■黃文飛

（尤溪縣交通建設(shè)發(fā)展中心， 尤溪 365100）

不管是城市橋梁，還是公路橋梁，在工程建設(shè)中橋梁往往扮演的都是主角， 地位都居于首位，其重要性不言而喻。 在建造大跨度橋梁時(shí)，若沒(méi)有一套完整的施工控制系統(tǒng)來(lái)保證施工組織的順利進(jìn)行，一個(gè)不起眼的工序偏差難以被發(fā)現(xiàn)，眾多的偏差疊加將直接影響施工質(zhì)量，甚至危害施工安全。大跨徑連續(xù)橋梁成橋過(guò)程中施工工序繁多，影響結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，施工工序未加以監(jiān)測(cè)控制，結(jié)構(gòu)參數(shù)未加以修正，將造成計(jì)算理論與實(shí)際成橋的偏差。故需對(duì)各梁段施工進(jìn)行監(jiān)控工作，才可保證橋梁結(jié)構(gòu)安全，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)線形。

針對(duì)大跨度懸澆箱梁橋一般通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力的監(jiān)測(cè)，經(jīng)“監(jiān)測(cè)-收集-糾偏-預(yù)測(cè)”四個(gè)環(huán)節(jié)，循環(huán)遞進(jìn)實(shí)現(xiàn)對(duì)大跨度懸澆梁橋的施工監(jiān)測(cè)控制，以確保成橋線形與結(jié)構(gòu)施工安全[1-2]，其施工控制技術(shù)一般采用預(yù)測(cè)控制法與自適應(yīng)控制法[3]。 目前國(guó)內(nèi)相應(yīng)的理論基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)測(cè)試手段已日趨成熟，有限元計(jì)算軟件也更加可靠，涌現(xiàn)了不少成功的控制案例[4-6]。 基于此，本文以一座跨徑為（65+110+65）m 的公路懸澆橋梁為背景工程， 采用預(yù)測(cè)控制法來(lái)開(kāi)展大跨度懸澆連續(xù)箱橋梁的施工控制技術(shù)分析， 其中理論計(jì)算采用正施工法與倒施工法進(jìn)行多次迭代形成理論值；參數(shù)分析采用最小二乘法來(lái)保證控制成果[7]，以期為大跨度懸澆連續(xù)箱橋梁的施工控制技術(shù)提供可靠的實(shí)際成果與借鑒。

1 工程概況

橋型布置形式為（65+110+65）m 的變截面連續(xù)箱梁，橋臺(tái)形式采用板凳臺(tái)、肋式臺(tái)，橋墩形式采用箱型墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，橋梁結(jié)構(gòu)立面如圖1所示。 支點(diǎn)處斷面梁高6.8 m，主跨合攏及邊跨合攏處斷面梁高2.8 m， 其高跨比分別為1∶16.18 和1∶39.29。 采用2 次拋物梁線的底板曲線。 箱梁橫截面為單箱單室直腹板，箱梁頂板寬度為12.0 m，底寬為6.0 m，箱梁底板保持水平，通過(guò)兩腹板的高差，實(shí)現(xiàn)頂板單向橫坡， 箱梁梁體兩翼板懸臂長(zhǎng)度為3.0 m。

圖1 橋梁結(jié)構(gòu)立面圖

2 施工監(jiān)控仿真計(jì)算

采用橋梁專(zhuān)用有限元軟件橋梁博士對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)建立離散模型， 共劃分了78 個(gè)單元，79 個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算幾何模型如圖2 所示。 由仿真計(jì)算得到各施工階段的變位預(yù)計(jì)值，并經(jīng)過(guò)正倒裝閉合計(jì)算，校核施工過(guò)程實(shí)際位移，以正倒裝閉合計(jì)算結(jié)果作為施工監(jiān)控理論值，用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工高程，最后再由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際位移得出理論值與實(shí)際值的偏差。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

