猴子河特大橋連續剛構施工監控方法

楊正成

（貴州省橋梁工程總公司，貴州 貴陽550001）

1 工程概況

猴子河特大橋是廈蓉高速（貴州境）榕江格龍至都勻段第BT7合同段的一座特大橋，位于三都縣都江鎮千秋村，橋分左右線橋，左線橋長879m，橋型為3×50m先簡支后連續預應力混凝土T梁+115+220+115m懸澆預應力連續剛構+5×50m先簡支后連續預應力混凝土T梁+1×25m預應力混凝土箱梁，右線橋長911m，橋型為4×50m先簡支后連續預應力混凝土T梁+115+220+115m懸澆預應力連續剛構+5×50m先簡支后連續預應力混凝土T梁。左右線主橋均采用三跨預應力混凝土連續剛構，跨徑設置為115m+220m+115m，主橋長450m，主橋下部結構為空心薄壁式橋墩、樁柱式橋墩，主橋邊跨4#墩高102.86m，主跨5#墩高132m，主跨6#墩高135m，邊跨7#墩高65.86m。連續剛構橋采用單箱單室截面，箱梁為三向預應力結構。箱梁頂板寬13m，底板寬7m，外翼板懸臂長3m，箱梁頂板設置成2%的單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現澆段梁高5m，墩與箱梁相接的根部斷面處梁高為13.5m。圖1為猴子河特大橋主橋橋型布置圖。

主橋采用懸臂施工法，兩對掛藍對稱現澆施工，并且兩個“T”構同時施工，箱梁0號段長13m，每個“T”構縱橋向劃分為26個對稱梁段，梁段數及梁段長度從根部至跨中分別為10×3.0m、8×4m、8×5m，累計懸臂總長102m，如圖2所示。1號~26號梁段采用掛藍懸臂法澆筑施工，全橋共有3個合攏段，分別是兩個邊跨合龍段和中跨合龍段，合龍段長度均為2m，邊跨現澆段長4.5m。

對于這樣一座大跨度連續剛構橋，由于采用懸臂施工，施工過程中會發生體系轉換，雖然設計會提供各節段主梁的施工預拱度，但由于設計值都是基于規范來確定設計參數，這可能會與施工現場實際的材料存在一定的誤差，從而導致設計計算與施工實際有出入，另外，環境溫度的變化，以及具體施工機具的差異等都會對橋梁的施工帶來影響。

2 施工監控的目標和主要內容

對橋梁施工過程進行監控的主要目標有兩個：一是施工過程中結構的安全性，即保證混凝土和鋼筋的應力和應變，以及結構的撓度，均在設計控制的范圍內；二是控制施工合龍的精度，即保證橋梁的成型尺寸在設計范圍之內。

對于猴子河特大連續剛構橋，由于采用懸臂分節段施工，是自架設體系，其施工過程復雜，包括主墩施工、主梁0號塊施工、主梁懸臂節段施工、合龍段施工等階段，主梁各節段施工又包括立模、綁扎鋼筋、混凝土澆筑、預應力鋼束張拉與灌漿及掛藍行走等工序。各施工階段是一個連續、系統的施工體系，前期工作的成果直接影響后期階段的結果，特別是施工標高偏低的情況是很難在后續階段予以彌補的。總體而言，施工控制的主要內容有確定控制方法和建立控制系統、施工控制分析、施工監測及信息反饋、實施控制等。具體內容包括如下幾個方面。

箱梁高程控制。主橋高程控制是施工監控的重點。高程控制的目的是準確提供每個箱梁節段的立模標高。由于懸臂施工中箱梁撓度受混凝土密度、彈性模量、收縮徐變、日照溫差、預應力、結構體系轉換、施工荷載和橋墩變位等因素影響，導致箱梁計算撓度有差異。實際立模標高應根據實測結果，分析撓度產生差異的主要因素后調整給出。

