小半径曲线上多跨连续大跨度钢构桥线形控制及应力监测

庞同军

（中铁十六局集团第五工程有限公司 河北唐山 064000）

1 工程概况

1.1 工程简介

小江特大桥为云南格巧高速公路施工重要控制性工程，格巧高速起于昆明市东川格勒，止于巧家葫芦口，全长64公里，是川滇渝快速新通道的重要组成部分。小江特大桥位于昆明市东川区拖布卡镇格勒村，大桥全长1268 m，大桥地处小江断裂带和地震带，地质条件十分复杂，集深桩、高墩、大跨于一体，最高桥墩高90米，是全线连续钢构桥里长度最长、投资最大、工期最紧的一座大桥。

大桥主桥为跨径70+5×120+70 m连续刚构桥，上下行分幅布置，桥梁纵坡0.7%，引桥昆明侧为（4×40+4×40）跨T梁，巧家侧为5×40m跨T梁；曲线半径R=1100 m，抗震设防烈度8度。主梁采用C55混凝土，采用三向预应力混凝土结构。主墩采用C40双肢实心墩，下部基础采用承台接群桩基础。主梁横断面采用上下分离的单箱单室箱型截面；箱梁高度按1.8次抛物线变化，支点处梁高7.5 m，跨中梁高3.0 m，箱梁顶宽12.25 m，底板宽度6.5 m。

1.2 工程地质条件

本段地层结构较为复杂，起点桥台上覆地层主要为第四系全新统坡积(Q4dl)碎石土，冲洪积层（Q4al+pl）砾砂、卵石土，更新统（Qpal）砾砂，下伏基岩为寒武系龙王庙组（∈2l）白云岩，寒武系沧浪铺组（∈2c）砂质泥岩、粉砂岩，筇竹寺组（∈2q）炭质页岩、砂岩、粉砂岩。

2 标高控制点布设及测量方法

根据小江特大桥连续刚构桥悬臂浇筑施工期间的受力特点，结合应力测试内容及理论计算分析资料，在每个主墩0号块的中心埋设水准点标识，用于主梁立模标高控制及主梁变化情况监测[1-2]。共布设12个水准点，分别为Z9, Z10, Z11, Z12, Z13, Z14, Y9, Y10, Y11, Y12, Y13, Y14，具体如图1所示。

所有0#块的水准点采用二等水准测量方法从一侧引桥已知点闭到另一侧引桥已知点上，使全桥贯通，并定期进行复测，保证整个连续刚构桥梁线形顺畅，美观，精度满足规范要求。

图1 水准线路布置图

3 主梁线形控制

3.1 预拱度设置影响因素

（1）一期恒载、预应力；

（2）二期恒载及1/2活载；

（3）结构体系转换（顶推）；

（4）挂篮自重及变形；

（5）墩身压缩；

（6）施工期收缩徐变；

（7）运营期收缩徐变；

（8）环境温度和气候；

（9）施工时长；

（10）施工临时荷载、平衡重和配重等因素。

3.2 预拱度设置方法

（1）理论计算与经验结合；

（2）经验：根据目前经验中跨最大预拱度应设置在L/1000,即12公分。本桥中跨跨中最大经验抬高值按L/1000取值[3]，即中跨跨中截面抬高值为12 cm, 墩顶截面抬高值为0，按中跨跨中单元的竖向位移影响线对中跨各截面进行分配，边跨最大经验抬高值按中跨经验值抬高值的1/4进行取值，即边跨最大抬高值为3 cm,墩顶截面抬高值为0。

（3）考虑参数的差异和后期收缩徐变的不确定性，本桥预拱度取值为：成桥10年累计变形量+活载变形量/2+经验抬高值[4]。

3.3 节段标高点布置

在主梁悬臂施工的每一个标准节段内，在横向截面左、中、右各埋设一个标高点，左边距离边缘约60 cm，中间为桥梁中心线处，右边距离边缘约60 cm，距离端头10 cm为宜，测点采用Φ20钢筋制作，与顶板钢筋垂直焊接，漏出混凝土面2-3 cm为宜，顶部磨平，浇筑完混凝土用红油漆标记清楚，施工过程中严禁破坏。为了便于区分，分别将界面左、中、右的监测点标准为A、B、C，例如10号块就为10-A, 10-B,10-C, 便于数据的整理及观测，如图2所示：