計(jì)算模型不考慮下部結(jié)構(gòu)的作用，臨時(shí)支撐和永久支座可模擬為一般彈性連接。 主梁頂部中心節(jié)點(diǎn)和支座頂部節(jié)點(diǎn)用剛性連接模型， 邊跨支架、支座底部用一般支承固結(jié)。 預(yù)應(yīng)力齒塊重量以節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)入，模型中不考慮橫坡與縱坡的影響。 考慮的施工荷載有自重、掛籃荷載、濕重、預(yù)應(yīng)力和二期荷載橋面鋪裝。 整體升溫、整體降溫、正負(fù)溫梯（梁?jiǎn)卧獪囟群奢d）等在建模時(shí)均已考慮。 混凝土收縮徐變均按成橋后1500 d 計(jì)入。 掛籃荷載按式（1）考慮：

式（1）中L 為施工塊段長(zhǎng)，順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。

每個(gè)節(jié)段i 施工開(kāi)始至完成，一般分為以下4個(gè)工況（圖3），全橋共計(jì)61 個(gè)施工工況。

圖3 梁段施工工況

3 施工監(jiān)控參數(shù)誤差分析與修正

通過(guò)施工監(jiān)控“監(jiān)測(cè)-收集-糾偏-預(yù)測(cè)”四個(gè)環(huán)節(jié)，測(cè)出施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值，運(yùn)用參數(shù)敏感性分析方法，找出敏感性較大的主要參數(shù)并在施工監(jiān)控中對(duì)該類(lèi)參數(shù)進(jìn)行必要修正，使得理論計(jì)算值與實(shí)際測(cè)量值相符合，不斷地對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行修正，并以此推測(cè)出下一節(jié)段的理論值。 通過(guò)事前預(yù)測(cè)、事中控制以及事后修正， 進(jìn)行橋梁的施工全過(guò)程監(jiān)控[8]。（1）掛籃和支架剛度對(duì)監(jiān)控標(biāo)高的影響：在主梁澆筑施工前，需對(duì)掛籃和支架進(jìn)行堆載預(yù)壓，以消除其非彈性沉降、變形，得到支架的彈性變形值，用于修正主梁標(biāo)高。 （2）梁節(jié)段混凝土澆筑誤差對(duì)橋梁的影響：經(jīng)有限元模型分析，當(dāng)混凝土自重相差6%時(shí)，合龍段標(biāo)高相差20 mm，偏差較大。 故節(jié)段澆筑時(shí)，需現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土容重r 與節(jié)段所用混凝土量，用于修正計(jì)算模型。 （3）墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降對(duì)結(jié)構(gòu)的影響：墩臺(tái)基礎(chǔ)沉降對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響極大，為修正其影響，布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)在每個(gè)墩臺(tái)上。 一般布設(shè)在墩、臺(tái)或承臺(tái)四角處，如圖4 所示。 （4）預(yù)應(yīng)力誤差的影響：預(yù)應(yīng)力鋼束的實(shí)際張拉力與混凝土張拉齡期對(duì)主梁的高程與應(yīng)力影響極大，應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙要求施工，現(xiàn)場(chǎng)做好記錄。 監(jiān)控應(yīng)以實(shí)際記錄為準(zhǔn)調(diào)整計(jì)算模型與修正預(yù)應(yīng)力數(shù)據(jù)。 （5）溫度的影響：溫度對(duì)主梁撓度與應(yīng)力的影響極大，溫度影響包括日溫度影響和年溫度影響，年溫度作用下主梁的撓度增減是均勻的。 日溫度影響較為不一，為減少日照溫差影響，施工測(cè)量應(yīng)在氣溫較低的夜間進(jìn)行測(cè)量。 如無(wú)法在氣溫較低時(shí)測(cè)量，則應(yīng)在節(jié)段截面布置溫度觀測(cè)點(diǎn)， 以獲得溫度對(duì)主梁的影響規(guī)律，可按圖5 所示布置溫度測(cè)點(diǎn)。

