大跨径预应力混凝土刚构—连续箱梁桥的施工监控

郭永国 谭瑞梅

摘 要：现代桥梁朝着大跨径的方向发展，尤其预应力混凝土连续梁级连续刚构桥，随着跨径的增大，桥梁整个施工过程中的不安全因素也增多。为确保成桥后的桥面线形和内力符合设计要求，同时保证整个施工过程安全，对其进行施工监控十分有必要的。对桥梁结构进行施工过程模拟，实际施工中对主梁的变形及控制截面应力进行监测，通过实测数据与计算数据的动态调整，保证这两项指标在允许误差范围之内。

关键词：连续刚构；监控；线形；内力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.108

1 工程概况

某特大桥主桥为（66+120+2×138+120+66）m预应力混凝土连续刚构箱梁，全长648m，截面形式为单箱单室。底板厚度及梁高按照1.8次抛物线进行变化，120m跨的主梁高度由跨中3.1m变化到端部7.0m；138m跨梁（中间跨）主梁高度由跨中3.1m变化到端部的8.0m；两侧悬臂为2×2.8m，悬臂板根部厚度为80cm；底板宽6.0m，顶板宽度11.6m，桥面设置坡度为2%的单向超高横坡；腹板的厚度包括40cm、60cm及90cm三种，中间设置变截面过渡段。

主桥采用挂篮对称悬臂浇筑施工，15号墩和19号墩先采用临时固结，然后进行悬臂浇筑，16墩～18墩为刚构直接悬臂浇筑；次边跨合龙后，应解除15、19号墩的临时约束；在主墩墩顶及托架上现浇完成各个“T”构的0、1号块主梁，其他各块采用悬臂挂篮施工。主桥合龙的顺序为先边跨、再次边跨、最后中跨；边跨、次边跨合龙段采用安装劲性骨架，悬臂端配重，采用挂篮进行浇筑施工；中跨合龙段，先对梁端进行顶推，安装劲性骨架，悬臂端进行配重，同样采用挂篮进行浇筑施工。为确保成桥后的桥面线形和内力符合设计要求，同时保证整个施工过程安全，对其进行施工监控十分有必要的。

2 施工监控方法

桥梁施工监控方法现普遍采用的主要有3种：开环控制、反馈控制及自适应控制。经过分析本桥的实际情况，经过论证认为宜采取自适应控制方法。自适应方法的原理是当实测数据与理论计算数据存在误差时，分析误差的来源，将误差重新输入到计算模型中，并调节相关参数，最终得到的模型结果与实际一致。再考虑误差修正，优化模型，重新计算后续每一个施工阶段的状态。经过多次的反复修正调节，最终实现实际监测数据与计算结果一致，从而达到对施工后续过程的动态调节与控制。

桥梁监控就是在施工→监测→识别→调整→预告→施工的循环过程中不断地调节使实际情况按照计算状态推进，而在实际操作过程中难免会存在一定的误差。施工监控主要任务为首先对各种参数误差进行分析、识别和调整，然后对结构后续施工作出准确的预测，最终使成桥后的结构线形和内力符合设计要求。

3 有限元模型的建立

在对某特大桥各施工阶段实施控制时，采用有限元程序软件MidasCivil，将其简化为空间三维梁单元，主梁为180个单元，桥墩为32个单元。0号块和1号块在墩顶及托架上浇筑，其余梁段的悬浇筑过程分为三个阶段：前移挂篮浇筑混凝土张拉预应力钢束。在有限元模型仿真分析中，整个桥梁施工过程划分为65个施工阶段，能够准确模拟各个施工阶段中施工荷载、边界条件等因素的影响。

4 主梁线形控制

主梁线形控制中采用精密水准仪对主梁设置的控制点进行标高测量，然后根据测量数据整理测试结果来实现主梁线形的控制，按照确定的观测频率（挂篮前移、梁段浇筑后、预应力张拉后），分3个周期对箱梁梁顶预埋的测点进行测量。测量宜应选在温度、气候变化相对较小的时间段进行，工作时间尽量缩短，避免了日照温差对测量结果的影响，时间宜选择日出前后。

