天峻路高架橋施工控制研究

景亞群 中鐵十三局集團第五工程有限公司，四川成都

天峻路高架橋施工控制研究

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結合天峻路高架橋施工控制實踐，介紹了大跨徑連續箱梁橋懸臂澆筑施工監控的目的和意義，并對此橋的監控結果進行分析，施工數據表明該特大橋的施工監控方法和計算方法的有效性以及合理性。

施工控制;預拱度;線形 ;應力

1、工程概況

天峻路高架橋是西寧過境公路西段項目的特大型橋梁，橋址區位于北川河河谷平原上。本橋結構形式為預應力混凝土變截面連續梁橋，橋跨組成為:68m+100m+68m，邊中跨比為0.68。主墩處梁高5.8m，跨中及端部梁高2.4m，箱梁高度按1.6次拋物線變化。箱梁采用單箱單室截面，頂板寬13.0m，底板寬6.0m,翼緣懸臂長3.5m。全橋除在梁端及0號塊處設置橫梁外，其余位置均不設置橫隔板，0號塊橫隔板厚60cm,端橫梁厚150cm，箱梁頂板設橫坡。上部結構采用對稱懸臂澆筑法施工，采用縱、橫、豎三向預應力體系。梁段劃分為:0號梁段長4.0m,1號梁段長3.0m, 0、1號梁段在支架上澆筑，懸臂澆筑梁段為2～14號梁段，長度分別為8x3.O+5x4.0m，邊跨現澆段為16號梁段，長度為16.84m，邊、中跨合攏段為15號梁段，長度為2.0m。0號塊頂、底板厚度分別為45cm和120cm，腹板厚80cm，其他塊件頂板厚度為28cm，底板厚度從根部的75cm 按1.6次拋物線變化至跨中的30cm,1號塊至9號塊腹板厚60cm,11號塊至16號塊腹板厚45cm, 10號塊為過渡段。橋主跨立面圖如下：

圖1 橋梁立面圖

2、橋梁施工監控的意義和目的

由于預應力混凝土連續梁橋是超靜定結構，在基礎沉降、溫度變化等外因作用下，將引起結構內力的變化。施加預應力會使結構產生內力和變形，由于有多余的約束，不能自由變形，因而引起附加力。同樣，由于混凝土的收縮徐變不僅產生預應力損失，而且也會由于變形受約束而引起附加力。這些因素使得實際橋梁在施工過程中的每一狀態不可能與設計狀態完全一致，結構的變形及受力過程表現為非平穩的隨機過程。施工過程中各種復雜的因素都有可能引起結構的幾何形狀及內力狀況的改變。盡管在設計時已經考慮了施工中可能出現的情況，但是由于施工過程的復雜性，事先難以精確估計結構的實際狀態。通過在施工過程中對橋梁結構進行實時監測，在已建結構偏離控制目標時及時調整下一階段的掛籃定位標高，以保證結構線形的平順，并監控實際內力分布，使箱梁始終處于安全受力范圍內。施工監控能確保合攏精度，并使主橋建成后，在設計合攏溫度下，橋墩線形垂直，保證成橋后的主梁線形及結構的受力合理，符合設計期望值。

3、控制計算模型的建立

天峻路高架橋第一聯右幅為預應力混凝土連續梁橋結構，跨徑為68m+100m+68m，采用橋梁通用計算MIDAS對大橋施工工序進行模擬。結構的有限元計算模型如圖2。

（1）用有限元法將全橋劃分為125個節點，104個單元。其中，主梁材料為C55混凝土，橋墩為C40混凝土，主梁96個單元，橋墩8個單元。

（2）將過渡墩模擬為鉸支座，墩下基礎模擬為固定支座。

（3）在整個橋施工過程中，每個懸臂梁段的施工為一個階段，該階段劃分成三個子階段：a）立模階段，即掛籃前移階段。b)澆筑混凝土階段。c)張拉預應力鋼筋。

圖2 結構的有限元計算模型

4、施工控制的內容

4.1 撓度監測

主梁撓度變化十分復雜，幾乎每時每刻都在發生變化，其變化可歸納為三種類型：一種類型是隨外荷載變化，主要伴隨施工工序而產生；第二種類型是由于混凝土自身的收縮、徐變特性，使得主梁撓度隨時間緩慢變化；第三種類型是隨著環境溫度的改變。

橋梁施工觀測沒有固定的模式，各橋觀測頻度各異，本橋根據實際情況僅對掛籃前移后、澆筑混凝土后、張拉預應力后進行撓度觀測，稱為3階段3次觀測法。

懸臂箱梁的撓度觀測，以精密水準儀（DS1）和銦瓦水準尺，采用水準測量的方法，周期性地對預埋在懸臂中每一塊箱梁上的監測點進行監測。監測點在主梁各塊件頂板頂面上用短鋼筋預埋。箱梁懸澆高程控制流程見圖3。