图2 横截面监测示意图

3.4 节段标高测量

在整个施工过程中主要每个节段观测内容包括：挂篮前移及立模、混凝土浇筑前后、预加力张拉前后，拆除挂篮后、边（中）跨合龙前后、后期预应力钢筋张拉前后、最终成桥后的主梁标高值[5]。在施工过程中，对每一节点进行观测，以便观察各点的挠度及箱梁梁轴线的变化历程。并以这些观测值为依据，进行有效的施工控制，以保证箱梁悬臂端的合龙精度及桥面的线形。

3.5 节段标高观测时间

为尽量减少温度的影响，挠度的观测安排在早晨 9∶00前，气温尚未上升时进行[6]。

3.6 立模标高的确定

在建立了正确的计算模型和性能指标之后，依据设计参数和控制参数，结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等，输入前进分析系统中。从前进分析系统中获得结构按施工阶段进行的每阶段内力和挠度及最终成桥状态的内力和挠度，假设成桥为理想状态，对桥梁结构进行倒拆分析，利用前进分析所得的数据，可获得桥梁结构最终理想状态的各阶段的预拱度值[7-8]。根据设计标高、现场测试的混凝土材料性能、温度资料，对施工过程中各工况高程及应力测点观测结果进行详细分析，对计算预拱度值作适当的调整，提供施工立模标高。从而保证桥跨结构施工期间线形符合设计要求并考虑混凝土长期收缩徐变等不利因素对结构线形的影响。

提供的施工立模标高：

HL = HS + YY + △g

式中：HL—立模标高；

HS—设计标高；

YY—调整后的预拱度值

△g—挂篮变形值

4 主墩及主梁应力监控

桥梁结构在施工过程中及在成桥状态的受力情况是否与设计相符合是施工控制必需明确的重要问题[9-10]。通常方法通过结构应力监测来了解结构实际应力状态，若发现实际应力状态与理论应力状态的差值超限，就要及时进行原因查找和调控，使将其控制在允许范围内变化。结构应力控制的成功与否不像变形控制那样易于发现，若应力控制不力将会给结构造成危害，严重时将发生结构破坏，所以应力控制显得尤为重要[11]。小江特大桥主跨跨径为120 m，为了确保大桥施工的顺利实施，保证大桥在施工过程中的强度、稳定安全，了解大桥各控制截面受力行为及应力分布，需对大桥进行实时应力监测，以便及时发现问题，并有效控制、处理，使桥梁结构在施工过程中处于安全受力状态[12-13]。

4.1 测点布置

根据小江特大桥施工监控方案及连续刚构桥悬臂浇筑施工期间的受力特点，结合应力测试内容及理论计算分析资料，在主桥桥墩墩底（距承台顶面 2.0 m 高位置）、墩顶截面及主梁中跨、边跨悬臂根部、边跨跨中，中跨 L/4、中跨跨中、中跨 3L/4 等关键截面布设应力测点，截面测点布置详见图3~图4。

图4 箱梁悬臂根部截面应力测点

采用智能弦式混凝土应变传感器，通过无线遥测系统，测得各施工阶段各关键截面的混凝土应力，并与计算理论应力及混凝土强度设计值比较，分析结构受力状态。下面已左幅9#墩部分节段为例做个简单的说明，如表1及图5所示。

表1 左幅 9#墩墩底截面混凝土应力分析表

图5 9#墩墩底截面混凝土应力分布曲线图

从表中可以看出，桥梁结构各测试截面混凝土实测应力与理论应力基本接近，实测值远小于混凝土轴心抗压强度设计值（C40：18.4MPa C55：22.4MPa），各测试点未出现拉应力，说明桥梁结构受力状况正常，结构处于安全状态。

5 结 论

本文以小江特大桥为依据，分析了施工各阶段大跨度刚构桥的受力及变形特性，得到了如下结论：

（1）预拱度设置时需要考虑参数的差异和后期收缩、徐变的不确定性的影响；

（2）挠度测试应发生在上午9点之前，以消除温度效应的影响；

（3）采用良好的数值模型，能够准确预测不同施工阶段的应力及变形特点；

（4）良好的理论计算及实时的监控，确保施工各个阶段受力满足要求，保证了桥梁顺利合拢。