淺析疏港航道工程204國(guó)道橋主橋施工監(jiān)控

徐善中 張彩燕 李求源

1 概述

連云港疏港航道工程204國(guó)道橋主橋采用75 m+125 m+75 m變截面預(yù)應(yīng)力混凝土單箱單室連續(xù)梁橋,橋面寬15 m,箱梁在中支點(diǎn)處高度為7.3 m,跨中處高度為2.9 m,箱梁高度從距墩中心2.5 m處到跨中合龍段處按照二次拋物線變化。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),縱向、橫向均采用預(yù)應(yīng)力鋼絞線,豎向采用高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋。箱梁臨時(shí)固結(jié)采用在墩頂設(shè)置鋼筋混凝土臨時(shí)支座的方案。主橋主墩采用鋼筋混凝土矩形橋墩,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主橋箱梁采用菱形掛籃(重590 kN)對(duì)稱懸澆法施工,各單“T”箱梁除0號(hào)梁段和邊跨直線段分別采用墩旁托架和支架現(xiàn)澆外,其余均采用對(duì)稱平衡移動(dòng)掛籃逐段澆筑法施工。箱梁邊、中跨合龍段長(zhǎng)度均為2.0 m,邊跨現(xiàn)澆段長(zhǎng)度為11.5 m,墩頂0號(hào)梁段長(zhǎng)度13.0 m,縱向懸澆分成15個(gè)梁段,長(zhǎng)度分別為3×3.0 m+4×3.5 m+8×4.0 m。

2 主梁施工監(jiān)控實(shí)施

2.1 監(jiān)控組織與管理

根據(jù)204國(guó)道橋的施工工藝特點(diǎn),專門(mén)成立監(jiān)控項(xiàng)目組,同時(shí)成立專家顧問(wèn)組對(duì)施工監(jiān)控重大技術(shù)問(wèn)題提供建議,指導(dǎo)監(jiān)控項(xiàng)目組更好的完成施工監(jiān)控工作。監(jiān)控項(xiàng)目組下設(shè)計(jì)算分析小組、應(yīng)力測(cè)量小組、變形測(cè)量小組、溫度測(cè)量小組等,實(shí)時(shí)采集施工現(xiàn)場(chǎng)荷載信息和結(jié)構(gòu)相關(guān)信息并對(duì)采集的各種信息進(jìn)行誤差分析、篩選,通過(guò)分析和不斷修正計(jì)算參數(shù)使計(jì)算分析參數(shù)反映結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況。把握住施工過(guò)程,預(yù)估施工狀況,達(dá)到施工控制的目的。

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的建立與分析

204國(guó)道橋計(jì)算軟件采用“橋梁博士”V3.0,根據(jù)確定的施工方案采用前進(jìn)法建立平面桿系模型進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)離散為90個(gè)單元共有91個(gè)節(jié)點(diǎn),根據(jù)施工程序?qū)κ┕み^(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算。孔道摩阻系數(shù) μ=0.25,偏差系數(shù)k=0.001 5,錨具一端回縮值按6 mm考慮。模型中的計(jì)算參數(shù)取值如表1所示。

表1 材料特性表

2.3 監(jiān)控工作實(shí)施

204國(guó)道橋主梁施工監(jiān)控是一個(gè)施工→量測(cè)→判斷→修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過(guò)程,主要通過(guò)在主梁結(jié)構(gòu)各主要部位埋設(shè)傳感器和相關(guān)的測(cè)試儀器,按照施工工藝流程和施工工況不間斷地測(cè)試,采集施工監(jiān)控相關(guān)結(jié)構(gòu)幾何和力學(xué)相關(guān)信息,同時(shí)收集結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)、混凝土材料常規(guī)試驗(yàn)信息和混凝土超方情況等;并通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行篩選和誤差分析,不斷修正計(jì)算參數(shù),反復(fù)計(jì)算,使計(jì)算模型更接近實(shí)際結(jié)構(gòu),指導(dǎo)施工控制工作。204國(guó)道橋作為大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋,采用掛籃懸臂澆筑的施工工藝,橋梁施工監(jiān)控工作主要包括兩方面內(nèi)容：變形監(jiān)控和應(yīng)力監(jiān)控。

