中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
摘要: 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和交通事業(yè)的發(fā)展,在山嶺重丘區(qū)高速公路建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁以其跨越能力強(qiáng)、適用地形廣泛、無支架施工簡(jiǎn)便、受力合理、行車舒適等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工過程中,為了保證大橋的順利合龍及成橋線形滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)成橋內(nèi)力控制在設(shè)計(jì)容許范圍內(nèi),必須在橋梁施工過程中開展全過程施工監(jiān)控工作。本文結(jié)合某特大橋的施工監(jiān)控實(shí)踐，介紹了連續(xù)鋼構(gòu)橋梁施工監(jiān)控的步驟和指標(biāo)，并提出了監(jiān)控過程中需要注意的主要事項(xiàng)，以達(dá)到其預(yù)定目標(biāo)。其研究成果可為同類工程提供參考。
關(guān)鍵詞:連續(xù)鋼構(gòu)橋梁；橋梁施工；施工監(jiān)控技術(shù)
工況：
某大橋采用逐節(jié)段跟蹤控制的方法對(duì)上部結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)行了全過程監(jiān)控，通過對(duì)施工階段各節(jié)段撓度測(cè)點(diǎn)的測(cè)量分析，確定了每一階段的立模標(biāo)高，確保該橋合龍精度；通過對(duì)控制斷面測(cè)點(diǎn)處混凝土應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，確保該橋施工過程中結(jié)構(gòu)的安全。
一、施工控制的內(nèi)容與原則
1.監(jiān)控工作內(nèi)容
監(jiān)控工作主要包括結(jié)構(gòu)計(jì)算分析、撓度監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、立模標(biāo)高的確定。監(jiān)控的原則是：以箱梁底部線性控制為主、應(yīng)力監(jiān)測(cè)為輔，同時(shí)在施工過程中嚴(yán)格控制預(yù)應(yīng)力，確保預(yù)應(yīng)力施工的質(zhì)量。
2.監(jiān)控采用的計(jì)算軟件和測(cè)試儀
利用MIDAS/Civil和橋梁博士軟件建立全橋施工階段的仿真分析模型，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，確定兩套模型計(jì)算結(jié)果差距不大，表明模型參數(shù)選擇合理，計(jì)算分析正確合理，能夠較好地反映結(jié)構(gòu)實(shí)際情況。
在計(jì)算過程中，混凝土的彈性模量、混凝土的容重、鋼束的特性、掛籃的自重均根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)取值，其他的計(jì)算參數(shù)均按規(guī)范取值。在進(jìn)行撓度計(jì)算時(shí)，對(duì)梁段自重及鋼束張拉產(chǎn)生的撓度進(jìn)行了修正。撓度監(jiān)測(cè)工作由施工單位配合完成，分為3個(gè)工況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，即在混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、鋼束張拉后用精密水準(zhǔn)儀分別測(cè)量節(jié)段前方箱頂測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，通過數(shù)據(jù)分析，計(jì)算箱梁的實(shí)際變形值。為了準(zhǔn)確測(cè)量掛籃在各個(gè)節(jié)段施工時(shí)的變形值，在每對(duì)掛籃拼裝完成后，均進(jìn)行了預(yù)壓工作，通過分級(jí)加載卸載，消除了掛籃的塑性變形，得到了掛籃在各節(jié)段的變形值。
應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用的是埋入式鋼弦應(yīng)力計(jì)，根據(jù)工程的實(shí)際情況，在每工況結(jié)束后用綜合測(cè)試儀對(duì)測(cè)點(diǎn)混凝土“表觀應(yīng)變”進(jìn)行測(cè)量，分析后確定結(jié)構(gòu)是否正常，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)的應(yīng)變不超過材料允許值，從而保證施工過程中結(jié)構(gòu)的安全。
