超近既有桥梁的大跨度竖曲线钢箱梁桥顶推施工监测技术研究

田顺

摘要：本文根据老桥的使用现状和有限元分析力学特征进行新建桥梁钻孔桩施工期间的老桥变形、应力、振动影响监控分析;通过模拟新建桥梁顶推施工过程的力学行为进行顶推施工期间的导梁和钢箱梁姿态、应力，临时墩变形、应力监控分析。实践结果表明：通过施工监控能够使工程人员及时有效地跟踪老桥状态，实时了解顶推过程的结构受力状况，确保了老桥的安全和新建桥梁的内力状态及成桥线形良好。

关键词：超近既有桥梁;竖曲线;钢箱梁;顶推法;施工监控

1.工程概况及特点

新建南河大桥分左右两幅，主桥单幅桥宽18m，净距0.25m，总宽36.25m。主桥跨径布置为（50+2×70+50）m，上部采用等高连续钢箱梁，梁高2.8m。老桥与新建桥梁临时墩位置关系如图1所示。

2.老桥监测

2.1有限元仿真分析

结合老桥竣工图纸建立有限元模型，考虑结构自重及二期铺装等永久荷载、汽车荷载、温度荷载和支座沉降等典型荷载，进行成桥受力分析。

由有限元计算结果可知：成桥状态下，双曲拱桥主要是跨中下挠变形，最大下挠量为41.457mm，出现在边跨跨中位置;中跨跨中的下挠量为39.856mm。

在旧规范汽车荷载作用下，拱肋在跨中处于下缘受弯而在拱脚上缘受弯，跨中正弯矩最大为452.13kN·m，而拱脚最大负弯矩为1000.3kN·m。全体结构的最大正彎矩出现在四分点位置，最大为632.53kN·m。最大下挠量为2.75mm，出现在中跨跨中位置。

2.2现场监测

鉴于老桥的使用现状和受力特点，本次监控将老桥在施工期间的结构安全和使用状况变化情况作为重点工作之一。老桥监测设置位移监测（包括竖向位移、水平位移、倾斜）、应变监测、桥墩振动监测。

对于老桥观测关键部位的变形与内力等监测数据，实时分析实测数据与预测值的差异，评估老桥有无受到施工产生的较大影响。

2.3实测数据与模型对比分析结果

因老桥监测为期93天，且相同测项每日均进行多次监测，数据、图表庞大，限于篇幅，仅给出文字结论。

新桥钻孔桩施工期间对老桥影响较大，位移监测结果显示老桥位移变化最大点均出现在墩台拱脚处，其中距离施工桩基最近的4#墩拱脚变化值最大，随着桩基施工一度超出理论计算最值，施工完后又逐渐回归至正常范围稳定值。增加监测频率和监测手段，及时采取限流等措施至关重要。应变监测结果显示测点变化范围基本在±100με，最不利点出现在4#墩拱脚及中跨1/4截面处，且受交通高峰期影响显著。振动监测结果显示同一桥墩桩基施工增加一台钻机可使竖向、横向振动加速度增加30%左右，纵向振动加速度增加60%左右，增加钻机数量后主要振动波峰有向高频振动发展的趋势。

仿真计算得到结构最不利位置及相应阈值，现场监测结构变化及发展趋势，及时采取措施和调整阈值，在结构安全可控的前提下确保了工期。

3.新建桥梁监测

3.1有限元仿真分析

采用平面杆系模型进行钢箱梁施工过程分析，钢箱梁采用梁单元模拟，不计桥面混凝土铺装与结构共同作用，仅作为二期恒载考虑。按照设计方给出的施工工序及基本参数，确定合理的成桥状态，然后采用正装计算方法确定各施工状态下的结构受力和变形等控制数据。

在基本组合包络作用下，主梁的最大挠度为63mm，规范要求值为L/500=200mm，结构刚度满足设计规范要求。根据《公路桥梁钢结构设计规范》，钢桥需设置预拱度，预拱度值为恒载标准值+0.5活载，算得边跨跨中预拱度为45mm，中跨跨中为75mm。

最不利工况为悬挑最大工况，此时导梁前端下挠183mm;钢箱梁最大弯矩出现在箱梁与导梁连接处，为负弯矩，值为-28656kN·m;最大剪力为3016kN。临时墩最大水平位移10mm，最大沉降8mm，单墩承载力满足规范要求。

3.2现场监测

通过计算得到施工过程和成桥状态理论控制数据，据此进行现场监测，监测内容包括：①基于设计坡度和成桥预拱度的钢箱梁制作预拱度线形;②基于制作预拱度变曲率竖曲线形的钢箱梁各支承面标高的初始线形、调整时机和每次调整量;③钢箱梁顶推过程中各支墩的最大反力、钢箱梁及导梁关键截面的正应力等;④顶推过程中钢箱梁及导梁的实时线形，临时支架的变位;⑤每轮顶推结束后尾段梁的标高和转角等。⑥钢箱梁合龙端的预抬量及端部转角等;⑦成桥状态的全桥结构理想构形;⑧成桥状态全桥各关键截面和关心部位的应力。

3.3实测数据与模型对比分析结果

临时结构及钢箱梁变形和应力在导梁前移施工过程中处于正常状态，导梁变形处于正常状态且小于理论值，临时结构变形均小于L/400mm（L为临时结构计算跨度）。顶推过程中6#墩支架纵向位移出现大于理论计算值情况，施工稳定后回归正常，竖向沉降变形接近限值后未有明显增加。6#、7#墩位置支架右侧斜钢管处应力较大，最大105.28MPa、87.04MPa，达到了钢材设计强度值的45%、37%，安全系数为2.3、2.7，其余支架应变监测值均正常。现场实时监测保证了施工顺利进行，桥梁施工线形与理论成桥线形基本吻合。

4 结论

通过对超近既有桥梁的大跨度竖曲线钢箱梁桥顶推施工监测技术研究，得到的结论如下：

（1）有限元仿真计算模拟分析可预演施工过程，把握施工过程中结构的受力状态，找出最不利工况，与实际监测结果基本吻合。

（2）超近既有桥梁进行钻孔桩施工对老桥影响较大，老桥位移变化最大点均出现在墩台拱脚处;应变测点变化范围基本在±100με，最不利点出现在拱脚及中跨1/4截面处;增加钻机数量后纵向振动加速度影响最大，且主要振动波峰有向高频振动发展的趋势。

（3）导梁最大变形小于理论计算值，安全系数富余。顶推过程中支架局部位移和应力出现大于理论计算值，稳定后回归正常或接近限值后未有明显增加情况。临时结构在保证施工质量的前提下可适当减小安全系数。

参考文献

[1]郭宝利，黄基峻.桥梁顶推施工中线控制及变形监测技术研究[J].经纬天地，2020（05）：18-22.

（中国铁建大桥工程局集团有限公司 江西 赣州 341000）