變截面連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

孫鐵軍

（溫州市高速公路工程建設(shè)總指揮部，浙江 溫州 325000）

大跨徑變截面連續(xù)箱梁橋的結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，施工難度大。懸臂施工的大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)，所采用的施工方法和施工順序與成橋后的主梁線型及結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著密切的關(guān)系。在懸臂施工階段，隨著結(jié)構(gòu)的荷載狀態(tài)、環(huán)境溫度、濕度的不斷變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形也隨之變化；因此需要對(duì)其每一施工階段進(jìn)行詳細(xì)地分析和實(shí)測(cè)驗(yàn)證，對(duì)結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力加以控制，指導(dǎo)施工。

1 橋墩施工監(jiān)測(cè)

主橋橋墩在墩身施工過(guò)程中，需對(duì)墩身不利截面混凝土應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)要考慮到墩的自身彈性和非彈性壓縮變形以及溫度、風(fēng)力、上部施工等荷載對(duì)墩的影響。施工監(jiān)測(cè)應(yīng)力和位移的主要項(xiàng)目如下：

橋墩承臺(tái)沉降觀測(cè)：在主墩承臺(tái)的三個(gè)角位置，各布設(shè)一個(gè)永久性觀測(cè)點(diǎn)，據(jù)以判別其沉降不均的程度等。沉降觀測(cè)于墩高每完成5米進(jìn)行一次，于主梁每完成兩側(cè)各兩個(gè)施工段后進(jìn)行一次，全橋主梁合攏后和全橋完工后各進(jìn)行一次。觀測(cè)結(jié)果可以分析不均勻沉降對(duì)橋墩垂直度的影響。

橋墩垂直度監(jiān)控：每5米高度作一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每監(jiān)測(cè)斷面在墩的橋軸線方向和橫向的幾何中心設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)墩的垂直度。監(jiān)測(cè)時(shí)機(jī)為橋墩澆筑起到橋墩施工完畢。監(jiān)測(cè)頻率為橋墩施工每5米高度均對(duì)已設(shè)置的垂直度監(jiān)測(cè)斷面觀測(cè)一次。

墩身關(guān)鍵截面應(yīng)力：墩底截面為關(guān)鍵截面，在主墩上選取承臺(tái)以上1.5米的墩身截面埋設(shè)鋼弦應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控，測(cè)試墩底截面在主梁T構(gòu)施工階段各施工段懸臂灌注混凝土前后及施工臨時(shí)荷載下的受力變化，實(shí)現(xiàn)體系兩懸臂的自平衡，控制墩底傾覆彎矩，指導(dǎo)懸臂施工。在橋梁合攏前后墩底截面測(cè)試可以給合攏-體系轉(zhuǎn)換后橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力重分布分析提供數(shù)據(jù)。

墩頂位移測(cè)試：對(duì)所選主墩選取承臺(tái)以上1.5米斷面、0#段以下1.5米斷面，并按墩高不同，均勻選擇1～2個(gè)斷面埋設(shè)長(zhǎng)期觀測(cè)點(diǎn)采用型全站儀（精度1秒）進(jìn)行監(jiān)測(cè)。觀測(cè)時(shí)機(jī)分為橋墩建成后0#段澆筑前、施工T構(gòu)合攏前、后。觀測(cè)時(shí)間盡量做到同一時(shí)間。溫度變化明顯時(shí)，觀測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)考慮溫度變位的影響。結(jié)合對(duì)墩身應(yīng)力及溫度變化的測(cè)試，分析橋墩墩頂溫度荷載位移效應(yīng)。結(jié)合施工控制計(jì)算，綜合分析合攏次序?qū)蚨斩枕斘灰频淖饔茫m時(shí)會(huì)同設(shè)計(jì)提出建議的調(diào)整方案，為施工措施（是否施加預(yù)頂力或預(yù)拉力及施加的時(shí)機(jī)）提供依據(jù)。

2 梁體變形觀測(cè)

橋梁結(jié)構(gòu)幾何尺寸的控制是施工控制的基本要求，施工要盡量減少施工結(jié)構(gòu)尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的偏差，并將其降低到《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的容許范圍內(nèi)，即對(duì)于懸臂澆筑的混凝土梁：梁軸線偏位10mm，撓度±20mm，梁頂面寬度±30mm。