圖3 箱梁懸澆高程控制程序圖

將箱梁現形的實測值與理論值隨時進行對比，分析誤差來源，及時調整下一階段的立模標高，現將四號墩的理論預拱度和實測預拱度給出，見表1和圖4、5。

表1 四號墩的理論預拱度和實測預拱度

圖4 中跨

圖5 邊跨

從上面可以看出，中跨理論預拱度和實測預拱度最大差值為12.7mm，邊跨理論預拱度和實測預拱度最大差值為5.8mm，滿足要求，且結構現形良好。

4.2 應力監測方法

橋梁結構在施工過程中以及成橋狀態的受力情況是否與設計相符合是施工控制要明確的重要問題。通常通過結構應力的監測來了解結構實際應力狀態，若發現實際應力狀態與理論計算應力狀態的差別超限就要進行原因查找和調控，使之在允許范圍內變化。結構應力控制的好壞不像變形控制那樣易于發現，若應力控制不當將會給結構造成危害，嚴重者將發生混凝土開裂等現象。所以，它比變形控制顯得更加重要，必須對結構應力實施嚴格監控。

現行橋規對應力控制的項目和精度還沒有明確的規定，需根據實際情況確定，通常包括：①結構在自重下的應力；②結構在施工荷載下的應力；③結構預加應力；④溫度應力；⑤混凝土徐變、收縮應力；⑥其他應力，如基礎變位、風荷載等引起的結構應力。實際控制過程中，要視大橋的結構形式及施工技術條件等適當調整主要控制項目。

4.2.1 應力測點的布置和測量方法

測試截面是根據懸臂施工各階段的受力特點布置的。共選定0#附近、L/4、L/2等處9個測試截面，每個斷面布置8個應力傳感器，測量工作應在日照溫差較小的情況下完成，保證結構的精確性。

4.2.2 應力測試結果

對四號墩0#附近截面應力實測數據進行分析，可知：頂板全為壓應力，最大壓應力為10.11MPa；底板全為壓應力，最大壓應力為7.89 MPa，可以發現理論值與實測值基本吻合，滿足要求。四號墩0#附近截面B1-B1的應力在每個施工階段張拉后的理論值和實測值對比曲線如下：

圖6 頂板

圖7 底板

5、結構穩定性控制

橋梁結構的穩定性關系到橋梁結構的安全，它與橋梁的強度有著同等甚至更重要的意義。世界上曾經有過不少橋梁在施工過程中由于失穩而導致全橋破壞的例子，最典型的為加拿大的魁北克（Quebec）橋。該橋在南側錨碇桁架快要架完時，由于懸臂端下弦桿的腹板屈曲而發生突然崩塌墜落。我國四川州河大橋也因懸臂體系的橋墩在吊裝主跨中段時橋墩承受過大的軸力而失穩破壞。因此，橋梁施工過程中不僅要嚴格控制變形和應力，而且要嚴格地控制施工各階段結構構件的局部和整體穩定。

目前，橋梁的穩定性已引起人們的重視，但主要注重于橋梁建成后的穩定計算。對施工過程中可能出現的失穩現象還沒有可靠的監測手段，尤其是隨著橋梁跨徑的增長，對承受動荷載或突發情況，還沒有快速反應系統。目前主要通過穩定分析計算（穩定安全系數），并結合結構應力、變形情況來進行綜合評定、控制其穩定性。

6、結論

結合天峻路高架橋施工控制經驗，闡述了懸臂澆筑過程中的控制方法，通過實測和理論數據的不斷分析對比，得出以下結論：

（1）橋面實測預拱度和理論預拱度的差值為12.7mm，滿足要求，結構現形控制良好；

（2）從應力的實測數據可以看出，施工過程中，箱梁頂板和底板最大應力均出現在0#附近，全為壓應力，最大為10.11MPa，在允許值之內，結構受力良好；

（3）從對全橋的現形和應力控制可以看出此次施工控制是合理和有效的，可作為類似工程的參考。

[1] 蔣孝輝，陳勇.湖北恩施渡口河特大橋的施工監控[J]. 中國港灣建設.2008（1）

[2] 黃騰.大跨徑預應力混凝土連續梁施工控制技術 [J]. 河海大學學報.2003

[3] 徐君蘭. 大跨度橋梁施工控制 [M].北京：人民交通出版社.2000

[4] 葛耀軍. 分段施工橋梁分析與控制[M]. 北京：人民交通出版社.2003

[5] 唐云清. 大跨徑連續箱梁橋施工監控技術研究[D]. 河海大學碩士論文.2007

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.041