大跨度预应力连续梁施工监控技术研究

中建二局第二建筑工程有限公司 郑州 450000

1 工程概况

郑州市陇海路高架快速通道跨南水北调特大桥工程位于郑州市陇海路跨南水北调总干渠处，跨越南水北调中线工程总干渠及贾鲁河，与总干渠斜交角度为19.5°，采用斜交正做，跨径布置为：

地面连续梁：（32 m+32 m）西侧引桥+（94 m +160 m +94 m）主桥=412 m；

地面北辅道桥：（22 m +22 m）西侧引桥+（90 m +150 m +90 m）主桥+（22 m +22 m）东侧引桥=418 m；

主线主桥：90 m +150 m +90 m =330 m。

南辅道连续梁为变高预应力混凝土连续梁，梁高按二次抛物线变化。南辅道主桥桥梁净宽18.5 m，主桥跨径组合为94 m+160 m+94 m=348 m，单箱双室直腹板截面，箱梁底宽12.5 m，中支点平均梁高11 m；跨中及端支点梁，平均梁高3.8 m。全桥设置3 个2 m合龙段。

2 施工监控任务

2.1 监控的难点和重点

本工程4 幅桥均采用挂篮悬臂施工。施工阶段与成桥阶段存在体系转换，随着施工阶段的推进，桥梁结构形式、支承约束条件、荷载作用方式等都在不断变化，结构受力状态是逐工况逐阶段累计形成的，中间每个施工阶段或最终成桥状态的结构受力是已经完成的各个工况或各个阶段结构受力状态的叠加结果。如何保证关键截面应力和沉降控制在允许范围内，确保线形符合设计要求是监控的难点和重点。

图1 桥梁总体布置示意（单位：m）

图2 主梁截面

2.2 监控任务

监控任务包括应力监测、线形监控、温度监测、沉降监测和整体稳定性监测。全桥共埋设了13 个应力监测截面的65 个振弦式传感器、84 个截面的336 个高程观测标、2 个温度场观测截面的26 个温度传感器、2 个墩身的8 个沉降观测标和8 个临时支墩的8 个整体稳定性监测传感器。

3 连续梁应力监控

大桥连续梁采用挂篮悬臂施工。除0#块和22#块采用支架现浇外，其余1#～21#块均采用挂篮对称悬臂逐段浇筑，悬臂长度达79 m，21#块为边中跨合龙段，采用挂篮施工。主跨、边跨各设置2.0 m合龙段，先进行边跨合龙，再进行中跨合龙，悬臂阶段划分如图3所示。

其施工顺序：主墩0#块（支架现浇）→1#～20#块（3 m×5+3.5 m×4+4 m×11，挂篮悬臂浇筑）→边跨现浇段及21#块边跨合龙段浇筑→解除临时支座和临时支墩的约束→21#块中跨合龙（挂篮就位、配重、浇筑混凝土）→体系转换（张拉合龙段预应力）→桥面系施工。

图3 悬臂阶段划分示意（半桥）

3.1 测点布置

根据连续梁悬臂施工时的受力特点和施工控制的主要目的，综合整幅桥的施工特点和进度安排，将箱梁的墩顶截面、L/4、L/2和合龙段和中墩底部横截面定为监测截面。连续梁布置13 个监测截面，每个监测截面布置5 个应变测点，共计65 个测点。

3.2 实测应力

各观测截面的应力变化如图4、图5所示。

图4 监测截面4（悬臂梁根部）实测应力

图5 监测截面6（悬臂梁中腹部）实测应力

通过全桥应力数据观测计算，全桥在施工期间，监测截面顶板应力最大为-14.9 MPa；底板应力最大为-11.8 MPa。预应力张拉对浇筑梁体特别是合龙块的受力有明显作用，梁体的受力变化趋势合理且在许可变化之内。

3.3 实测应力和计算应力的比较

悬臂阶段梁体各监测截面考虑混凝土收缩、徐变影响的实测应力和其对应的计算应力比较后，以截面4（悬臂梁根部）为例，其对比情况如图6所示。

通过全桥实测应力与计算应力的比较，可以看出： 桥梁应力分析中，按上述方法计算的实测应力与计算应力吻合较好。

图6 监测截面4（悬臂梁根部）实测应力与计算应力比较

综上所述，通过对施工期监控数据的分析和比较可以得出以下结论：

在影响梁体非力学应变的众多因素中，混凝土收缩、徐变的影响最大，而收缩、徐变比较复杂，其变异系数达到近30%，因此实测值和计算值间有一定偏差；

各监测截面应力、应变随施工进程发展状况符合预期设计状态，各阶段施工状况良好，全桥合龙时各截面混凝土应力状态均在容许应力范围内。

4 线形控制

4.1 线形控制方法

立模标高由设计标高、预拱度、施工调整值等确定，同时由于温度、收缩、徐变、非线形及施工误差等因素的影响，实际情况和理论计算会有差别，因此还要对立模标高不断地进行修正。

