成忠華

(中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司，武漢 430034)

目前連續(xù)梁的施工大多數(shù)是采用懸臂施工，這種施工工藝相對(duì)復(fù)雜，由于連續(xù)梁相鄰節(jié)段是用預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土連接的，所以各個(gè)節(jié)段之間互相影響，各個(gè)階段的偏差會(huì)累積起來，如果不采取監(jiān)控措施消除這種偏差，將會(huì)造成最后合攏精度無法保證，橋梁施工監(jiān)控就是要在施工中控制好當(dāng)前階段偏差，預(yù)估下一階段偏差，逐步控制全部階段偏差，避免施工偏差形成累積，盡可能減少調(diào)整，縮短工期，為工程項(xiàng)目節(jié)省投入。由此可見，對(duì)于連續(xù)梁而已，進(jìn)行施工監(jiān)控是不可或缺的。

1 工程概況

某大跨度連續(xù)梁橋于40～43號(hào)橋墩處以（48+80+48）m連續(xù)梁跨越某快速路，主墩為41#、42#橋墩。

橋梁全長為177.5m，跨度為(48+80+48)m,中支點(diǎn)截面中心梁高6.2m，跨中截面中心梁高3.6m，邊跨7.75m直線段截面中心梁高為3.6m，梁底按圓曲線變化曲線半徑R=271.733m，邊支座中心線支梁端0.75m，邊支座橫橋向中心距3.2m，中支座橫橋向中心距3.5m。梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬7.6m，底寬4.5m，頂板厚 0.35m，支點(diǎn)加厚至 0.65m；腹板厚分別為0.4m～0.6m～0.8m，按折線變化；底板厚0.35m～0.7m，按曲線變化，支點(diǎn)處按折線變化到0.65～1.4m。底板設(shè)30cm×30cm梗脅，頂板設(shè)30cm×90cm梗脅。中支點(diǎn)橫隔板厚2.0m，端支點(diǎn)橫隔板厚1.3m，中跨中橫隔板厚0.5m。箱梁在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)底板設(shè)置0.8m×0.7m進(jìn)人洞。

圖1 連續(xù)梁橋立面布置圖（單位：cm）

2 施工前仿真計(jì)算

2.1 橋梁設(shè)計(jì)概況

本橋?yàn)椋?8+80+48）m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁鐵路橋（見圖1）。主梁為單箱單室結(jié)構(gòu)，梁寬7.6 m，橋梁采用掛籃懸臂灌注法施工。采用Midas/Civil軟件的連續(xù)梁懸臂施工階段仿真模擬。

設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

鐵路等級(jí)：Ⅰ級(jí)

正線數(shù)目：?jiǎn)尉€

速度目標(biāo)值：120km/h

軌道結(jié)構(gòu)：有碴軌道

2.2 設(shè)計(jì)荷載

（1）恒載

結(jié)構(gòu)自重：按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》TB10002.1-2005）計(jì)算；

二期恒載：橋面二期恒載按110kN/m,包括鋼軌、扣件、枕木、擋砟墻、聲屏障等線路設(shè)備重。

（2）設(shè)計(jì)活載：ZH活載（Z=1.2）。

（3）附加力

風(fēng)力：《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》TB10002.1-2005）（不考慮風(fēng)力）；

溫度荷載：《鐵路橋涵鋼筋礙土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.3-2005）；

溫度力：《鐵路橋涵鋼筋礙土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.3-2005）附錄 B。

（4）施工荷載

施工掛籃、機(jī)具、人群等按500kN計(jì)。

2.3 有限元仿真模型

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立的平面桿系模型，如下圖所示，模型共包括99個(gè)節(jié)點(diǎn)，96個(gè)梁?jiǎn)卧?，其中主?2個(gè)梁?jiǎn)卧瑯蚨?4個(gè)梁?jiǎn)卧?。邊界條件：墩梁固結(jié)采用彈性連接中的剛性連接，墩底采用固結(jié)連接；考慮了懸臂澆筑的施工全過程，計(jì)算工況共有49個(gè)，其中懸臂掛籃施工梁段按照掛籃行走、混凝土澆筑、梁?jiǎn)卧伞埨A(yù)應(yīng)力的過程循環(huán)模擬施工，計(jì)算模型如下圖2所示

