi)外溫差，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，彈性模量的增高，對(duì)混凝土內(nèi)部降溫收縮的約束也就愈來(lái)愈大，以致產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。當(dāng)混凝土的抗拉強(qiáng)度不足以抵抗這種拉應(yīng)力時(shí)，便開(kāi)始出現(xiàn)溫度裂縫，影響工程質(zhì)量。因此掌握大體積混凝土溫度場(chǎng)變化的規(guī)律性，就能夠有針對(duì)性地提出裂縫控制的方案，有效地保證混凝土的質(zhì)量增強(qiáng)混凝土的耐久性。

溫度測(cè)點(diǎn)布置：根據(jù)主橋承臺(tái)實(shí)心段對(duì)稱性特點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)主要布置在橫斷面1/4范圍內(nèi)，測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。埋入承臺(tái)中的溫度測(cè)量元件共分3層，每層10個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)承臺(tái)共埋入40個(gè)溫度元件。

圖2 承臺(tái)溫度測(cè)點(diǎn)布置平面和立面布置示意圖（單位：cm）

3.2 基礎(chǔ)沉降監(jiān)控

測(cè)點(diǎn)布置：在主墩承臺(tái)完成后，在承臺(tái)4個(gè)角點(diǎn)上各布置1個(gè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)紅色油漆對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，以防止施工時(shí)破壞。在完成監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)記后，進(jìn)行初始高程的監(jiān)測(cè)，在后續(xù)主梁的施工中進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，通過(guò)與初始高程數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)判斷基礎(chǔ)沉降大小?；A(chǔ)沉降測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖3所示。

圖3 基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置示意圖（1#點(diǎn)、2#點(diǎn)側(cè)為跨中方向）

4 主梁線形監(jiān)控

整個(gè)施工過(guò)程中，在保證結(jié)構(gòu)內(nèi)力安全的前提下，以結(jié)構(gòu)線形控制為主。在每階段的立模施工中，都對(duì)結(jié)構(gòu)線形進(jìn)行了反饋分析，使主梁線形始終在主梁理論計(jì)算的理想線形附近作微小波動(dòng)，故最終成橋線形比較理想，達(dá)到了本橋施工監(jiān)控的目標(biāo)。

4.1 立模標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置

圖4 立模標(biāo)高測(cè)點(diǎn)位置圖

圖5 立模標(biāo)高橫橋向測(cè)點(diǎn)布置圖

立模標(biāo)高控制是為了控制橋梁線形，也是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)線形的重要保證。立模標(biāo)高測(cè)量采取6點(diǎn)控制。立模標(biāo)高的測(cè)量位置見(jiàn)圖4和圖5所示。

4.2 變形測(cè)點(diǎn)布置

每個(gè)主梁標(biāo)高監(jiān)測(cè)截面橫斷面采用7點(diǎn)控制，在每個(gè)主梁標(biāo)高監(jiān)測(cè)截面箱梁頂部埋設(shè)5個(gè)、底部埋設(shè)2個(gè)鋼筋樁。主梁標(biāo)高監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖6所示。

圖6 鋼筋頭埋設(shè)位置示意圖

埋設(shè)要求：鋼筋頭用Φ20以上鋼筋加工而成，一端打磨光滑后用紅油漆作標(biāo)記，與鋼筋網(wǎng)牢固焊接，并使鋼筋頭露出混凝土表面2cm。鋼筋頭埋設(shè)截面距離每一懸澆節(jié)段前端為10cm，0＃塊頂板中心也應(yīng)埋設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)。另外須單獨(dú)埋設(shè)一個(gè)標(biāo)高測(cè)量水準(zhǔn)點(diǎn)，在主梁施工期間后續(xù)節(jié)段的標(biāo)高測(cè)量皆從這個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)，并定期對(duì)該水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，確保該水準(zhǔn)點(diǎn)精度。

4.3 掛籃預(yù)壓試驗(yàn)

掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的目的有：驗(yàn)證掛籃的安全性，消除掛籃非彈性變形，獲得掛籃的彈性變形規(guī)律，為以后主梁節(jié)段施工時(shí)提供準(zhǔn)確的掛籃變形數(shù)據(jù)。

本橋掛籃預(yù)壓采用底籃前橫梁與底面通過(guò)鋼絞線相連，通過(guò)在前橫梁上利用千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力，將力反作用在底籃前橫梁上，來(lái)測(cè)試掛籃的承載能力和變形。

掛籃預(yù)壓加卸載主要分如下6個(gè)工況：①空載；②60%；③80%；④100%；⑤完全卸載后。沉降觀測(cè)點(diǎn)共11個(gè)，分別為主縱梁上、中、下游點(diǎn)（2、4、6）、底籃前橫梁（1、3、5）、翼緣板（7、8）和前上橫梁（9、10、11），測(cè)點(diǎn)布置示意圖見(jiàn)圖7所示。

圖7 掛籃預(yù)壓試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4.4 主橋合龍段線形監(jiān)控結(jié)果

圖8 合龍段位置及合龍段測(cè)點(diǎn)布置圖

舉人壩大橋共有4個(gè)邊跨合龍段和2個(gè)中跨合龍段，合龍段的施工按邊跨合龍→中跨合龍的順序進(jìn)行。全橋合龍時(shí)間從2015年11月13日右幅邊跨合龍起，到2015年12月24日左幅中跨合龍止。合龍段位置及測(cè)點(diǎn)布置圖如圖8所示。合龍段的合龍合龍偏差結(jié)果（見(jiàn)表1）所示。