4.2 预拱度及挂篮变形值设置

连续梁预拱度中跨跨中设12 cm预拱度，边跨跨中设11 cm预拱度，支点不设预拱度，预拱度按二次抛物线变化。挂篮预压试验主要是测量挂篮在各级静力试验荷载作用下的变形值，以此来推算出各施工段的挂篮变形值。同时通过预压试验，检验挂篮的安全性，消除挂篮主桁、吊带及底篮的非弹性变形。连续梁挂篮预压加载时按计算预压荷载总质量的50%、100%、120%分3 个阶段进行预压，静载2 h后进行卸载。

挂篮变形值采用预压试验辅以施工经验取值的方法，建议值为1.1 cm，较预压实测值偏小。由后续施工可知，对节段最重块（即1#节段）挂篮变形值取1.1 cm，其他节段按混凝土方量进行线形插值计算所得的挂篮变形值是合理的。

4.3 观测断面及测点布置

梁体每个施工节段上均设测试断面，测试断面布置在距施工块端部20 cm的位置处，若有冲突依施工具体情况再进行调整。每一个观测断面内布置3 个观测点，不仅可以比较测试结果，相互验证，而且可以通过两侧测点的挠度对比，观测梁体有无出现横向扭转。

观测点采用φ16 mm钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，端部露出混凝土表面约1.5 cm，钢筋磨平刻十字丝并用红漆标记。

本桥采用3 阶段观测法。第1阶段：挂篮移动后，测现浇段；第2阶段：混凝土浇筑后，测现浇段；第3阶段：张拉预应力之后，测现浇段和已浇段。

对于线形观测，比较关键的是固定观测时间，以减少温度对观测结果的影响和施工对观测工作的干扰。本桥箱梁线形观测严格控制在利于观测的时段内，如清晨6：00～8：00时间段内，同时记录空气温度。

4.4 基于Access软件的立模标高管理系统

为了提高了立模标高管理工作效率，确保数据信息的准确性和安全性。建立基于Access软件的立模标高管理系统，在Access窗口中，制作调整值输入/输出可视化窗口，将每一阶段的墩号、节段、节点、梁顶立模标高、梁高、梁底立模标高以施工联系单的形式给出。

4.5 悬浇箱梁线形控制的主要措施

1）建立观测制度，提高测量精度，及时准确地实施并检查平面控制测量和高程控制测量。

2）对每节梁块施工跟踪观测，发现实测值与设计或计算值有较大差别时，及时纠偏，并在下节梁段作适当调整，使结构挠度偏离设计值之误差控制在最小范围，保证了合龙精度。

3）重视施工荷载计算和保持施工荷载稳定，重视立模高程的计算和实测、施工气温的把握。重视对相关实测参数的收集整理、汇总并与计算值对比分析，密切注意施工过程中的线形变化。

4）主墩承台为连体式，主梁左右幅施工时悬浇块件无错开，减小了对连体承台的影响。挂篮前移、钢筋绑扎和混凝土浇筑对称施工，材料设备对称堆放在墩顶块件上，保证施工荷载总量不变。

4.6 合龙后线形

在中跨挂篮没有拆除前，成桥后线形如图7所示。

图7 连续梁全桥合龙后线形

从图中可以看出，除中跨受挂篮影响导致高程有些偏低外，其他部位的实测高程和（设计标高+成桥预拱度）吻合得非常好。

5 温度效应监控

温度是影响梁体产生变形的主要因素之一。温度变化会引起梁体顶板、底板产生温度差，使主梁发生挠曲。同时，日照温度也会引起墩身两侧产生温度差，使墩身产生偏移。由于日照温度变化的复杂性，理论分析难以考虑日照温度的影响，只能通过观测对立模标高加以修正。

温度观测分箱梁温度-挠度关系曲线观测和箱梁温度场观测。前者观测方法与高程观测一致，后者则通过在箱梁断面中埋设温度传感器得到箱梁随气温变化的温度场。

本工程4 幅桥中受日照影响最大是主线南桥，其温度～挠度关系观测结论是：箱梁线形对温度变化不敏感，可以不考虑温度变化引起的箱梁挠度变化。

6 整体稳定性监控和沉降监测

为了保证悬臂施工时T构两侧受力均衡，防止梁体发生倾覆，通过外贴JMZX-212型表面智能数码弦式应变计，对T构两侧的临时支墩的应变进行监控。即在中间主墩处选择4 个临时支墩进行应变监控，分布在墩柱4 个角处。

为避免传感器被破坏，待梁体中腹部节段浇筑完成后再布置传感器，并对其进行初始读数。由监测结果可以看出，东、西两侧变形基本一致。

综上所述，T构两侧梁体均衡性良好，不会发生倾斜现象；两墩沉降亦比较小，两侧沉降基本均匀。

7 实施效果

通过线形监控技术的应用，郑州市陇海路特大桥连续箱梁所有合龙段全部顺利合龙，成桥状态的线形和内力均满足设计要求，合龙段高程差亦控制在20 mm以内，中线偏差均控制在规范规定的10 mm以内，施工线形控制的效果非常好。经工后实测，箱梁应力满足设计要求，墩柱沉降满足设计要求，各项监测数据均正常。