长白铁路桥梁转体施工监测技术

郑义

摘 要：本文根据长白铁路跨既有线铁路桥梁悬灌法施工桥梁，实现转体的实践，详细描述铁路桥梁转体施工中有关监测技术，为同类铁路桥梁转体施工、悬灌法浇筑桥梁监测提供监测方法，为类似转体桥梁的设计、施工提升水平做出贡献。

关键词：悬灌施工；平轉法；球铰体系；称重试验；监控量测

1 前言

悬臂现浇法施工转体桥，从桥梁在施工中受力过程看，要经历变长度悬臂梁，结构体系经历多次转换，转体桥梁施工的基本原理就是通过承台中的球铰进行转动，使上球铰克服滑到之间的摩擦力矩，利用上转盘的牵引锁，实现梁体转动。桥梁的转体过程中，球铰受力、梁体转动控制比较复杂，桥梁施工监控是对各个部位在施工中各个体系的受力、变形及稳定进行量测，使桥梁结构处于最优状态，保证成桥符合设计、规范要求。桥梁平转法施工的转动体系主要有以下部分组成：转动支承系统、牵引动力系统、转动平衡系统。难点在于该梁转体如何准确就位，且合拢后又能保证其梁体线形。所以要在施工过程中加强监控量测及模型分析，确保桥梁转体施工的顺利实施。

2 工程概况

跨珲乌高速公路特大桥位于吉林白城与大安之间，起讫桩号里程为DK208+162.320～DK214+562，中心里程为DK211+362.71，特大桥全长6399.68m。

全桥孔跨样式：（14-24m）双线预应力混凝土简支T梁+（162-32m）双线预应力混凝土简支T梁+3联（32+48+32m）双线预应力混凝土连续梁+1联（48+80+48m）双线预应力混凝土连续梁+1联（60+100+60m）双线预应力混凝土连续梁。

其中48+80+48m连续梁位于大安北站内，跨既有长白线里程为K213+250，梁部施工里程范围K213+100～K213+400，跨越铁路线8条，其中含教育练兵线一条（拆除），迂回线一条（临时拆除），驼峰线一条（降峰改造）。中跨合龙段在长白铁路线上方，边跨合龙段在铁路护栏外。81#、82#墩T构转体角度60.54度，均为顺时针方向。

3 监测内容

转盘内力监测、墩身应力监测、箱梁内力监测、梁面高程、T构称重监测、桥梁线形监测。

4 监测实施

4.1 线形监测

线性监测主要内容有：悬灌梁主梁高程、跨长、临时结构变形及位移和主梁轴线偏位等内容。每阶段高程控制包括一工况挂篮模板定位标高；二工况混凝土浇注后标高；三工况预应力张拉后标高。在施工过程中的监控量测需要给出挂篮模板的定位高程，在挂篮模板底板模上选择控制点；另外要给出挂篮模板加载后的高程，即混凝土浇筑后的状态高程，用于结构状态的校核，预测预测待浇节段的计算参数、调整与优化成桥线形，得到待浇节段的施工标高。其次是给出预应力张拉后的高程，反馈计算值是否合理。

4.1.1 仪器选择

监测仪器轴线和里程用全站仪进行量测，高程选用自动安平水准仪进行量测。

4.1.2 控制点布设

水准控制点和测点，如0号块测点位置下图。

4.1.3 截面测点布置

截面测点布置如图2，梁顶的设计标高由顶板测点可以控制，梁底标高由底板测点可控制。

图2 界面测量点布置

4.1.4 测量时间

测量时间在早7：00左右和下午5：00以后进行。要对温度变化引起的挠度影响进行量测，找出规律，

4.1.5 实测项目

调整模板标高时测量；绑扎钢筋后复测；混凝土浇筑完后测量；预应力张拉前测量；预应力张拉后测量。

4.2 应变监测

选用埋入式钢弦应变传感器和钢弦频率接收仪作为应力观测仪器。当混凝土发生应变时，埋在混凝土内的应变计同时发生变化，它根据应变的大小而输出不同的频率。根据它的输出频率，用以下公式计算混凝土发生的应变。

压：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

拉：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

式中：

x——微应变（με）；

f0——初始频率（即0点）；

f——输出频率；

A——截距；

k——系数。

4.2.1 下转盘应变监测

在转体过程中，测量下转盘混凝土应变的变化推算出混凝土的应力，进而可以推断转体体系的重心位置的变化状况，从而控制转体姿态。桥墩浇筑前后、主梁混凝土浇筑后、主梁预应力筋张拉后、主梁脱架前后、转体前后，合拢段施工前后，下转盘混凝土应力共监测10次。应变测点布置见图3。

图4为下转盘实测应力变化曲线图，结果可以看到拆除临时支撑前下球饺下面的混凝土受力不大，拆除临时支撑后，受力传递分配到下球饺下面的混凝土上。下球饺下面的混凝土受力相对较均匀，且都在安全范围内。

