賴小潭,毛興海

（贛州創(chuàng)新公路開發(fā)有限責(zé)任公司,江西 贛州 341000）

0 引言

案例連續(xù)梁高架橋懸臂澆注施工過程中，從加強(qiáng)預(yù)拱度仿真計算、現(xiàn)場高程監(jiān)測、立模標(biāo)高計算、高程監(jiān)控成果用于在建和連續(xù)施工梁段的高程檢測控制應(yīng)用等方面，加強(qiáng)施工過程中的高架橋懸臂澆注連續(xù)梁高程監(jiān)控，保證了設(shè)計標(biāo)高和線形的高質(zhì)量實現(xiàn)，較好完成了橋梁建設(shè)任務(wù)。該文基于工程實踐，系統(tǒng)介紹該高架橋連續(xù)梁懸臂澆注施工的高程監(jiān)控技術(shù)，為同類工程應(yīng)用提供研究和監(jiān)控技術(shù)參考。

1 工程概況

案例是一座交叉跨越公路的高速公路高架橋，混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場懸臂澆注法施工建造?？傞L808 m，橋?qū)?9 m，跨線交角90°，雙框架設(shè)計。

一級公路路橋和城市主干道級別標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計車速60 km/h；抗御地震烈度7度，加速度峰值0.15 g；設(shè)計年限100年。

上部結(jié)構(gòu)為變斷面混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱體梁，引橋為安裝式混凝土預(yù)應(yīng)力簡易箱體梁；下部結(jié)構(gòu)為長方體柱式墩；引橋采取鉆孔注灌樁基礎(chǔ)；橋臺采取鉆孔灌注樁基礎(chǔ)的鋼筋混凝土U形橋臺，橋臺側(cè)壁與路基擋土墻連接。

主橋為變斷面連續(xù)箱體梁，40 m+60 m+40 m跨越，采用混凝土C55強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場懸臂澆注法施工。底板13.49 m寬，頂板19.50 m寬，支座區(qū)域梁高為3.70 m，跨中梁高為2.00 m，支座區(qū)域底板厚0.70 m，跨中底板厚0.3 m。梁的高度和底板的厚度都以2次拋物線方式漸變[1]。

2 連續(xù)梁橋高程施工監(jiān)控的必要性

連續(xù)梁橋采用懸臂澆注法施工時，基本工序通常為：裝配吊籃、扎綁鋼筋、混凝土筑澆、預(yù)應(yīng)力鋼梁張拉、待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后前移吊籃。在整個懸臂澆注施工中，僅0#塊與墩間存在固結(jié)支承，其余橋段將以懸臂狀態(tài)臨時存在，直到整個合攏段完成合攏施工。

因各梁段自重不同，各施工階段吊籃所承受的載荷也不盡相同，伴隨吊籃的施工推進(jìn)，吊籃額外載荷所引發(fā)的梁段形變量也不盡相同。梁段混凝土筑澆后，化學(xué)反應(yīng)、結(jié)構(gòu)體體內(nèi)水分比變化以及溫度變化等會導(dǎo)致混凝土體發(fā)生收縮徐變。不同梁段工期不同，混凝土收縮率亦會有所差異。不同的收縮和徐變，會引起梁體不同的撓度反應(yīng)狀態(tài)。

總之，混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂澆注法施工，其梁體標(biāo)高受到梁體、混凝土、吊籃、預(yù)應(yīng)力張拉、結(jié)構(gòu)收縮徐變等載荷因素影響，不可避免地會引起梁標(biāo)高和線形的偏離應(yīng)變，如果不能采用合理的施工監(jiān)控和調(diào)節(jié)方法，過量偏差會導(dǎo)致連續(xù)梁線形偏差或結(jié)構(gòu)狀態(tài)不符合設(shè)計要求。所以在連續(xù)梁橋懸臂澆注法施工中實時進(jìn)行標(biāo)高檢測，將標(biāo)高誤差控制在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，是連續(xù)梁橋懸臂澆注施工順利的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。

3 連續(xù)梁橋高程施工監(jiān)控的主要技術(shù)內(nèi)容

連續(xù)梁橋懸臂澆注法施工過程中，高程監(jiān)控的主要技術(shù)內(nèi)容包括：

（1）高程理論值前期有限元模擬計算。Midascivil是一款實用性強(qiáng)、操作簡單的工程有限模擬技術(shù)工具，借助該工具，通過合理選擇數(shù)理模擬單元，搭建合理模擬節(jié)點(diǎn)，恰當(dāng)給予邊界約束和載荷分布條件，可以對施工中橋梁各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行模擬計算，計算成果可為橋梁施工監(jiān)控提供數(shù)據(jù)參照，讓施工監(jiān)控模擬化、數(shù)據(jù)化、科學(xué)化，使施工監(jiān)控更適用，更有工程指導(dǎo)性。