箱梁平面線形控制。主橋平面線形控制是監控每施工一個箱梁節段，橋軸線實際平面坐標是否與設計平面坐標吻合。由于影響因素相對少，因此，平面線形控制比箱梁高程控制簡單，屬常規測量監控。

主橋應力監控。主橋應力監控的目的是確保橋梁安全施工。彎矩和剪力是主梁中起控制作用的內力，根據主橋在各施工階段的受力特征和相應的內力分布，可知主梁各截面的上、下緣正應力和支點附近至四分之一跨段內的主控應力是應力控制的重點。

結構的穩定性控制。要保證各施工中結構的安全，需要對橋梁各施工工況進行穩定性計算，并結合現場應力監測數據進行分析判斷，確保橋梁的穩定安全系數能滿足要求。

材料參數的測試。反映材料特性的參數，如彈性模量、強度、密度、熱膨脹系數等對結構內力以及變形影響很大。因此，在施工過程中對橋梁所用混凝土、鋼筋和鋼絞線等主要受力材料進行物理和力學參數檢測，將檢測結果應用于施工監控分析，從而保證監控分析結果符合實際情況。

溫度測試。對于大跨度連續剛構橋梁，溫度對施工過程中箱梁撓度的影響，以及對合龍后全橋內力的影響都不可忽視。有資料表明，在長懸臂施工階段，由于溫度變化而在懸臂端產生的撓度可超過40mm,這對施工階段撓度觀測結果會產生很大的干攏。

3 施工監控的方法

針對猴子河特大連續剛構橋的具體情況，對其進行施工控制的方法應該是以預測控制為主，輔以后期調整修正。猴子河特大橋連續剛構的施工監控重點應是主梁標高即線形的控制，同時進行應力檢測以保證結構安全。具體監控的方法包括：

位移監測和箱梁立模標高的確定。在每個橋墩承臺頂和墩頂各設2個觀測點，在懸臂澆筑段前端主梁頂面的腹板中心和箱梁截面中心處布置測點。為了便于分析實測結果，將箱梁懸臂施工分為3個階段：掛藍前移；澆筑混凝土；張拉預應力。對于掛藍前移和澆筑混凝土階段，需要觀測現澆段以及相鄰幾個已澆節段的標高，對于張拉預應力階段，現澆和已澆段均要觀測。另外，在合龍前、合龍后以及二期恒載加載前后，對全橋的標高要進行全面復測，以保證實測線形與理論線形吻合。

控制主梁線形最直接和最有效的方法是根據實測值對理論值進行修正后確定各箱梁節段的立模標高。各種誤差引起主梁標高的變化，都可以通過調整立模標高予以修正，從而使主梁合龍后的成橋線形盡可能吻合設計線形。

箱梁立模標高的理論計算公式（成橋目標線形）：

式中，Hin為第n施工階段第i節點的立模標高，Hi為i節點的設計高程；fiy為i節點的預拱度；fin為i節點從n施工階段到成橋的累計撓度。

由于材料特性、荷載偏差、溫度變化、混凝土收縮徐變以及預應力筋松馳等因素，實際情況與理論計算有一定差異，因此，需要對理論立模標高進行不斷修正。箱梁實際立模標高為：

式中，His為第i節點實際立模標高；fg為掛藍彈性壓縮變形；

Δfi為根據撓度觀測結果和懸臂變形的趨勢而確定的撓度調整值。

以上Hi和fiy通過成橋設計驗算確定，fg通過掛藍試驗得到。，fin通過倒退分析法確定。倒退分析法的基本思路是假定T=T0時刻結構內力分別滿足前進分析法T0時刻的結果。在此初始狀態下，按照前進分析的逆過程，對結構進行倒拆，分折每一次拆除一個施工階段對剩余結構的影響。fin假定的是一個理想的施工狀態，施工過程中，橋梁施工的進度并不是完全按照設計的進度完成的，周圍的環境和氣溫也不是一成不變的，合龍的溫度也不一定是設計的合龍溫度，因此，fin并不能完全滿足實際施工的需要，要用Δfi來調整的。Δfi是基于對施工過程相關材料參數、氣溫、環境等測試，通過計算分析、撓度觀測結果和懸臂變形的趨勢而確定的撓度調整值。