圖2 MIDAS/Civil連續(xù)梁橋計(jì)算模型

計(jì)算分析方法采用先通過對(duì)成橋倒拆，以獲取各施工節(jié)段結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形等，即所謂“倒拆計(jì)算法”；然后根據(jù)“倒拆法”獲得的各施工階段內(nèi)力、線形，按照施工順序及相應(yīng)工況，再按施工順序進(jìn)行正裝計(jì)算。

整個(gè)計(jì)算步驟按主橋施工順序進(jìn)行階段劃分，因?yàn)榘凑盏共鹚@得的橋面線形等數(shù)據(jù)，進(jìn)行正裝計(jì)算分析所實(shí)現(xiàn)成橋內(nèi)力，與原成橋目標(biāo)值存在一定差異，因而在正裝計(jì)算階段需進(jìn)行多次迭代修正，獲得每個(gè)安裝階段的控制高程，作為該階段監(jiān)控計(jì)算所需要確定的目標(biāo)，逐步逼近或最終達(dá)到理想的符合設(shè)計(jì)要求的成橋內(nèi)力及線形。

3 線型控制

3.1 立模標(biāo)高的確定

模擬施工過程計(jì)算，求得各階段累計(jì)位移，就可以確定立模預(yù)拱度，從而可求得立模標(biāo)高，立模標(biāo)高確定后，主梁線形也隨之確定。所以立模標(biāo)高是決定連續(xù)梁成橋線形最重要的因素。

如果某一節(jié)段前端的設(shè)計(jì)標(biāo)高為H，成橋預(yù)拱度為Y1，主梁施工過程中此點(diǎn)的變形為Y2，立模標(biāo)高修正值為H修，則此點(diǎn)的立模標(biāo)高H立模為:

H立模=H＋Y1一Y2＋H修

其中：成橋預(yù)拱度Y1包括成橋后徐變產(chǎn)生的位移和活載預(yù)拱度兩部分；

由于篇幅有限，以本橋41#墩上的主梁為例，預(yù)拱度設(shè)置如下：

圖3 預(yù)拱度設(shè)置（41#墩大里程）

3.2 線型測(cè)試控制流程

線型控制是對(duì)整個(gè)施工過程的控制,需要對(duì)每一個(gè)施工階段進(jìn)行線型控制,以避免各個(gè)階段偏差的發(fā)生積累,保證線型最終符合設(shè)計(jì)要求。

(1)在掛籃前移后，主梁節(jié)段立模標(biāo)高的測(cè)量（按設(shè)置預(yù)拱度的立模標(biāo)高進(jìn)行主梁底模定位、測(cè)量和校核）：

嚴(yán)格按照預(yù)拱度進(jìn)行施工放樣，同時(shí)進(jìn)行測(cè)量和核對(duì)。

(2)每個(gè)節(jié)段混凝土澆注前后掛籃變形情況的測(cè)量：

以便掌握掛籃變形的規(guī)律（避免掛籃試驗(yàn)數(shù)據(jù)可能有誤而導(dǎo)致監(jiān)控誤差超出監(jiān)控范圍），為下一節(jié)段主梁立模標(biāo)高的預(yù)拱度設(shè)置中關(guān)于掛籃變形部分提供依據(jù)。

(3)混凝土澆注前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后、掛籃行走前后主梁撓度的測(cè)量。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，并與理論計(jì)算分析進(jìn)行比較，為下一節(jié)段主梁立模標(biāo)高的預(yù)拱度設(shè)置中是否進(jìn)行調(diào)整提供理論依據(jù)。