圖4 基礎(chǔ)沉降觀測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 主梁溫度測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4 施工監(jiān)控技術(shù)實(shí)施

4.1 線型與應(yīng)力監(jiān)測(cè)

4.1.1 線型監(jiān)測(cè)

在混凝土澆筑前，在各節(jié)段端部頂板設(shè)置5 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，底板設(shè)置3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)主要用于高程與坐標(biāo)的觀測(cè)。 箱梁頂板5 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)用直徑16 cm 的鋼筋預(yù)埋于端頭15 cm 處， 露出混凝土面2 cm，同時(shí)對(duì)端頭進(jìn)行打磨；底板上設(shè)立3 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)梁段底板。 節(jié)段混凝土澆注前后、張拉前后頂板5 個(gè)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高均需測(cè)量[8]。 測(cè)點(diǎn)布置如圖6 所示。

圖6 標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4.1.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目橋梁正應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面共11 個(gè)截面。 為了監(jiān)測(cè)箱梁橫向應(yīng)力，在跨中截面布置了橫向應(yīng)力傳感器，可以滿(mǎn)足計(jì)算分析的需要，切實(shí)指導(dǎo)施工。應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面布置如圖7 所示。

圖7 橋梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置示意圖

4.2 主要施工階段線形監(jiān)測(cè)成果

表1 列出了主梁主要節(jié)段施工實(shí)測(cè)撓度與理論撓度的對(duì)比，中跨合龍段兩端計(jì)算高差為0.012 m，實(shí)測(cè)高差為0.020 m，合龍精度為0.008 m。 圖8 給出了橋梁施工各節(jié)塊底板標(biāo)高比較圖，由圖可知施工過(guò)程中實(shí)測(cè)高程與理論預(yù)計(jì)高程的差值不大，偏差值基本控制在2 cm 的范圍內(nèi)， 也達(dá)到施工控制的預(yù)期目標(biāo)。

表1 節(jié)塊主梁澆筑完畢后底板高程（單位：m）

圖8 橋梁施工各節(jié)塊底板標(biāo)高比較

4.3 應(yīng)力控制成果

隨著懸澆施工的不斷進(jìn)行，控制截面在合理預(yù)應(yīng)力作用下， 截面測(cè)點(diǎn)受力始終以壓應(yīng)力為主，個(gè)別階段個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)的拉應(yīng)力均較小。 在完成結(jié)構(gòu)合龍完成體系轉(zhuǎn)換后，應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)最大壓應(yīng)力（壓應(yīng)力22.7 MPa，拉應(yīng)力1.9 MPa）始終處于設(shè)計(jì)抗壓值以下。 可見(jiàn)通過(guò)施工過(guò)程的應(yīng)力監(jiān)測(cè)，實(shí)施施工控制技術(shù)，確保了結(jié)構(gòu)的安全性。

5 結(jié)論

（1）以監(jiān)測(cè)監(jiān)控結(jié)構(gòu)應(yīng)力及線形為主要任務(wù)，對(duì)施工控制方案進(jìn)行探討與分析，現(xiàn)場(chǎng)采集施工過(guò)程中各關(guān)鍵截面、關(guān)鍵點(diǎn)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，應(yīng)用現(xiàn)代施工控制理論，合理分析與處理誤差，正確地進(jìn)行參數(shù)分析，對(duì)后續(xù)階段提供合理預(yù)測(cè)；（2）中跨合龍段兩端計(jì)算高差為0.012 m， 實(shí)測(cè)高差為0.020 m，合龍精度為0.008 m。 實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控方案控制目標(biāo)，保證了結(jié)構(gòu)線形。 （3）成橋過(guò)程中各結(jié)構(gòu)安全可靠，控制截面應(yīng)力狀態(tài)變化趨勢(shì)與理論狀態(tài)接近，內(nèi)力狀態(tài)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。