4.1 测点布置

在离已浇梁块前端的10cm处布置主梁标高控制点，采用直径20mm的钢筋，并与主梁顶板钢筋网的上层钢筋竖直焊牢，露出混凝土表面2cm，磨平顶头并用红色油漆涂记。

主梁标高测点布置示意图如下，图中的尺寸均为厘米，图中▽、●符号表示标高测点位置，每梁段两侧的测点和腹板外缘在同一竖直面上。

4.2 监测结果

在主梁各个悬臂施工阶段过程中，需对主桥T构的控制点标高进行跟踪监测。通过分析对比实测值和理论值的偏差，不断地校核调整后续施工阶段的立模标高，对桥梁结构线形进行有效控制。

主梁在每次合攏前都要对整个主梁梁段控制点进行统测，并与理论值对比分析。各跨合龙前两侧梁端的底模标高实测值与理论标高进行对比，见下表。

从上表的实测数据来看，结构线形控制效果良好；主桥合龙前，边跨合龙段两侧梁端的相对高差最大值为10mm，次边跨合龙段两侧梁端的相对高差最大值为6mm，中跨合龙段两侧梁端的相对高差最大值为7mm；成桥后的桥面线形平顺，与理论线形基本保持一致。

5 主梁应力控制

本桥施工周期较长，监控中应考虑传感器的耐久性并能保证测试精度，选用具有温度误差小、性能稳定、灵敏度高、并适合长期观测等特点的振弦式混凝土应变计及配套的读数仪进行应力测试。

混凝土浇筑强度形成过程中收缩变形较大，应力测量应安排在混凝土完成收缩变形较小的阶段进行，在浇筑完成48小时后的夜间或清晨（日出之前）时间段完成应力初始值的测量；0号块和1号块梁段由于体积过大，浇筑混凝土后，需进行24小时连续观测；预应力束张拉后的测试应该在张拉完成后的8小时完成，此时预应力已经施加到整个结构上。

5.1 测点布置

根据本桥受力特点，在主桥上部结构布置20个控制断面，应力测点一共190个，应力控制断面选取在空心薄壁墩根部、主梁根部、1/4跨，其中主梁根部截面在悬臂浇筑过程中处于最不利受力状态，监测过程中需进行重点关注；应力控制断面和测点布置见下图。

5.2 监测结果

在各个施工阶段过程中，从实测数据来看，控制断面的各点应力变化均匀。施工阶段过程中，个别应力实测数据比理论值略大，整体变化趋势一致。桥梁在施工过程中误差较小，控制断面应力实测值接近理论值，说明其结构安全、施工质量可靠。

因主梁控制断面测点较多，只对部分测点应力测量数据和理论值进行比较，见下图，图中正值为压应力，负值为拉应力。

6 结论

（1）对预应力混凝土连续刚构桥进行施工监控时，需根据实际结构施工特点，建立更加细化的计算模型，通过动态调整误差，保证与最终成桥结构状态相吻合。施工阶段的划分和计算参数的选用，应与现场情况相结合。

（2）在主桥合龙之前，合龙段两侧梁端的相对高差最大值为10mm，成桥后的桥面中轴线高差在20mm以内，均符合设计要求。

（3）经过对比分析，各个施工阶段过程中，控制断面的主要测点应力变化均匀，个别应力实测数据比理论值略大，但整体变化趋势一致，表明该桥在施工过程中安全可靠。

（4）成桥后结构线形与理论线形较为吻合；内力状态符合设计要求；表明本桥采用的监控分析方法及理论计算合理、可靠，达到监控目的和要求。

参考文献：

[1]顾安邦，张永水.桥梁施工监测与控制[M].北京：机械工业出版社，2005（09）.

[2]宋玉普.预应力混凝土桥梁结构[M].北京：机械工业出版社，2007（06）.

[3]徐君兰，项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000（08）.

[4]邵容光.关于预应力混凝土连续梁（连续刚构）桥中的若干问题[D].东南大学，2001（12）.

[5]余郁，谢鉴云，承宇，段洪杰.大跨径连续刚构桥施工监控技术[J].2010（12）.

[6]邵容光.关于预应力混凝土连续梁（连续刚构）桥中的若干问题[D].东南大学，2001（12）.

[7]向中富.桥梁施工控制技术[M].人民交通出版社，2001.