表1 合龍口合龍偏差結(jié)果表（單位：m）

從表1可以看出，全橋6個(gè)合龍段的合龍最大值偏差為1.9cm，小于2.0cm，合龍偏差滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

4.5 全橋合龍后的橋面線形擬合

全橋合龍后對(duì)橋面標(biāo)高進(jìn)行了通測(cè)，高程測(cè)點(diǎn)位置如圖9所示。

圖9 橋面高程測(cè)點(diǎn)位置示圖

全橋合龍后的實(shí)測(cè)橋梁頂面高程與控制高程吻合得較好，橋面線形平順。左、右幅橋面調(diào)平層最大厚度分別為13.5cm和11.3cm，調(diào)平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。左、右幅調(diào)平層平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設(shè)計(jì)厚度8.0cm基本一致。

5 應(yīng)力監(jiān)控

5.1 測(cè)點(diǎn)布置

圖10 主梁應(yīng)力傳感器布置示意圖

在主梁根部截面埋設(shè)應(yīng)力傳感器，傳感器根據(jù)施工實(shí)際工況埋置在主梁根部截面附近，具體位置為1號(hào)墩和2號(hào)墩0#節(jié)段和1#節(jié)段連接處。具體應(yīng)力傳感器的斷面埋設(shè)位置如圖10所示，控制截面?zhèn)鞲衅鞑贾檬疽鈭D見(jiàn)圖11所示。

圖11 控制截面?zhèn)鞲衅鞑贾檬疽鈭D

5.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）第7.2.8條，預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力應(yīng)符合以下規(guī)定：

壓應(yīng)力：

拉應(yīng)力：

1號(hào)墩和2號(hào)墩左、右幅主梁根部最大壓應(yīng)力值為 10.04MPa<24.85MPa， 最 大 拉 應(yīng) 力 為0.78MPa<1.92MPa。實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值較吻合，實(shí)測(cè)應(yīng)力數(shù)值大小對(duì)稱且變化規(guī)律基本上與理論計(jì)算應(yīng)力變化規(guī)律一致。最大拉、壓應(yīng)力均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，因此，應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)論

6.1 結(jié)果情況

連續(xù)剛構(gòu)施工監(jiān)控技術(shù)在連續(xù)剛構(gòu)橋梁的施工和成橋橋梁質(zhì)量控制等方面具有重要的作用，已成為大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過(guò)程中必不可少的工作。主要結(jié)果如下：

6.1.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

通過(guò)對(duì)舉人壩大橋建立有限元分析模型，進(jìn)行了施工過(guò)程模擬計(jì)算、承載能力極限狀態(tài)及正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果如下：

（1）施工階段計(jì)算結(jié)果表明：舉人壩大橋施工階段主梁變形及應(yīng)力滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

（2）運(yùn)營(yíng)階段計(jì)算結(jié)果表明：舉人壩大橋運(yùn)營(yíng)階段的承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下的正截面抗彎、斜截面抗剪、正截面抗裂、斜截面抗裂、法向正應(yīng)力及主壓應(yīng)力等指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

6.1.2 下部結(jié)構(gòu)監(jiān)控結(jié)果

（1）1號(hào)墩和2號(hào)墩承臺(tái)施工過(guò)程中水化熱監(jiān)測(cè)結(jié)果為：混凝土內(nèi)外最大溫差為24℃<25℃。承臺(tái)施工完成后未發(fā)現(xiàn)裂縫。承臺(tái)水化熱監(jiān)控滿足規(guī)范要求。

（2）在全橋施工過(guò)程中，1號(hào)墩和2號(hào)墩基礎(chǔ)最大沉降8mm。基礎(chǔ)沉降正常。

6.1.3 主梁線形監(jiān)控結(jié)果

（1）全橋箱梁底板實(shí)測(cè)立模標(biāo)高與監(jiān)控理論立模標(biāo)高最大偏差為2mm，滿足施工監(jiān)控要求。箱梁整體線形相當(dāng)平順。

（2）在節(jié)段施工過(guò)程中，主梁節(jié)段混凝土澆筑變形和縱向預(yù)應(yīng)力張拉變形與監(jiān)控計(jì)算預(yù)測(cè)值吻合較好（澆筑混凝土引起的偏差最大為2.0cm，預(yù)應(yīng)力張拉引起的偏差最大為1.5cm），偏差均在2cm以內(nèi)，滿足施工監(jiān)控要求。

（3）全橋左右兩幅共6個(gè)合龍口最大合龍偏差為1.9cm<2.0cm，滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）舉人壩大橋左、右幅調(diào)平層鋪裝層厚度最大分別為13.5cm和11.3cm，調(diào)平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設(shè)計(jì)8.0cm基本一致，橋面擬合線形平順。

6.1.4 主梁應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果

主梁懸臂施工過(guò)程中對(duì)各墩主梁關(guān)鍵截面的應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)控，實(shí)測(cè)應(yīng)力與計(jì)算值吻合較好。最大壓應(yīng)力為10.04MPa<24.85MPa，最大拉應(yīng)力為0.78MPa<1.92MPa，應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果滿足規(guī)范要求。

6.2 綜合結(jié)論

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控計(jì)算等手段，舉人壩大橋在施工過(guò)程中主墩承臺(tái)水化熱滿足規(guī)范要求、基礎(chǔ)沉降正常、主梁線形和應(yīng)力正常，處于安全可控狀態(tài)。合龍后主梁線形和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。整個(gè)結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中安全并最終達(dá)到設(shè)計(jì)成橋狀態(tài)。

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探析舉人壩大橋施工監(jiān)控技術(shù)

■周榮江

U445[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-326-4