撓度觀測(cè)資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在每個(gè)施工塊件上布置2個(gè)對(duì)稱的高程觀測(cè)點(diǎn)，這樣不僅可以測(cè)量箱梁的撓度，同時(shí)可以觀察箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。高程控制點(diǎn)布置在離塊件前端10cm處，采用直徑20mm的鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點(diǎn)焊牢固，并要求豎直。

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

0 號(hào)塊件高程觀測(cè)點(diǎn)是為了控制箱梁頂板的設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)也作為以后各懸澆節(jié)段高程觀察的基準(zhǔn)點(diǎn)。每個(gè)0號(hào)塊件的頂板的四角及中軸三點(diǎn)布置7個(gè)高程觀測(cè)點(diǎn)。各懸澆節(jié)段的高程觀測(cè)點(diǎn)布置每個(gè)節(jié)段各3個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)稱布置在懸臂板與承托的交接點(diǎn)及箱梁中軸線上，離塊件前端10cm處。

2.2 觀測(cè)時(shí)間與項(xiàng)目

為盡量減小溫度的影響，撓度的觀測(cè)安排在早晨太陽(yáng)出來(lái)之前進(jìn)行。在整個(gè)施工過(guò)程中，主要觀測(cè)內(nèi)容包括：掛籃行走前后、混凝土澆筑前后、預(yù)加力張拉前后、邊（中）跨合攏前后、成橋前后的各項(xiàng)標(biāo)高值。以這些觀測(cè)值為依據(jù)，進(jìn)行有效的施工控制。

2.3 觀測(cè)頻率

對(duì)于懸臂澆筑施工的橋梁，一個(gè)施工塊件有掛籃行走、綁扎鋼筋、澆筑混凝土、預(yù)應(yīng)力張拉四道工序，其中綁扎鋼筋產(chǎn)生的撓度十分微小，不必觀測(cè)，其它三個(gè)工序前后都應(yīng)進(jìn)行標(biāo)高觀測(cè)。以便觀察各點(diǎn)的撓度及箱梁軸線的變化歷程，以保證箱梁懸臂端的合攏精度及橋面線形。據(jù)此確定各施工塊件的觀測(cè)測(cè)次為：①掛籃行走前；②掛籃行走后；③塊件混凝土澆筑前；④塊件混凝土澆筑后；⑤預(yù)應(yīng)力張拉前；⑥預(yù)應(yīng)力張拉后，共6個(gè)測(cè)次。這樣確定的觀測(cè)頻度能反映下列情況：一個(gè)塊件施工周期內(nèi)的撓度變化；掛籃行走前后的撓度變化；混凝土澆筑前后的；預(yù)應(yīng)力張拉前后的撓度變化；混凝土養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的收縮徐變撓度變化。

3 梁體應(yīng)力觀測(cè)

在大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，以觀察在施工過(guò)程中這些截面的應(yīng)力變化及應(yīng)力分布情況。箱梁控制截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)包括箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力和箱梁混凝土主應(yīng)力監(jiān)測(cè)兩個(gè)方面的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力的監(jiān)測(cè)，可以觀察施工過(guò)程中的箱梁控制截面混凝土正應(yīng)力是否在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)；觀察預(yù)應(yīng)力鋼束張拉、錨固、恒載、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換等荷載作用下的箱梁混凝土正應(yīng)力變化情況等。對(duì)箱梁混凝土主應(yīng)力監(jiān)測(cè)，可以了解橋梁合攏建成后主應(yīng)力是否在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)。

箱梁正應(yīng)力測(cè)試斷面及測(cè)點(diǎn)布置：箱梁正應(yīng)力測(cè)試斷面一般布置在懸臂施工各“T”的懸臂根部和跨中。由于懸臂施工各“T”在施工過(guò)程中是對(duì)稱受力的，因此箱梁正應(yīng)力測(cè)試斷面僅布置在各“T”的一側(cè)，不需對(duì)稱布置。箱梁正應(yīng)力測(cè)點(diǎn)一般情況下在每個(gè)測(cè)試斷面中至少布置4個(gè)，其具體設(shè)置在對(duì)應(yīng)于箱梁兩個(gè)腹板軸線處的箱梁頂板和底板內(nèi)。箱梁主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置：箱梁主應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置在靠近箱梁邊跨現(xiàn)澆梁段處，取計(jì)算箱梁截面主應(yīng)力最小的高度位置，在箱梁兩個(gè)腹板內(nèi)設(shè)置。