(4)異常情況的測(cè)量：比如出現(xiàn)掛籃迅速變形情況的測(cè)量：

該現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，而后進(jìn)行監(jiān)控理論分析。根據(jù)理論分析結(jié)果再進(jìn)行下一節(jié)段立模標(biāo)高的調(diào)整。

這一情況最好不要發(fā)生。為了避免該情況，在模板定位后和混凝土澆注前應(yīng)對(duì)掛籃所有吊桿進(jìn)行檢查，監(jiān)有松動(dòng)的立即擰緊，確保不發(fā)生這一異常情況。

(5)結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換階段（即托架拆除、邊跨現(xiàn)澆段支架拆除、邊跨合龍、中跨合龍等）主梁變形情況的測(cè)量：

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，并與理論計(jì)算分析進(jìn)行比較。

(6)每個(gè)節(jié)段施工主梁軸線定位測(cè)量：

進(jìn)行施工放樣，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量無誤后方可進(jìn)行模板定位。

3.3 測(cè)點(diǎn)布置

當(dāng)澆筑完成兩主橋墩（41#和42#橋墩）的0#塊混凝土?xí)r，在0#號(hào)塊墩頂腹板處的頂板位置用鋼筋頭布置測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)。鋼筋端頭磨平并焊接錨固在主鋼筋上，使其露出混凝土表面10cm左右。鋼筋頭周圍用紅色油漆做出明顯標(biāo)記。施隊(duì)在施工過程中需特別注意對(duì)該基準(zhǔn)點(diǎn)加以保護(hù)，防止施工機(jī)具運(yùn)行時(shí)或托運(yùn)材料時(shí)將基準(zhǔn)點(diǎn)破壞?；鶞?zhǔn)點(diǎn)布置如圖3所示，將高程控制點(diǎn)引到這些基準(zhǔn)點(diǎn)上來作為懸臂施工各梁段高程測(cè)量的控制點(diǎn)。

圖4 0#塊基準(zhǔn)點(diǎn)布置圖(“·”測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)位置)

主梁其他節(jié)段開始澆筑前，在主梁腹板距梁端10cm的位置布置撓度測(cè)點(diǎn)。每一節(jié)段主梁梁頂設(shè)立2個(gè)（底板永久測(cè)點(diǎn)）+3個(gè)（立內(nèi)側(cè)模板時(shí)的臨時(shí)測(cè)點(diǎn)），共5個(gè)撓度觀測(cè)點(diǎn)，均距梁端10cm，如圖2所示。其中2個(gè)底板永久測(cè)點(diǎn)亦可作為軸線線形觀測(cè)點(diǎn)，但必須要求其埋設(shè)位置準(zhǔn)確并在其鋼筋頭頂面刻上十字絲。預(yù)埋鋼筋焊接在主鋼筋中并用紅漆標(biāo)明并編號(hào)。

圖5 主梁變形及標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置圖（尺寸單位：cm）

3.4 軸線定位測(cè)點(diǎn)布置

當(dāng)如圖4所示的基準(zhǔn)點(diǎn)布置好以后，利用全站儀將控制網(wǎng)的坐標(biāo)系引到主墩41#和42#墩的0#塊基準(zhǔn)點(diǎn)上來。作為懸臂施工各梁段軸線定位的控制點(diǎn)。

掛籃定位前，在每一節(jié)段主梁兩側(cè)翼緣端部各設(shè)1個(gè)（立翼緣模板時(shí)的臨時(shí)測(cè)點(diǎn)），在翼緣模板上用油漆標(biāo)注。如圖3所示，距梁端10cm的位置。如果如圖5所示的2個(gè)底板永久測(cè)點(diǎn)的鋼筋位置埋設(shè)準(zhǔn)確并在鋼筋綁扎完以后進(jìn)行模板定位方可以采用鋼筋頭作為主梁軸線定位測(cè)點(diǎn)。如果先進(jìn)行模板定位，再綁扎鋼筋則采用圖6所示的

圖6 主梁軸線定位測(cè)點(diǎn)布置圖（尺寸單位：cm）

3.5 測(cè)量方法及注意事項(xiàng)

