预应力混凝土连续箱梁桥施工监控方案

贾中涛，王立峰，张 岩

(东北林业大学土木工程学院)

采用悬臂浇筑施工的预应力混凝土桥梁，尽管在设计时充分考虑了施工中的一些问题，但在施工过程中要经历体系转换，这是一种非常复杂的变化，其中各种因素都会引起结构的内力和线形的变化，从而影响桥梁的施工和成桥后的结构状态，因此必须进行施工控制。

1 工程概况

某桥位于亚热带地区，为三跨预应力混凝土连续箱梁，跨径为(80+144+80)m，引桥采用30 m先简支后连续预应力小箱梁，公路等级为一级公路，双向六车道，整体式路基断面，标准宽度33.5 m;设计汽车荷载为公路―I级;设计速度为100 km/h，主桥采用菱形挂篮进行悬臂现浇施工。

2 施工监控的目标

2.1 高程控制

高程控制主要是控制桥梁的线形，这个目标的实现是通过将其分解到每个施工阶段中，确立每一个节段的前端控制标高，以便最后得到完美的线形。当实际中的标高和设计有误差时，可以通过调整后续节段的立模标高来进行修正，尽量减小其影响，最终在成桥阶段得到光滑平顺的线形。

2.2 应力控制

应力控制是为了保证成桥后结构内各个截面的受力都符合设计要求，从而保证结构的使用性能。同时在施工过程中结构涉及的应力较多，例如节段自重、预加应力、临时荷载、温度变化等，所以在施工中要随时对结构进行应力监测，尽量避免施工中的意外情况对结构造成的危害，从而保证施工过程中结构的安全。

2.3 稳定控制

除了线形和应力外，桥梁结构的稳定性同样对结构的安全具有重大的意义，尤其是对于悬臂施工的大跨度桥梁，在施工过程中更要注意稳定性的要求，所以，我们也要对稳定性有足够的重视。在监控过程中，我们以控制箱体扭转来确保结构的稳定性。

3 监控的工作内容

3.1 施工监控之前所需资料收集

(1)施工图设计文件(含变更设计)。

(2)施工组织设计资料。

(3)气象资料：天气状况、气温变化、风向、风力等。

3.2 施工过程结构仿真计算分析

工程结构的仿真计算模型，是施工监控的基本手段，按照施工图纸和设计文件，应用桥梁专用软件或大型通用有限元软件，建立结构模型，对结构进行计算分析，计算中要充分考虑预应力、、温度变化、混凝土收缩徐变、施工荷载等施工中的各个因素对结构的影响，并按照桥梁施工顺序，对桥梁结构进行全面的分析计算。

同时由于实际中的各项参数，不可能完全符合理论设计的取值，施工荷载、实际混凝土弹性模量、容重及施加的预应力等也要和设计中有一定的误差，所以，在施工过程中，要根据实际的施工进度和工程条件，进行实际参数的取值和测定，通过实际的各项指标及参数对计算模型进行实时的修正，尽量使模型接近实际情况，以便对结构的当前施工状态实施有效的控制，并科学地预测下一施工阶段的结构状态。

根据本桥的施工特点，在模型中将每个混凝土节段施工过程中的若干步骤划分为相应的施工计算阶段，以便于能准确的计算出各个施工过程中截面应力、变形等控制数据，有利于与理论计算作比较，为后续参数的识别、调整提供依据。对于采用悬臂浇筑方法施工的桥梁，在计算中要主要考虑挂篮浇筑、预应力张拉、边跨合拢、中跨合拢以及临时支撑系统等对结构的影响。

3.3 施工过程中的设计参数监控

结构设计参数主要是指混凝土材料的参数，包括弹性模量和容重，主要是对桥梁施工监控的辅助监测。

混凝土弹性模量的测试主要借助工地压力试验机来测定混凝土弹性模量E随时间t变化的曲线，混凝土容重的监测主要是对浇筑时的混凝土采用现场取样，用常规方法进行测试。

3.4 施工过程中的线形监控

线形监控应用的是精密水准仪。首先将水准点引测至零号块上，然后以此为基准点，对桥梁进行高程控制，每阶段浇筑完成时，测量其截面内各控制点的高程，并且在每次施工块挂篮向前移动的前、后时段，均要对测点进行一次测量，同时在施工荷载发生变化时也必须进行测量。线形测量应该在1号块完成后即开始。