4 主梁溫度監(jiān)測(cè)

溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。為了摸清箱梁截面內(nèi)外溫差和溫度在截面上的分布情況，在梁體上布置溫度觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，以獲得精確的溫度變化規(guī)律。考慮到各個(gè)“T”的溫度大致相同，可選擇一個(gè)“T”的一個(gè)懸臂作為溫度測(cè)試對(duì)象，共設(shè)2個(gè)觀測(cè)截面。每個(gè)截面各布置8個(gè)混凝土內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)、8個(gè)混凝土表面溫度測(cè)點(diǎn)。將測(cè)溫鉑電阻先貼在鋼筋上，做防潮和防機(jī)械損傷處理后埋入混凝土體內(nèi)，測(cè)試導(dǎo)線引到混凝土表面。截面及測(cè)點(diǎn)布置如圖1：

5 鋼絞線管道摩阻損失測(cè)定

本測(cè)試項(xiàng)目旨在定量地測(cè)定鋼紋線管道摩阻損失，以確定有效的預(yù)應(yīng)力。采用電阻應(yīng)變片和電阻應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)量。檢測(cè)時(shí)，如果張拉千斤頂不宜回縮，可采用將波紋管開(kāi)孔，在鋼紋線上貼電阻片的方式來(lái)進(jìn)行測(cè)量。一般情況下，選擇豎彎索和平、豎彎空間索各一組進(jìn)行。

6 墩身穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)

對(duì)橋墩施工過(guò)程中出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，目前主要是通過(guò)穩(wěn)定分析計(jì)算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形來(lái)綜合評(píng)定、控制其穩(wěn)定性。施工過(guò)程中除橋梁本身的穩(wěn)定性必須得到控制外，施工過(guò)程中所用的支架、掛籃等施工設(shè)備的各項(xiàng)穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)滿足要求。

7 腹板抗剪性監(jiān)控

應(yīng)變計(jì)采用優(yōu)質(zhì)的振弦式應(yīng)力計(jì)，振弦式應(yīng)力計(jì)采用相應(yīng)的專用儀器測(cè)試。所有的測(cè)試元件都具有可靠的標(biāo)定數(shù)據(jù)。主梁縱向應(yīng)力監(jiān)測(cè)斷面選為懸臂根部截面。主梁截面上重點(diǎn)測(cè)試上下緣處的應(yīng)力值。每個(gè)截面預(yù)埋4～6個(gè)振弦式應(yīng)力計(jì)（見(jiàn)圖2）。

8 溫度梯度對(duì)大跨徑橋梁穩(wěn)定性影響研究

溫度變化本身相當(dāng)復(fù)雜 ,包括季節(jié)溫差、日照溫差、驟變溫差、殘余溫度、不同溫度場(chǎng)等等 ,但就自然環(huán)境條件變化所產(chǎn)生的溫度作用而言,一般分為日照溫度作用、驟然降溫溫度作用和年溫度變化作用3種類型。其中，日照溫度和驟然降溫溫度作用是研究的重點(diǎn)。理論分析和試驗(yàn)研究表明:在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋特別是超靜定結(jié)構(gòu)體系中,溫差應(yīng)力可以達(dá)到甚至超過(guò)活荷載產(chǎn)生的應(yīng)力,因而被認(rèn)為是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因。根據(jù)常用的溫度梯度模式 ,結(jié)合變截面連續(xù)箱梁橋懸臂施工過(guò)程 ,討論懸臂施工各階段溫度變化對(duì)控制截面位移的影響 ,可得出一些對(duì)連續(xù)箱梁橋施工控制有參考價(jià)值的結(jié)論。

[1]余錢(qián)華.大跨混凝土橋梁施工監(jiān)控中的應(yīng)力分析與測(cè)試.中國(guó)公路學(xué)報(bào)

[2]唐重光.大跨度橋梁施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究與開(kāi)發(fā).中國(guó)技術(shù)專家網(wǎng)

[3].顧安邦、張永水.橋梁施工監(jiān)測(cè)與控制.機(jī)械工業(yè)出版社