Midascivil模擬計算過程為，選擇模型和材料特性—建立模擬單元和節(jié)點(diǎn)—給定邊界控制條件一輸入控制參數(shù)—給定目標(biāo)作業(yè)階段—運(yùn)行計算分析—獲得和導(dǎo)出計算結(jié)果—用于施工監(jiān)控[2]。

借助Midascivil模擬計算分析，可以獲得結(jié)構(gòu)理論位移值，通過系統(tǒng)自動反向計算，獲得位移值作為預(yù)拱度施工參考值，此是應(yīng)用Midascivil工具開展橋梁結(jié)構(gòu)有限元分析計算的一大功能優(yōu)勢。在橋梁標(biāo)高和線形監(jiān)測上，獲得預(yù)拱度是重要的數(shù)據(jù)。預(yù)拱度直接決定模板標(biāo)高的設(shè)置和橋梁線形的合理性。要計算獲得預(yù)拱度，就要模擬計算分析各個施工階段結(jié)構(gòu)目標(biāo)位移值。

（2）設(shè)計配置測量點(diǎn)，開展施工過程中的梁段標(biāo)高適時測量。

（3）立模標(biāo)高預(yù)測算。前進(jìn)分析法是根據(jù)既定的連續(xù)梁橋施工方案和作業(yè)順序，分析得出各梁段截面高程、位移以及應(yīng)力狀態(tài)的計算方法。因為該方法可以較好模擬橋梁施工過程，比較準(zhǔn)確地計算出各個施工段的梁段截面高程、位移以及應(yīng)力狀態(tài)，為連續(xù)梁橋提供施工控制依據(jù)，因此連續(xù)梁橋施工監(jiān)控經(jīng)常應(yīng)用該技術(shù)。高架橋梁段立模標(biāo)高控制計算公式：

式中，Hsj——橋梁掛籃底板的高程設(shè)計值；Hlm——橋梁掛籃底板高程理論值；Hygd——經(jīng)有限元模擬計算獲得的預(yù)拱度理論值；H(sg)lm——作業(yè)過程中橋梁掛籃底板的實際高程值；Hgl——經(jīng)試驗獲得的橋梁掛籃底板形變理論值；Hwcx——實測高程值與設(shè)計理論值的誤差修正值[3]。

連續(xù)梁橋施工過程中，需要考慮溫度變化、混凝土收縮徐變等影響，需要動態(tài)把握分析各作業(yè)段的實測高程與理論高程間的誤差狀態(tài)，以保證合理有效地提供施工高程監(jiān)控。對作業(yè)過程中梁底板立模標(biāo)高的控制過程如下：

1）梁底板立模初始標(biāo)高H(sg)lm按照公式Hlm給予計算。

2）一個梁段完成施工后，通過監(jiān)控測量獲得實際高程Hs值。

3）對比分析高程實測Hs值與理論Hl值。允許誤差范圍：

則連續(xù)施工梁段梁底板立模標(biāo)高無須任何糾正，可以繼續(xù)施工。

如果超出了允許誤差范圍：

則連續(xù)施工梁段梁底板立模標(biāo)高須及時給予糾正。將誤差修正值Hwcxz應(yīng)用至連續(xù)施工梁段梁底板立模標(biāo)高控制中，即：

（4）對比分析，給出梁段立模標(biāo)高控制數(shù)據(jù)或施工控制建議。綜合上述計算、測量成果，根據(jù)施工中相關(guān)梁段的理論高程值、實際測量值，調(diào)整正在進(jìn)行的工程操作。在此基礎(chǔ)上通過公式計算，獲得連續(xù)梁段立模標(biāo)高調(diào)整參考值，應(yīng)用于連續(xù)梁段的立模標(biāo)高工程控制[4]。

4 連續(xù)梁高架橋施工高程監(jiān)控的實施

4.1 預(yù)拱度仿真計算

基于工程有限元計算工具M(jìn)idascivil系統(tǒng)，在連續(xù)梁高架橋正式施工前開展預(yù)拱度模擬計算，為施工中的梁高程施工控制提供參考數(shù)據(jù)[5]。

4.1.1 模擬計算主要技術(shù)參數(shù)