在實際立模計算中，如果實測值和理論值偏差不大，并且能從數值偏差中找出規律，則立模標高能比較準確地給出；如果偏差較大或無規律，則需要用線性回歸理論和灰色理論來分析和預測。

應力監測。施工監控需要結構關鍵截面的受力情況進行應力監測，適時發出安全預警以采取處置措施來保證結構安全。主梁應力的測試斷面分別選在每跨的支點附近1號塊截面、L/4、3L/4和跨中截面，根據施工情況可適當增加測試斷面。在每個測試斷面的頂板、底板和腹板上布置觀測點，預埋觀測元件。目前，對應力的監測是通過應變計來完成的。應變計分為兩種，一種是鋼筋應變計，在澆筑混凝土之前預埋；另一種是混凝土表面應變計，拆模后安貼。

同位移監測一樣，在每個標準梁段的施工過程中，觀測掛藍移動、澆筑混凝土以及張拉預應力幾個工況下各測點的應力值；在合龍前后和二期恒載加載前后，對全橋所有測點作全面復測。

溫度測量。溫度是影響主梁撓度的因素之一，溫度變化可分為兩部分，一部分為體系溫差，即橋體隨環境溫度均勻升降，一部分為日照溫差，即箱梁上下緣存在的溫差。主梁體系溫差一般不產生撓曲，但在環境溫度驟熱驟冷升降變化時，應引起足夠的重視。橋墩的溫度升縮則表現為墩頂的豎向位移，會引起主梁標高變化，從而影響梁端撓度。日照溫差，即箱梁的上下緣溫差與橋墩兩側的溫差，可引起主梁與墩身撓曲變形，使主梁產生撓度，同時會引起墩身偏移。在實際溫度監測中，一般選擇早晨太陽未出來前對撓度進行觀測，可以有效地消除日照溫差的影響。測點布置：全橋（指左、右幅）選擇2個溫度測試面，每個截面各布置24個溫度測點，全橋共48個溫度測點。測溫度的溫度傳感器先固定在鋼筋上，測試導線引到混凝土表面。

4 施工監控控制分析及成果要求

主梁線形控制與分析。通過對主梁線形觀測結果，掌握觀測點水平位移與標高誤差是否在允許范圍內，尤其是各箱梁塊件的實測標高與預測標高和設計標高的變化趨勢是否相同，實測標高是否在預測標高周圍上下波動，對發生較大變動，要查明原因，給予認真分析處理。

應力控制分析。通過對現場應力應變的測量結果，分析每一階段受力是否苻合連續剛構橋的受力特點，分析連續剛構的受力特別是彎矩和剪力是否符合設計要求，如果與設計內力發生出入，分析其發生原因，合理處理，并對施工過程中未做好或未注意的地方給予及時的糾正。

溫度觀測監控分析。通過對體系溫差及日照溫差的觀測，將其與橋梁設計成橋狀態進行比較，發現其差異，并將施工過程的溫度影響因素考慮到施工監控應力應變分析中，對相應施工階段在應力應變及立模標高等提出的數據提供支撐，確定橋梁在施工中處于正確的監控狀態。

總之，通過施工監控，對影響影響連續剛構橋的各因素進行分析并給予正確的處理，保證橋梁安全順利地施工，保證橋梁成橋滿足設計及規范要求。

5 結束語

連續剛構橋懸臂施工監控是一項系統工程，它涉及了結構分析、預測理論、實測方法以及數據處理等多方面的問題。本文針對猴子河特大橋連續剛構橋的具體情況，對其施工監控應包括的內容及適用方法進行了探討，期望其能對猴子河大橋順利建成有所幫助。

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