3.監(jiān)控的核心
立模標(biāo)高是監(jiān)控的核心，通過前期的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，可以確定各節(jié)段在各工況下?lián)隙鹊念A(yù)計(jì)值。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，采集施工節(jié)段在各相應(yīng)工況下實(shí)測(cè)撓度值，重新對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到以后各節(jié)段的計(jì)算撓度值。根據(jù)計(jì)算成果確定下一節(jié)段的立模標(biāo)高。如此反復(fù)計(jì)算調(diào)整至全橋合龍。立模標(biāo)高的基準(zhǔn)值為前期結(jié)構(gòu)分析報(bào)告中的立模標(biāo)高值，將各階段調(diào)整后的計(jì)算立模標(biāo)高與基準(zhǔn)值的差值作為下一節(jié)段立模標(biāo)高的調(diào)整值。
二、施工控制結(jié)果
1.實(shí)測(cè)參數(shù)
在進(jìn)行施工控制時(shí)，為準(zhǔn)確地對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算及監(jiān)測(cè)，在監(jiān)控過程中對(duì)混凝土的彈性模量、掛籃的加載變形等均進(jìn)行實(shí)測(cè)。
1.1混凝土彈性模量
在施工箱梁各塊段時(shí)，施工單位制作了足夠數(shù)量的試塊，實(shí)際測(cè)量了混凝土的彈性模量。計(jì)算3天、7天、14天、28天、60天、90天、180天、365天彈性模量的平均值。
1.2掛籃荷載試驗(yàn)
掛籃是施工過程中的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，由于是后支點(diǎn)掛籃，對(duì)于整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的受力來說，相當(dāng)于簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，所以掛籃的受力變形將單獨(dú)考慮。掛籃變形主要包括掛籃的彈性變形和非彈性變形，其中非彈性變形相對(duì)難以控制，主要原因是掛籃制作誤差和連接處變形所產(chǎn)生的。從結(jié)構(gòu)安全和施工監(jiān)控的角度考慮，掛籃使用前必須進(jìn)行加載試驗(yàn)，在掛籃上作用相當(dāng)于混凝土重量的荷載，以檢驗(yàn)掛籃的受力性能和變形性能，同時(shí)也消除了一部分的掛籃非彈性變形。最初的掛籃變形值由試驗(yàn)確定，隨后將根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行修正。
2.線形控制
線形控制是施工控制中最重要的項(xiàng)目。箱梁每一節(jié)段懸臂施工過程中，應(yīng)進(jìn)行以下3個(gè)工況的撓度測(cè)量和高程控制測(cè)量：一是掛籃就位立模板及澆筑梁混凝土前；二是澆筑箱梁混凝土后，縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前；三是縱向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉后。
以上測(cè)量工況，除對(duì)當(dāng)前施工節(jié)段監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行高程測(cè)量外，同時(shí)對(duì)已施工的連續(xù)3個(gè)節(jié)段進(jìn)行高程測(cè)量，以得到箱梁節(jié)段累計(jì)實(shí)際變形。通過第一聯(lián)和第二聯(lián)實(shí)測(cè)撓度與計(jì)算撓度。混凝土澆筑后實(shí)測(cè)撓度值包括掛籃變形和結(jié)構(gòu)變形，混凝土澆筑拉開距離后計(jì)算值與實(shí)測(cè)值基本接近，澆筑混凝土引起的結(jié)構(gòu)撓度計(jì)算值與實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)撓度值差值也比較接近。這表明，箱梁預(yù)應(yīng)力施加是有效的，結(jié)構(gòu)撓度變形實(shí)測(cè)值與仿真計(jì)算值比較接近，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。綜合考慮各種因素后，在各節(jié)段施工完成后對(duì)主橋結(jié)構(gòu)重新計(jì)算，基于初始結(jié)構(gòu)分析報(bào)告，確定調(diào)整值。經(jīng)過調(diào)整后，混凝土澆筑后的計(jì)算撓度與實(shí)測(cè)撓度差值在10～20mm左右，完全達(dá)到監(jiān)控精度的要求，從而確保成橋的線形。