混凝土材料和預(yù)應(yīng)力鋼束模擬計算主要技術(shù)參數(shù)（如表1、表2）。

表1 混凝土材料參數(shù)

表2 預(yù)應(yīng)力鋼束的料材料參數(shù)

4.1.2 單元、節(jié)點(diǎn)及邊界定義

橋梁結(jié)構(gòu)每幅劃分50個單元，總計存在59個節(jié)點(diǎn)。邊界條件配置見表3所示。

表3 邊界條件配置

通過模擬計算，獲得了案例高架橋各梁段的預(yù)拱度模擬計算值，通過系統(tǒng)自動反向計算，獲得了預(yù)拱度施工控制參考值。

4.2 現(xiàn)場高程施工監(jiān)測

案例高架橋各梁段各測量截面，均設(shè)計配置5個測量點(diǎn)，其中設(shè)置在底板2個，頂板3個，各梁段施工中和施工結(jié)束后，均要監(jiān)測梁段的標(biāo)高狀態(tài)。

4.3 前進(jìn)分析法計算立模標(biāo)高

考慮到施工過程中混凝土溫度、徐變收縮等因素的影響，采用前進(jìn)分析法開展標(biāo)高監(jiān)測控制過程中，修正誤差按如下原則進(jìn)行。

案例高架橋施工標(biāo)高監(jiān)控過程中，對左幅12#、13#墩，右幅12#、13#墩監(jiān)控，獲得梁底板標(biāo)高具體監(jiān)測數(shù)據(jù)、誤差與修正值，其中左幅12#梁底板標(biāo)高的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4所示。

表4 左幅12#梁底板標(biāo)高的監(jiān)測數(shù)據(jù)

案例高架橋合攏工序，遵循先邊跨、后中跨順序進(jìn)行，結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，在合攏段施工操作過程中即得以完成。中跨完成合攏后，按照施工監(jiān)控方案的要求，對整橋開展了綜合測試。其中合攏后左幅底板高程檢測結(jié)果如表5所示。

表5 合攏后左幅底板高程檢測結(jié)果

4.4 案例高架橋高程監(jiān)控成果分析

（1）案例高程檢測數(shù)據(jù)表明，在施工監(jiān)測過程中，因正向分析法計算，高程理論值的誤差得到了補(bǔ)償。在高程檢測數(shù)據(jù)中，誤差均控制在允許標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，不存在誤差太大等異常工況。結(jié)合誤差值的變化可知，當(dāng)高度誤差值太大時，連續(xù)施工段的高程誤差會被控制在一定范圍內(nèi)。因此，采用正向分析法，修正控制高程誤差，對橋梁線形控制非常有效。

（2）從標(biāo)高監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，案例高架橋的6個合攏斷面中，最大合攏斷面的標(biāo)高誤差僅7 mm，表示合攏標(biāo)高控制完美，符合合攏標(biāo)高精度控制要求。

（3）設(shè)計標(biāo)高與實際測量標(biāo)高值比較可以看出，案例高架橋合攏后，實測標(biāo)高幾乎完美接近設(shè)計標(biāo)高，符合合攏標(biāo)高質(zhì)量要求。合攏后的橋梁線形與設(shè)計一致，保證了案例高架橋成橋后的線形合理和美觀。

5 結(jié)語

開展了連續(xù)梁高架橋懸臂澆注施工高程監(jiān)控技術(shù)研究，主要包括：

（1）分析了連續(xù)梁橋高程施工監(jiān)控的必要性。梁體標(biāo)高受到梁體、混凝土、吊籃、預(yù)應(yīng)力張拉、結(jié)構(gòu)收縮徐變等載荷因素影響，不可避免地引起梁標(biāo)高和線形的偏離應(yīng)變；實時進(jìn)行標(biāo)高檢測，將標(biāo)高誤差控制在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，是連續(xù)梁橋懸臂澆注施工成敗的至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

（2）闡述了連續(xù)梁橋高程施工監(jiān)控的主要技術(shù)內(nèi)容。包括高程理論值前期有限元模擬計算、設(shè)計配置測量點(diǎn)現(xiàn)場實時測量、前進(jìn)分析法立模標(biāo)高預(yù)測算、實測數(shù)據(jù)與理論值對比分析、給出梁段立模標(biāo)高控制數(shù)據(jù)或施工控制建議等。

（3）介紹了案例連續(xù)梁高架橋施工過程的高程監(jiān)控操作，開展了案例高架橋高程監(jiān)控成果分析。