探析举人坝大桥施工监控技术

（重庆保税港区开发管理集团有限公司 重庆400020）

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本文以重庆保税港区空港功能区举人坝大桥的全过程施工监控为背景，从施工监控目标和内容入手，详细叙述了举人坝大桥下部结构、主梁及应力监控的监测点布置及监测结果，经分析表明，举人坝大桥的施工满足设计及规范要求。

连续刚构桥施工监控线形控制应力监测

1 工程概况

1.1 概况

举人坝大桥（见图1）位于重庆保税港区空港功能区空港大道东西方向K2+201.543处的跨河大桥，采用三跨预应力混凝土连续刚构形式，全长188m。该桥桥面总宽43米，分左、右设置双幅连续刚构桥。

图1 举人坝大桥立面布置示意图（单位：cm）

1.2 技术标准

（1）道路等级：城市主干路；

（2）设计荷载：城-A级、人群3.5kN/m2；

（3）桥面宽度：5m(人行道）+14.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）+3m（中间隔离带）+0.5m（防撞护栏）+14.5m（行车道）+5m(人行道）=43m；

（4）设计车速：60km/h；

（5）跨径组成：（50+75+50）m；

（6）地震烈度:动峰值加速度为0.05g，按B类桥梁抗震设防措施等级7级设防。

2 施工监控目标和内容

2.1 施工监控目标

通过现场监测和监控计算等手段，对主梁施工过程中的结构内力和位移状态进行有效地监测、分析、计算和预测，为施工单位提供施工监控信息，以保证整个结构在施工过程的安全并最终达到设计成桥状态。

2.2 施工监控内容

2.2.1 理论计算

首先复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行一次正装计算，得到各施工状态下的结构受力和变形等控制数据，与设计相互校对确认无误后作为连续刚构施工监控的理论数据。计算项目包括：

（1）各施工状态下以及成桥状态下状态变量的理论数据；主梁标高、控制截面应力应变；

（2）施工监控数据理论值：立模标高；

（3）运营阶段的移动荷载分析，验算大桥建成后运营的安全性。

大桥的施工监控工作是在大桥施工过程安全的情况下进行的，因此首先根据设计文件对大桥进行结构计算分析，验证大桥在常规荷载以及确定的施工方案情况下的结构安全性，以确保施工安全，同时为现场监测、危险预告提供预警控制值。

2.2.2 自适应反馈控制分析

自适应反馈控制方法是目前桥梁工程施工监控中最好的方法，它运用了现代控制理论中的系统辨识、参数估计、误差分析、最优预测等方法，我司已在多座特大桥的施工监控中进行了成功的研究、应用。以下简要阐述其在本大桥应用的主要步骤:

（1）在取得结构各计算控制参数、施工方案的前提下，模拟施工过程进行前进分析、倒退分析以确定结构在理想状态下，各施工阶段箱梁的理论位移、内力、应力情况。

（2）根据本桥的实际情况，针对不同的施工阶段（结构状态）进行结构控制计算参数的敏感性分析，包括位移敏感性、内力敏感性和应力敏感性。首先确定对于某特定施工状态的敏感性要求，然后根据此要求进行敏感性分析，区分该状态下的主要控制参数和次要控制参数。

（3）在施工的每一阶段，考虑实际荷载状态（施工荷载、温度影响等等），重新进行计算分析，提出本施工阶段的控制参数值（主梁节段架设标高，主梁应力状态等等）；并给出对应于不同温度状态的主梁架设标高，以指导施工。

（4）对实际结构的状态参数测量值和计算值进行比较，在过滤掉误差影响后，对主要计算控制参数进行修正（参数识别），重新进行计算，根据控制目标对计算参数作适当修正，提出更接近实际的下一阶段控制参数，并修正对结构后期状态的预测。

2.2.3 合龙工序分析控制

通过大桥主梁悬臂施工过程中的控制计算分析和结构状态测量，提出合理的大桥合龙应力和线形控制方案。

2.2.4 桥面铺装拟合标高的确定

预应力混凝土材料的后期收缩徐变效应较大，现有各种计算理论对连续刚构桥下挠的预测与实际工程的要求具有较大的偏差，因此只有根据以往的工程经验，给主梁各节段顶面设置一个成桥预拱度，以此来满足后期变形的要求。