3.應(yīng)力監(jiān)測(cè)
箱梁各“T”的根部截面應(yīng)布置14個(gè)測(cè)點(diǎn)，腹板有2個(gè)測(cè)點(diǎn)與水平成45度方向布置、有2個(gè)測(cè)點(diǎn)豎直布置外（測(cè)主應(yīng)力），其余測(cè)點(diǎn)均為順橋向布置；其它截面各布置8個(gè)測(cè)點(diǎn)，均為順橋向布置。各“T”的根部截面腹板處的上下緣應(yīng)增加部分測(cè)點(diǎn)，作為備用測(cè)點(diǎn)。各跨中截面應(yīng)增加腹板測(cè)點(diǎn)，豎直布置。位于曲線上的橋梁各控制截面腹板均應(yīng)增加測(cè)點(diǎn)，豎直布置，頂?shù)装鍛?yīng)增加測(cè)點(diǎn)，橫向布置。
在箱梁懸澆施工的各主要工況監(jiān)測(cè)應(yīng)力計(jì)的應(yīng)變，并將實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論應(yīng)變進(jìn)行比較，以確定各階段施工是否正常，確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全。溫度變化會(huì)使箱梁產(chǎn)生變形，相應(yīng)地使鋼弦應(yīng)力計(jì)應(yīng)變值發(fā)生變化，而這種變化是很復(fù)雜的，受到日照強(qiáng)度、日照方向等因素的影響。為了消除這種影響，應(yīng)力的測(cè)量數(shù)據(jù)應(yīng)以早上7:00至9:00為準(zhǔn)，此時(shí)認(rèn)為箱梁的梁頂、梁底、大氣溫度基本恒定，在溫度的作用下，梁體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但由于混凝土和鋼絞線的線膨脹系數(shù)不同，內(nèi)置于混凝土中的應(yīng)力計(jì)會(huì)因此而產(chǎn)生溫度應(yīng)變，這種影響可通過溫度修正予以消除。實(shí)測(cè)應(yīng)變值為鋼弦應(yīng)力計(jì)直接測(cè)出的應(yīng)變值，此應(yīng)變值中包括兩個(gè)部分，一部分是由荷載作用引起的應(yīng)變，另一部分是由于溫度、混凝土收縮、混凝土的徐變作用引起的應(yīng)變，稱為“表觀應(yīng)變”，其值大于混凝土的實(shí)際應(yīng)變。將實(shí)測(cè)應(yīng)變值進(jìn)行修正后乘以混凝土的實(shí)際彈性模量即是該點(diǎn)的應(yīng)力值。
4.預(yù)應(yīng)力分析
預(yù)應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的生命線，施加預(yù)應(yīng)力是預(yù)應(yīng)力箱梁施工中最重要的環(huán)節(jié)。
從施工單位提供的張拉資料看，鋼束的張拉情況正常，張拉力達(dá)到設(shè)計(jì)張拉力，伸長(zhǎng)量誤差也在規(guī)范容許的范圍內(nèi)。從應(yīng)力監(jiān)測(cè)、撓度監(jiān)測(cè)資料分析，該項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力的施加也是有效的，符合設(shè)計(jì)要求。
結(jié)語:
本次監(jiān)控采用的計(jì)算程序經(jīng)過了多次實(shí)踐，達(dá)到了控制目標(biāo)。主橋箱梁中跨合龍段兩端高差滿足施工規(guī)范要求，全橋箱梁頂標(biāo)高誤差均在允許范圍以內(nèi)，線型達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
通過應(yīng)力監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解了懸臂施工過程中測(cè)點(diǎn)處混凝土的應(yīng)力情況，確保了懸臂施工過程中結(jié)構(gòu)的安全。成橋階段各應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力符合設(shè)計(jì)要求。
由此看來，此次主橋全過程監(jiān)控方法是科學(xué)、有效的，隨著程序的不斷完善，會(huì)在橋梁監(jiān)控中得到更廣泛的應(yīng)用。
