变截面钢桁架桥梁转体施工的监控

王卫星 李军代

1. 江苏阳湖建设项目管理有限公司 常州 213159；2. 上海浦东路桥建设股份有限公司 上海 201210

1 工程概况

1.1 桥梁概况

某跨京杭运河大桥主桥跨径布置为65.7 m+120 m+65.7 m=251.4 m，为一变高度连续桁架梁桥，主桁由2 片钢桁架组成，主桁中心距26 m，节间间距为8～13.5 m，桥面为双向6 车道，在2 片主桁架的外侧各挑出6.5 m的悬臂支撑作非机动车道及人行道，桥面总宽39 m。

主桁高度采用二次抛物线变化形式，两边跨矢高f=35 m，中跨f=12 m。中支点处高18.5 m。主桁杆件采用箱型截面，下弦杆高2.1 m，内宽1.2 m；上弦杆高1.6 m，内宽1.2 m；主桁斜、竖杆采用工字形截面，高1.2 m，外宽0.5～0.8 m。

主墩采用柱式墩，单个墩柱截面尺寸2.5 m×3.5 m，下接承台平面尺寸6.4 m×10.3 m，承台高度2.5 m，下接6根Φ1.5 m的钻孔灌注桩。

1.2 施工过程概况

该桥主桥边孔跨越312国道，主跨跨越京杭运河，为了尽量减小对312国道及京杭运河航道的影响，桥体采用平转法施工。

主桥上部箱梁采用岸上悬臂拼装施工工艺。具体施工顺序为：主墩及上下转盘施工→搭设支架拼装钢桁架拱→转体准备→转体→边跨合龙段拼装施工→中跨合龙段施工→封盘→拼装外托人行道、施工桥面系→完成。

转体平面布置见图1。

图1 转体平面布置示意（单位：cm）

2 桥梁施工特点分析

由于该桥施工采用平转法施工，在施工过程中有多次体系转换，且平转角度较大，施工过程控制要求较高，从施工监控角度分析，其有如下特点：

（a）转体两端悬臂长度较大，且两端悬臂长度不一致，结构易产生不平衡力矩，结构存在抗倾覆稳定问题；

（b）转体前拼装采用岸上悬臂拼装，结构拼装线形控制要求高；

（c）转体节段拼装完成后，需进行体系转换准备转体，体系转换过程中需严密监测结构变形、转点支反力及不平衡力矩；

（d）为确保转体施工过程中的安全，需进行转动体不平衡重称重试验分析；

（e）为保证实际安装无应力状态与成桥无应力状态一致，在转体到位后，需进行边支点的顶升并结合温度完成中跨合龙；

（f）支点位置腹杆长期处于受压状态，且计算长度较大，构件稳定性问题值得关注。

3 施工监测的内容和方法[1-5]

施工监测是利用事先在各构件主要部位布设的传感器，并配合相关的测试仪器，按施工方案中的工况和工序，不间断地测得大量数据，包括几何参量和力学参量，以供施工决策。

3.1 线形监测

3.1.1 测点布置

线形监测内容包括：钢桁梁平面线形监测、竖向变形监测、转体梁刚性转动监测及基础沉降监测。

（a）钢桁梁平面线形监测。平面监测通过施工测量控制网引入基点作为测点，将精密全站仪架设在基点上，反射棱镜置于下弦杆中心线上，利用全站仪测量待测点的平面坐标，并与理论值进行比较，从而得出各阶段施工误差，鉴于本桥的施工特点，在桁架拼装及上墩后均需进行平面线形测量。测点布置示意图如图2（a）、（b）中2、4点所示。

图2 钢桁梁平面线形（竖向位移）测点布置（单位：cm）

（b）钢桁梁竖向位移监测。为实时监测主梁在整个施工过程中的线形，更好对施工过程主梁标高进行监控，钢桁梁竖向位移监测通过在下弦节点布设测点，主要利用水准仪对节点坐标进行测量，测点布置示意如图2（a）、（b）中1、2、3、4、5点所示。

（c）转体梁刚性转动监测。转体过程通过对转体梁角点标高状态变化监测实现对梁体刚性转动的监测，分别在悬臂端部和墩顶端面上做高程观测点，并对转体全过程进行监控，其中以梁体四角为主要控制点，分别放置4 把塔尺， 使用水准仪观测。有异常时及时预警，以便采取措施进行水平状态调整。该大桥单个转体梁监测共计4 个测点，如图3所示。