(1)橋梁軸線定位采用全站儀進(jìn)行測(cè)量，主梁撓度及每節(jié)段立模標(biāo)高采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。

(2)在測(cè)量過程中，鑒于日照溫差的復(fù)雜性，為了盡量減少日照溫差效應(yīng)對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響，測(cè)量時(shí)間宜安排在溫度較平穩(wěn)階段（如在早晨太陽出來之前）。測(cè)量時(shí)，加快測(cè)讀速度，盡量縮短測(cè)量時(shí)間。

(3)在測(cè)量過程中，應(yīng)停止引起橋上荷載變化的施工，避免施工臨時(shí)荷載對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。同時(shí)，為了確保整個(gè)監(jiān)控線形，橋上臨時(shí)荷載的堆放應(yīng)盡量對(duì)稱，懸臂兩側(cè)臨時(shí)荷載偏差控制在5噸以內(nèi)為宜。

(4)當(dāng)施工到主跨的3/4前后時(shí)，選擇氣溫變化比較大的時(shí)候?qū)χ髁簶?biāo)高進(jìn)行24小時(shí)溫度影響觀測(cè)。從早上6：00至次日早晨6：00每2小時(shí)對(duì)主梁已澆筑梁段的標(biāo)高進(jìn)行一次觀測(cè)（同時(shí)記錄大氣溫度和箱梁溫度）。

圖7 線形控制基本流程圖

3.6 自校正預(yù)測(cè)控制法在本橋中的應(yīng)用

在實(shí)際施工中，每一個(gè)階段完成后，可以對(duì)橋梁的實(shí)際信息進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果又可以反饋給預(yù)測(cè)控制。通過反饋得到的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，在排除儀器誤差、測(cè)試原理等非結(jié)構(gòu)因素引起的誤差以外，就可以判斷實(shí)際施工的誤差狀態(tài)，然后重新調(diào)整計(jì)算，力爭(zhēng)在下個(gè)階段中減小或消除誤差。實(shí)際的施工控制就是重復(fù)預(yù)測(cè)反饋調(diào)整后預(yù)測(cè)過程中，最終保證橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)。自校正調(diào)節(jié)法控制流程見圖8。

圖8 自校正調(diào)節(jié)法控制流程圖

3.7 線形監(jiān)控成果分析

線型監(jiān)控的目標(biāo)是使得實(shí)際值無限接近理論設(shè)計(jì)值，得到成橋?qū)嶋H線形測(cè)量結(jié)果如表1、圖9所示。

表1 成橋后41#墩大里程梁頂混凝土面線形測(cè)量結(jié)果（單位：m）

圖9 41#墩大里程梁頂混凝土面成橋線形與設(shè)計(jì)線形對(duì)比圖

線型測(cè)量結(jié)果表1表明，成橋狀態(tài)下，橋梁實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形偏差都在允許范圍內(nèi)，偏差范圍在-18～12mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求的允許偏差-20～+20mm；圖9表明成橋線形總體平順，且與設(shè)計(jì)線形十分接近，說明線形監(jiān)控取得了較好的效果。

4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

4.1 應(yīng)力監(jiān)測(cè)元件及測(cè)試原理

影響結(jié)構(gòu)應(yīng)力測(cè)試的因素很復(fù)雜，除荷載作用引起的彈性應(yīng)力應(yīng)變外，還與收縮、徐變、溫度等有關(guān)。目前國內(nèi)外混凝土內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試一般通過應(yīng)變測(cè)量換算應(yīng)力值，即：

σ 彈 =E·ε彈

式中：σ彈—荷載作用下混凝土的應(yīng)力；

E—混凝土彈性模量；

ε彈—荷載作用下混凝土的彈性應(yīng)變。

應(yīng)力測(cè)試與主梁施工同時(shí)進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)條件差，使用時(shí)間長，因而要求測(cè)試元件必須具備長期穩(wěn)定性好、抗損傷性能、可靠性和耐久性好、埋設(shè)定位容易及對(duì)施工干擾小等性能。通過以前測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和對(duì)國內(nèi)元件及儀器綜合分析比較，本橋應(yīng)力測(cè)試采用鋼弦式應(yīng)變計(jì)，混凝土結(jié)構(gòu)采用MHY-150型埋入式。鋼弦式應(yīng)變計(jì)是利用傳感器。