2.3.1 變形監(jiān)控

204國(guó)道橋主梁施工過(guò)程中的撓度計(jì)算考慮了施工一期恒載、施工臨時(shí)荷載、大自然溫度濕度變化、橋墩變位、基礎(chǔ)沉降、施工誤差等因素的影響按照彈性和徐變撓度兩部分進(jìn)行計(jì)算和控制;預(yù)拱度的設(shè)置是將從施工開(kāi)始到完工后5年時(shí)間每一節(jié)段端點(diǎn)的彈性和徐變總撓度曲線及數(shù)值反向設(shè)置[1];為了施工的簡(jiǎn)化,該橋在主跨跨中設(shè)置了10 cm的預(yù)拱度,其他節(jié)點(diǎn)按照二次拋物線內(nèi)插確定。204國(guó)道橋變形監(jiān)測(cè)工作根據(jù)主梁節(jié)段劃分和施工工藝,主要包括掛籃變形監(jiān)測(cè)、主梁變形監(jiān)測(cè)和主墩沉降監(jiān)測(cè)等。該橋主梁懸澆施工掛籃采用菱形掛籃(重590 kN),主梁零號(hào)塊施工結(jié)束后在梁頂組拼掛籃并按照最大梁段施工重量的120%分級(jí)預(yù)壓,檢驗(yàn)施工掛籃可靠性的同時(shí),獲得掛籃的荷載—變形曲線,為梁段施工過(guò)程預(yù)測(cè)掛籃變形值提供參考。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主梁在整個(gè)施工過(guò)程中的變形,主梁變形監(jiān)測(cè)截面位置和測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖1,圖2所示。

主梁懸臂澆筑施工過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)工況按照標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)段梁三階段施工劃分,即澆筑混凝土前掛籃定位后、澆筑混凝土后、張拉預(yù)應(yīng)力鋼束后安排進(jìn)行各梁段變形監(jiān)測(cè);主梁邊、中跨合龍段施工過(guò)程和體系轉(zhuǎn)換過(guò)程中的變形監(jiān)測(cè)工作則根據(jù)施工進(jìn)度每個(gè)工況對(duì)主梁全部變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)均安排在氣溫比較穩(wěn)定的早晨進(jìn)行,測(cè)試工作由專人負(fù)責(zé),使用固定儀器采用同樣的觀測(cè)路線進(jìn)行,并定期對(duì)測(cè)量控制樁進(jìn)行復(fù)核。

2.3.2 應(yīng)力監(jiān)控

為了準(zhǔn)確計(jì)算出成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),204國(guó)道橋按照實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其形成過(guò)程逐階段進(jìn)行計(jì)算,最終確定成橋狀態(tài)的幾何線形和內(nèi)力狀況[2]。204國(guó)道橋應(yīng)力監(jiān)測(cè)工作根據(jù)主梁結(jié)構(gòu)形式和施工工藝進(jìn)行。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主梁在整個(gè)施工過(guò)程中的應(yīng)力情況,選用適合長(zhǎng)期施工過(guò)程觀測(cè)并能保證足夠精度、長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性較好的振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)和配套的振弦式讀數(shù)儀進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試。結(jié)合連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)和懸臂澆筑施工工藝特點(diǎn),在主梁設(shè)置6個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面對(duì)該橋施工過(guò)程實(shí)施應(yīng)力監(jiān)測(cè),主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面位置和截面內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

主梁懸臂澆筑施工過(guò)程中的應(yīng)力監(jiān)測(cè)工況結(jié)合主梁懸臂澆筑施工工藝和變形監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行,在進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)和沉降監(jiān)測(cè)的同時(shí)對(duì)主梁關(guān)鍵截面實(shí)施應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

2.4 監(jiān)控成果

累計(jì)撓度是指各梁段澆筑混凝土完畢開(kāi)始到主梁懸臂澆筑施工結(jié)束產(chǎn)生的總撓度。該指標(biāo)直接反映了主梁的線形變化情況。204國(guó)道橋懸臂澆筑施工過(guò)程中梁段的實(shí)際變形值與理論計(jì)算分析結(jié)果變化趨勢(shì)基本保持一致,主橋邊、中跨合龍段合龍誤差滿足規(guī)范要求(分別為2 mm,6 mm,11 mm),成橋線形良好。以11號(hào)墩懸澆施工為例,圖 4為11號(hào)墩懸臂施工過(guò)程中“T”構(gòu)累計(jì)撓度與理論撓度對(duì)照?qǐng)D。

3 結(jié)語(yǔ)

204國(guó)道橋主橋施工過(guò)程中主梁線形控制和應(yīng)力監(jiān)測(cè)工作是本次施工監(jiān)控工作的主要內(nèi)容。該橋施工監(jiān)控工作根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)形式和施工工藝特點(diǎn),建立了完善的監(jiān)控組織和專家顧問(wèn)組,實(shí)時(shí)收集監(jiān)控相關(guān)信息,不斷修正計(jì)算參數(shù)反復(fù)計(jì)算使計(jì)算結(jié)果更能反映實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)。204國(guó)道橋施工過(guò)程中主梁結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力情況處于受控狀態(tài),施工監(jiān)控工作達(dá)到了施工控制的目的。

[1]雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社,2000：2-3.

[2]葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M].北京：人民交通出版社,2003：2-5.

[3]姚輝光.大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋懸臂施工監(jiān)控方法[J].山西建筑,2008,34(11)：327-328.