成桥预拱度已包含在各节段的立模预抬值里，因此主梁合龙后的桥梁顶面高程已反映了成桥预拱度状态，但由于施工误差等因素，各节段表面线性可能不会十分光滑，因此，有必要对桥面铺装标高进行必要的拟合，拟合的原则是：①保证容许的铺装层最小厚度；②保证桥面铺装的总重量（特别是跨中部分）没有太大的增加。桥面附属如护栏的安装与桥面拟合的线形应基本一致。

2.2.5 施工监测

施工过程的适时监测是施工监控赖以进行的基础，是施工监控的重要组成部分。通过测试获得连续刚构桥的施工阶段的内力、变形、温度等的实测值，是施工调整、确保施工安全的依据。施工监测主要包括如下几个方面：（1）承台水化热监测；（2）主梁线形监测；（3）控制截面应力监测。

3 下部结构监控

3.1 承台水化热监控

大体积混凝土以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，内部的热量又不易导出造成较大的内外温差，随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝，影响工程质量。因此掌握大体积混凝土温度场变化的规律性，就能够有针对性地提出裂缝控制的方案，有效地保证混凝土的质量增强混凝土的耐久性。

温度测点布置：根据主桥承台实心段对称性特点，测点主要布置在横断面1/4范围内，测点布置如图2所示。埋入承台中的温度测量元件共分3层，每层10个测点，每个承台共埋入40个温度元件。

图2 承台温度测点布置平面和立面布置示意图（单位：cm）

3.2 基础沉降监控

测点布置：在主墩承台完成后，在承台4个角点上各布置1个沉降监测点，通过红色油漆对监测点进行标记，以防止施工时破坏。在完成监测点标记后，进行初始高程的监测，在后续主梁的施工中进行沉降监测，通过与初始高程数据进行比较，来判断基础沉降大小。基础沉降测点布置示意图见图3所示。

图3 基础沉降监测测点布置示意图（1#点、2#点侧为跨中方向）

4 主梁线形监控

整个施工过程中，在保证结构内力安全的前提下，以结构线形控制为主。在每阶段的立模施工中，都对结构线形进行了反馈分析，使主梁线形始终在主梁理论计算的理想线形附近作微小波动，故最终成桥线形比较理想，达到了本桥施工监控的目标。

4.1 立模标高测点布置

图4 立模标高测点位置图

图5 立模标高横桥向测点布置图

立模标高控制是为了控制桥梁线形，也是实现设计目标线形的重要保证。立模标高测量采取6点控制。立模标高的测量位置见图4和图5所示。

4.2 变形测点布置

每个主梁标高监测截面横断面采用7点控制，在每个主梁标高监测截面箱梁顶部埋设5个、底部埋设2个钢筋桩。主梁标高监测断面测点布置如图6所示。

图6 钢筋头埋设位置示意图

埋设要求：钢筋头用Φ20以上钢筋加工而成，一端打磨光滑后用红油漆作标记，与钢筋网牢固焊接，并使钢筋头露出混凝土表面2cm。钢筋头埋设截面距离每一悬浇节段前端为10cm，0＃块顶板中心也应埋设5个测点。另外须单独埋设一个标高测量水准点，在主梁施工期间后续节段的标高测量皆从这个水准点引测，并定期对该水准点进行复核，确保该水准点精度。

4.3 挂篮预压试验

挂篮预压试验的目的有：验证挂篮的安全性，消除挂篮非弹性变形，获得挂篮的弹性变形规律，为以后主梁节段施工时提供准确的挂篮变形数据。

本桥挂篮预压采用底篮前横梁与底面通过钢绞线相连，通过在前横梁上利用千斤顶张拉预应力，将力反作用在底篮前横梁上，来测试挂篮的承载能力和变形。

挂篮预压加卸载主要分如下6个工况：①空载；②60%；③80%；④100%；⑤完全卸载后。沉降观测点共11个，分别为主纵梁上、中、下游点（2、4、6）、底篮前横梁（1、3、5）、翼缘板（7、8）和前上横梁（9、10、11），测点布置示意图见图7所示。

图7 挂篮预压试验测点布置示意图

4.4 主桥合龙段线形监控结果

图8 合龙段位置及合龙段测点布置图

举人坝大桥共有4个边跨合龙段和2个中跨合龙段，合龙段的施工按边跨合龙→中跨合龙的顺序进行。全桥合龙时间从2015年11月13日右幅边跨合龙起，到2015年12月24日左幅中跨合龙止。合龙段位置及测点布置图如图8所示。合龙段的合龙合龙偏差结果（见表1）所示。