式中：f─鋼弦自振頻率，Hz；

l─鋼弦長度，cm；

σ─鋼弦所受應(yīng)力，；

ρ─鋼弦材料密度；

實(shí)際使用中是將鋼弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，得到f～ε的關(guān)系曲線，根據(jù)實(shí)測(cè)的振動(dòng)頻率和標(biāo)定曲線即可求出應(yīng)變?chǔ)拧?yīng)變?chǔ)攀前渌冃斡绊懙目倯?yīng)變。即：

ε=ε彈性+ε溫度場(chǎng)+ε自身+ε溫差+ε收縮

=ε應(yīng)力+ε無應(yīng)力

其中ε應(yīng)力為在混凝土內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力的應(yīng)變，ε無應(yīng)力為與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)無關(guān)的無應(yīng)力應(yīng)變。

為了真實(shí)反映混凝土內(nèi)部的應(yīng)力水平，在埋設(shè)各鋼弦式應(yīng)力計(jì)的同時(shí)埋設(shè)補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)，利用補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)測(cè)得的應(yīng)變以便扣除混凝土的體積應(yīng)變?chǔ)艧o應(yīng)力

4.2 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置及應(yīng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

圖10 連續(xù)梁應(yīng)力測(cè)試截面布置圖

4.3 應(yīng)力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析

表2 連續(xù)梁成橋后關(guān)鍵截面應(yīng)力（單位：MPa）

圖11 成橋后實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力對(duì)比圖

從應(yīng)力測(cè)量結(jié)果（表 2、圖 10、11）來看，成橋后，全橋應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值最大偏差-3.02MPa（4-4截面T3測(cè)點(diǎn)）。混凝土上下緣最大壓應(yīng)力為-14.82MPa，小于規(guī)范中規(guī)定的C50最大壓應(yīng)力0.50f′ck＝32.4×0.50=-16.20Mpa 無拉應(yīng)力，該工況下結(jié)構(gòu)應(yīng)力處于安全狀況。

5 結(jié)論

通過對(duì)每個(gè)施工工況的密切監(jiān)測(cè)，施工監(jiān)控技術(shù)在（48+80+48）m連續(xù)梁橋取得了成功的應(yīng)用，取得了一下主要成果：

（1）通過跟蹤測(cè)量，在成橋狀態(tài)下，橋梁實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形偏差都在允許范圍內(nèi)，偏差范圍在-18～12mm以內(nèi)，符合規(guī)范要求的允許偏差-20～+20mm，合攏精度與成橋線形較好；

（2）通過應(yīng)力測(cè)試，全橋應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值最大偏差-3.02MPa（4-4截面T3測(cè)點(diǎn)）?；炷辽舷戮壸畲髩簯?yīng)力為-14.82MPa，小于規(guī)范中規(guī)定的 C50 最大壓應(yīng)力 0.50f′ck＝32.4×0.50=-16.20Mpa，無拉應(yīng)力，且應(yīng)力變化情況與施工進(jìn)度的變化規(guī)律基本一致，表明結(jié)構(gòu)處于良好工作狀態(tài)，應(yīng)力監(jiān)控狀況比較理想。

（3）通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的比較分析，表明了自校正預(yù)測(cè)控制法在連續(xù)梁施工監(jiān)控中的實(shí)用性。

總之，該（48+80+48）m連續(xù)梁橋合攏精度、成橋線形、應(yīng)力都與預(yù)期控制目標(biāo)與相關(guān)規(guī)范基本吻合，施工監(jiān)控取得了較好的效果，對(duì)同類型連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控具有指導(dǎo)意義。