4.2.2 主梁应变监测

埋入式钢弦应变传感器按预定的测试方向固定在主筋上，测试导线引至混凝土表面。每个T构布置6个断面，分别为主梁的根部、跨和合龙段截面。

每个断面布置8个测点，测点方向均为顺桥向布置；共计64个埋入式钢弦应变传感器。需要预埋传感器的截面如图5所示，每个截面传感器预埋位置见图6。

图7为箱梁混凝土应力测试值对照图，显示应力均小于混凝土的应力容许值，结构安全。

4.3 温度监测

4.3.1 转盘温度监测

本工程中转盘尺寸大，属于大体积混凝土，为了保证结构在混凝土水化过程中产生的热量不引起混凝土开裂，采取了在混凝土结构中埋设一定数量的冷却水管冷却的方式使混凝土结构降温，为了监测混凝土结构内部温度在下转盘的靠近模板位置、靠近冷却水管的位置和远离冷却水管的位置布置温度传感器。在下转盘混凝土浇筑后三天内进行连续观测。

4.3.2 箱梁温度监测

在悬灌梁施工中要对箱梁整体温度进行量测，分析箱梁整体温度分布状态，有效较少和克服温度变化对施工结构工况的影响。在侧梁上设观测截面，把测温原件直接埋入混凝土内，测试导线引到混凝土表面。箱梁温度测点分布见图8。

图8 温度测点布置示意图

4.4 称重试验

长白铁路称重试验测试采用球铰转动法测试不平衡弯矩，这种测试方法的原理是：测试刚体位移突变的方法进行测试，受力明确，而且只考虑刚体作用，而不涉及挠度等影响因素较多的参数，结果比较准确。

球铰转动法测试不平衡弯矩测试方法：假设梁体可以绕球铰发生刚体转动。当脱架完成后，整个梁体的平衡表现为两种形式之一（见图9和图10）：

（1）转动体球铰摩阻力矩（MZ）大于转动体不平衡力矩（MG）。此时，梁体不发生绕球铰的刚体转动，体系的平衡由球铰摩阻力矩和转动体不平衡力矩所保持；

（2）转动体球铰摩阻力矩（MZ）小于转动体不平衡力矩MG）。此时，梁体发生绕球铰的刚体转动，直到撑脚参与工作，体系的平衡由球铰摩阻力矩、转动体不平衡力矩和撑脚对球心的力矩所保持。

4.4.1 珲乌高速公路特大桥转体称重

跨珲乌高速公路特大桥项目共有两个转体，称重结果如下。

A.81#墩T构称重结果。撑脚固结解除后，对81#墩处的撑脚进行观察，T构未发生明显偏转，由此可以判断球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩。

先在小里程侧顶梁使梁体转动，当梁体位移发生突变时，支反力P1=1528 kN，再在大里程侧顶梁使梁体转动，当梁体位移发生突变时，支反力P2=1191 kN。81#墩T构称重位移-支点反力图如图10、图11所示。

B.82#墩T构称重结果。撑脚固结解除后，对82#墩处的撑脚进行观察， T构未发生偏转，由此可以判断球铰摩阻力矩大于转动体不平衡力矩。

先在小里程侧顶梁使梁体转动，当梁体位移发生突变时，支反力P1=944 kN，再在大里程侧顶梁使梁体转动，当梁体位移发生突变时，支反力P2=1117 kN。82#墩T构称重位移-支点反力图如图12、图13所示。

C.称重结论。由图10可得：

不平衡力矩：

[MG=P2×L2-P1×L12]

摩阻力矩：

[MZ=P2×L2+P1×L12]

球铰静摩阻系数：

[μ=MZ0.98RN]

转动体偏心距：

[e=MGN]

式中：

R——球铰中心转盘球面半径（m）；

N——转体重量（N）。

不平衡力矩测试结果见下表：

悬臂T构不平衡力矩测试结果统计

由于82#墩T构不平衡力矩較小，且边跨较重，82#墩T构可不做配重。

按照磨心支撑平衡转体配重要求：

81#墩T构需要配重=N×e/（悬臂长度-配重距梁端距离）

按力臂10m计算：81#墩T构需要在大里程侧配重约8.425t。

5 其他监测内容

为了保证转体过程中桥梁结构安全和确保既有线路的运营安全，必须随时掌握转体结构在转动过程中的主梁前端竖向位移、撑脚位移、转动速度、主梁前端横向加速度、主梁前端竖向振动和转体前后控制断面应变的变化情况，需对各项主要控制参数进行随时监测，

6 结束语

由于桥梁设计理念的不断创新，桥梁施工技术不断进步，桥梁施工过程的合理性和安全性不确定因素越来越多，在施工阶段，通过监测手段，监测桥梁的线性，桥梁墩柱等部位的内力变化，反馈指导和修正在桥梁施工过程中的参数，保证桥梁建设过程中的安全，建成后的成桥自然美观，需要不断提高监测技术。

参考文献：

[1] 杨耀福.T型刚构桥水平转体技术研究.石家庄铁道学院硕士论文，2007.

[2] 向忠富.桥梁施工控制技术.

[3] 中铁建大桥工程局.京秦高速公路万吨级转体桥施工控制技术研究.