图3 转体梁水平状态变化监测

转体过程中，使用4 只位移计或沉降仪，对上转盘4 个角点的竖向位移进行观测。

（d）基础沉降监测。为监测施工过程中的基础承台的不均匀沉降和累计沉降，在4 个主墩布置承台沉降观测点，用水准仪对其进行沉降观测。

（e）球铰定位监测。球铰精确定位及调整完成后，对下转盘球铰的中心、标高、平整度进行复查；中心位置利用全站仪检查，标高采用精密水准仪复测，经检查合格后对其进行固定；竖向利用调整螺栓与横梁之间拧紧固定，横向采用在承台上预埋型钢，利用型钢固定。

滑道在混凝土终凝前应反复打磨，磨光平整度及高程误差控制在1 mm以内。利用已预埋的定位螺栓精确定位不锈钢板，并利用调节螺栓调整钢板顶面标高、平整度。标高采用精密水准仪复测。

3.1.2 监测时间

挠度（高程）观测时间安排在在凌晨，观测时需要记录开始和结束时的环境温度，当观测时间超过1 h后，则需要每小时记录一次环境温度。

3.2 应力监测

3.2.1 主桁架应力监测

为了在施工过程中，随时可以掌握各控制截面的应力状况，以保证施工时桥梁的安全，须对该桥控制断面应力进行施工监测。

该桁架桥施工过程中，主梁的线形和受力受到杆件加工长度、杆件尺寸、温度、施工荷载等各种因素的影响，必须对全桥的关键截面位置进行细致的监测，才能更为准确的掌握当前施工状态的桥梁基本信息。

通过对钢桁梁施工过程的初步计算分析，确定钢桁梁的较不利受力杆件，进而确定传感器的布置位置。从弦杆施工过程中的杆件应力包络图可以看出：结构最大压应力分布在跨中上弦杆、主墩下弦杆附近；结构最大拉应力分布在跨中下弦杆、跨中四分点斜腹杆位置。

为此，在弦杆及腹杆的控制截面亦同步顶底表面布设振弦式表面应变传感器，对其轴向应力进行测试。

3.2.2 横梁应力监测

由于本桥主桁架间距较大，且横梁采用先安装横梁再安装桥面板的方法施工，为保证结构安装过程中的安全性，选取主墩位置和主跨L/4位置横梁进行应力监测。

3.2.3 临时支架应力监测

在每个临时支架钢管桩上布设表面式振弦式传感器，如图4所示。其中拼装临时墩主要监测：拼装过程中其应力水平防止超标。

图4 现拼装临时支墩测点布设方案

不平衡称重实验过程中临时墩应力用以检验不平衡称重实验过程中的顶升力。

边跨临时墩主要监测：边跨顶升过程中临时墩的应力水平，防止超标。

3.3 温度监测

温度是桥梁施工监控中的重要参数之一，本桥温度监测利用振弦式应变传感器自带的温度测试功能进行。

4 施工控制的内容和方法

该桥所需的控制数据主要有：各施工状态下以及成桥状态下的结构坐标、结构位移，及各构件控制截面应力情况。

通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态间偏差的目的[8,9]。本桥主要采用最小二乘法对参数进行识别：

（a）结构计算模型假定与实际误差对结构的影响；

（b）结构尺寸误差对结构的影响；

（c）施工荷载变动对结构的影响；

（d）温度的影响。

施工过程监测中若发现应力、位移变化与计算值相差过大等情况，将及时预警，并由施工监控领导小组组织设计、监理和施工等参建各方，必要时聘请专家召开专题会议，共同商议解决。

5 结语

该桥在南北两岸钢桁梁拼装到位后，分别于2013年6月20日南侧、6月27日北侧均实现成功转体90°后，在7月份主桥顺利合龙，目前已经顺利进入桥面系施工阶段。把施工监控的管理纳入该桥梁项目的全过程管理，通过对设计参数进行分析、对误差进行识别和预警，从而及时进行施工程序和状态的调整，实践证明该项措施是正确的。各项最终的施工监管数据表明，结构应力和线形均在可控范围之内。