表1 合龙口合龙偏差结果表（单位：m）

从表1可以看出，全桥6个合龙段的合龙最大值偏差为1.9cm，小于2.0cm，合龙偏差满足设计和规范要求。

4.5 全桥合龙后的桥面线形拟合

全桥合龙后对桥面标高进行了通测，高程测点位置如图9所示。

图9 桥面高程测点位置示图

全桥合龙后的实测桥梁顶面高程与控制高程吻合得较好，桥面线形平顺。左、右幅桥面调平层最大厚度分别为13.5cm和11.3cm，调平层最小厚度分别为5.6cm和5.3cm。左、右幅调平层平均厚度分别为8.0cm和7.8cm，与设计厚度8.0cm基本一致。

5 应力监控

5.1 测点布置

图10 主梁应力传感器布置示意图

在主梁根部截面埋设应力传感器，传感器根据施工实际工况埋置在主梁根部截面附近，具体位置为1号墩和2号墩0#节段和1#节段连接处。具体应力传感器的断面埋设位置如图10所示，控制截面传感器布置示意图见图11所示。

图11 控制截面传感器布置示意图

5.2 应力监测结果

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第7.2.8条，预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合以下规定：

压应力：

拉应力：

1号墩和2号墩左、右幅主梁根部最大压应力值为 10.04MPa<24.85MPa， 最 大 拉 应 力 为0.78MPa<1.92MPa。实测值和理论计算值较吻合，实测应力数值大小对称且变化规律基本上与理论计算应力变化规律一致。最大拉、压应力均在规范允许范围之内，因此，应力监测结果满足规范要求。

6 结论

6.1 结果情况

连续刚构施工监控技术在连续刚构桥梁的施工和成桥桥梁质量控制等方面具有重要的作用，已成为大跨径连续刚构桥梁施工过程中必不可少的工作。主要结果如下：

6.1.1 结构计算结果

通过对举人坝大桥建立有限元分析模型，进行了施工过程模拟计算、承载能力极限状态及正常使用极限状态验算，结构计算结果如下：

（1）施工阶段计算结果表明：举人坝大桥施工阶段主梁变形及应力满足相关规范的要求。

（2）运营阶段计算结果表明：举人坝大桥运营阶段的承载能力极限状态和正常使用极限状态下的正截面抗弯、斜截面抗剪、正截面抗裂、斜截面抗裂、法向正应力及主压应力等指标均满足规范要求。

6.1.2 下部结构监控结果

（1）1号墩和2号墩承台施工过程中水化热监测结果为：混凝土内外最大温差为24℃<25℃。承台施工完成后未发现裂缝。承台水化热监控满足规范要求。

（2）在全桥施工过程中，1号墩和2号墩基础最大沉降8mm。基础沉降正常。

6.1.3 主梁线形监控结果

（1）全桥箱梁底板实测立模标高与监控理论立模标高最大偏差为2mm，满足施工监控要求。箱梁整体线形相当平顺。

（2）在节段施工过程中，主梁节段混凝土浇筑变形和纵向预应力张拉变形与监控计算预测值吻合较好（浇筑混凝土引起的偏差最大为2.0cm，预应力张拉引起的偏差最大为1.5cm），偏差均在2cm以内，满足施工监控要求。

（3）全桥左右两幅共6个合龙口最大合龙偏差为1.9cm<2.0cm，满足设计要求。

（4）举人坝大桥左、右幅调平层铺装层厚度最大分别为13.5cm和11.3cm，调平层最小厚度分别为5.6cm和5.3cm。平均厚度分别为8.0cm和7.8cm，与设计8.0cm基本一致，桥面拟合线形平顺。

6.1.4 主梁应力监控结果

主梁悬臂施工过程中对各墩主梁关键截面的应力进行了监控，实测应力与计算值吻合较好。最大压应力为10.04MPa<24.85MPa，最大拉应力为0.78MPa<1.92MPa，应力监控结果满足规范要求。

6.2 综合结论

通过现场监测和监控计算等手段，举人坝大桥在施工过程中主墩承台水化热满足规范要求、基础沉降正常、主梁线形和应力正常，处于安全可控状态。合龙后主梁线形和内力满足设计和规范要求。整个结构在施工过程中安全并最终达到设计成桥状态。

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探析举人坝大桥施工监控技术

■周荣江

U445[文献码]B

1000-405X（2016）-10-326-4