3.5 施工过程中的应力、温度监控

(1)连续梁的应力监控主要是针对关键截面的受力情况进行应力监测，并可以提前对其安全状态进行预测以便在可能发生状况前采取一定的措施以保证工程的安全。其方法是在大桥主梁的控制截面布置应力观测点，通过埋置应力传感器的手段及时获得截面内的应力分布情况，同时可以根据当前的结构受力，预测模拟下一阶段甚至是成桥阶段的结构受力是否合理和能否满足设计的强度要求。并且根据预测及时对结构进行调整。

(2)温度控制的方案和原则与应力控制时相同的，但需要埋置的则是温度传感器。主要测量各个控制截面在各个时刻的温度，从而获得结构的真实状态。

4 监控的方法

施工控制的本质是保证工程结构按照设计的理想状态进行施工，通过施工、测量进而进行识别和修正的工作，以期做出合理的预测指导下一阶段或者后续工作的进行。但在实际施工过程中不可避免存在一定偏差，这就需要专业人士对已出现误差进行分析调整，尽量将偏差降到最小范围。目前桥梁施工控制中主要应用的控制方法有事后控制法，预测控制法，自适应控制法以及最大容许度控制法，其各自具有各自的特定和其使用范围，但其本质上是相同的。根据本桥的特点，其施工控制采用自适应控制方法，该方法具有其独特的优点，当结构与模型计算结果不符时，通过将误差输入到参数识别算法中来进行调整，从而得到我们期待的理想状态。

5 具体实施方案

5.1 模型建立与计算要点

计算模型是施工监控的前提和依据，所以准确的计算模型是施工监控的第一步，采用MIDAS和桥梁博士两套程序进行对比计算。

5.2 立模标高的计算

通过计算模型，按照施工顺序，并通过对施工过程中测量数据的整理分析并进行参数识别，以此得出施工中合理的预拱度，理论预拱度包括施工预拱度和成桥预拱度两部分，立模标高还要受到日照温差的影响，在计算时必须计入日照温差的影响。

5.3 测量控制网的布设

控制网是施工监控的基本条件，其准确性直接关系到施工控制测量数据的准确性及便利性，故需要布设精确的水准及坐标控制测点，控制网可利用已有的控制点，但要经过复测并满足要求。

5.4 控制截面应力监测

截面的应力检测是在主梁的控制截面内布置应力观测点，测定其在施工过程中应力分布情况，结合实时跟踪进行分析得到最优方案，在分析过程中计入误差和变量调整后每阶段结构的实际状态，预测下一阶段可能出现的状态并预报下一阶的情况，以确保工程的质量和安全。

5.5 变形监测

为尽量减少温度的影响，变形的观测安排在日出前进行，观测内容包括：立模、混凝土浇筑前后、预加力张拉前后以及边(中)跨合拢前、最终成桥前的各项标高值，以这些观测值为依据开展施工控制。

5.6 温度监测

温度变化会导致结构变形，温度的影响主要是日温度变化和季节温度变化两种，日温变化较复杂，是施工控制的重点。对于日照作用，会引起主梁顶底板的梯度差，导致主梁挠曲，对其控制方法是测量出有代表性的某一天或几天24 h结构温度变化情况，并绘制温度(t)-挠度(S)曲线，以便合理安排施工和预测结构变化。

5.7 裂缝观测

裂缝是桥梁的常见问题，由于在施工过程中，桥梁的受力是不断变化的，所以很容易产生裂缝，尤其是箱梁内部宽大的横隔梁位置以及与横隔梁相接的腹板位置出现裂缝的几率更大。本桥对裂缝的观测采用肉眼巡查及WYSKL-100X裂缝显微镜细部观测相结合的方法进行，每阶段完成后，其阶段接缝位置、横隔板位置及腹板位置是监控的重点。

6 结语

一个合理的施工控制方案，是桥梁施工安全和质量的重要保证，本桥现已竣工通车，各项要求均达到设计标准，除了设计的合理和优秀的施工技术外，完善的施工监控方案也功不可没，因此，我们要对桥梁施工控制有足够的重视，以便能更好的为桥梁施工服务。

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［1］向和萍.黄洲大桥全桥监控方案［J］.广东公路交通，2011(3)：11-13.

［2］高宝峰.天津市塘沽区海河大桥施工控制［J］.人民长江，2003，(6)：59-60.

［3］董金堂.大跨度连续梁悬臂施工线形监控与合拢顺序优化［J］.城市道桥与防洪，2012，(3)：114-116.

［4］金顺利.秦淮河特大桥跨宁杭高速公路连续梁施工监控［J］.山西建筑，2012，(34)：159-160.