掛籃法懸臂現澆連續梁橋的監測與監控

滕峰斌

（上海奉賢建設發展集團市政公路工程有限公司，上海市 201499）

掛籃法懸臂現澆連續梁橋的監測與監控

滕峰斌

（上海奉賢建設發展集團市政公路工程有限公司，上海市 201499）

掛籃法施工過程中每個節段的各向幾何偏差控制對成橋的安全、質量尤為重要。以上海一座跨金匯港的大橋工程為實例，介紹此類橋型的監控項目、方法、模型計算、過程監控及成果。

懸臂現澆；橋梁；建模計算；施工監測與監控

1　工程概況

金匯港規劃為Ⅳ級航道，規劃藍線寬度80 m，通航凈寬不小于70 m，通航凈高7 m。橋梁全長664 m，其中主橋分三跨（65.5 m+108 m+65.5 m），主橋為三跨雙幅變截面預應力混凝土連續箱梁。單幅橋寬15.67 m，箱梁頂面設2%單向橫坡。主橋立面及跨中橫斷面布置見圖1、圖2。

圖1　金匯港橋主橋立面布置圖（單位：mm）

2　施工監控項目及方法

2.1施工前結構計算分析

以設計的成橋狀態為目標，以對應施工方案中進度安排、施工荷載、臨時支承等為依據，按照規范或圖紙規定的各項設計參數取值，計算每一施工步驟的結構理論狀態，并建立施工過程跟蹤分析程序。

施工監控前的計算分析結果應與設計單位的計算結果進行校核，若兩者差異較大時，應查明原因，若兩者計算符合，則施工監控前建立的計算模型可以用于施工監控工作實際中。

2.2施工過程中的監測

施工過程中的監測是施工過程中最為重要的內容，監測的結果直接體現結構的狀態行為，也是對下一階段施工是否調整的依據。

針對該工程，施工過程中的監控主要包括以下幾個方面：

（1）現澆箱梁高程（線形）測量；

（2）現澆箱梁軸線偏位測量；

（3）現澆箱梁主要受力斷面應力（應變）測試；（4）現澆箱梁外觀尺寸的檢查。

2.3施工監控精度

該工程施工監控的根本目標是成橋后結構的線形與內力誤差均控制在規范規定和設計要求的范圍之內。根據這一目標，按照《公路橋涵施工技術規范》（JTG TF50—2011）和《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2004）及設計文件的要求，結合目前測試儀器的精度范圍，確定該橋施工過程中的精度。

3　施工監控計算

3.1計算模型的建立

利用MIDAS CIVIL 2011計算軟件，將主橋離散成空間桿系，建立有限元靜力分析模型。該橋分為南北兩幅，結構形式完全一樣且相互獨立，因此本文僅取北幅橋建立模型，分析每一施工階段，依次計算各施工工況下結構的內力與變形，計算模型如圖3。主梁采用梁單元，全橋共87個節點，82個單元，模型中各結構構件截面采用圖紙中的截面尺寸，墩頂箱梁截面偏安全的仍按空心截面考慮，實心截面與空心截面的恒載差值作為局部均布荷載施加于主梁上（橫梁寬度范圍）。

（1）邊界條件

為了真實模擬實際支承情況，輔助墩采用固結支承，邊跨現澆段支架采用豎向支承，并限制結構的扭轉。中跨合龍后，結構體系轉變為永久支承體系，邊界條件按照圖紙取用。墩頂支座使用彈性連接中的剛接進行模擬。

圖2　主橋跨中斷面（單位：mm）

圖3　金匯港大橋主橋計算模型

（2）體系變化

模型中梁單元的形成經歷了新澆筑梁段從無強度到有強度和剛度的變化過程，剛澆筑的梁段（新單元）的全部重量由掛籃傳遞至已澆筑的梁段，當新單元達到一定的強度和剛度后，張拉預應力筋，新單元參與結構共同受力，依次類推，直至結構合龍。具體施工工況見本文3.3節中施工階段劃分。

3.2荷載取值

（1）恒載

梁體混凝土容重按26.0 kN/m3，結構恒載由程序根據截面形狀自動計算。

預應力：預應力鋼絞線采用公稱直徑Φs15.2 mm低松弛鋼絞線，其抗拉強度標準值fpk=1 860 MPa，彈性模量Ep=1.95×105（MPa）。

橋面鋪裝：8 cm鋼筋混凝土整平層+9 cm瀝青混凝土面層，鋼筋混凝土容重取25.0 kN/m3，瀝青層容重取24.0 kN/m3。

防撞護欄及人行道板：根據圖紙工程量轉換為均布荷載施加于梁單元。

（2）活載

公路-Ⅱ級，人群荷載取3.12 kN/m2。（3）溫度荷載

整體溫差：升溫30℃，降溫20℃。

溫度梯度：9 cm瀝青混凝土鋪裝層，正溫差T1=14℃，T2=5.5℃，負溫差為正溫差乘以-0.5。

（4）支座沉降

各支座按2 cm沉降計，最不利組合由系統自動組合。

（5）施工荷載

掛籃重量：該工程所用掛籃重量60 t，作為集中荷載施加于已澆筑的梁段上。

3.3施工階段劃分

大橋主橋的施工仿真計算中施工階段的劃分按照實際的施工順序，考慮各種施工荷載的影響，全橋共劃分為42個施工階段。詳細的施工階段劃分見表1。

表1　金匯港大橋主橋施工階段劃分表

3.4主要計算結果

3.4.1主要施工階段應力

按照前述施工階段劃分表，主要施工階段的主梁上下緣應力見圖4、圖5，應力單位為N/mm2。

圖4　施工13#塊（澆筑，張拉預應力，掛籃前移，邊跨現澆段）

圖5　中跨合攏（體系轉換，澆筑，張拉預應力）

由上可見，整個施工過程中主梁上下緣自3#塊澆筑完成后均處于受壓狀態。主梁下緣最大法向拉應力為0.28 MPa，對應工況為0#塊掛籃安裝完成。上下緣最大法向壓應力分別為13.64 MPa、11.11 MPa，對應工況均為中跨合攏預應力張拉完成。整個施工過程，主梁上下緣應力（包括拉應力和壓應力）均滿足規范要求。

3.4.2主要施工階段預拱度

通過上述建模分析，在模擬計算的基礎上，得出主梁懸臂澆筑過程中各施工階段預拱度數值，用于指導各節段施工立模標高及已完成節段標高的復核糾偏參考。

4　現場施工監測過程

4.1主梁應力（應變）

對于大跨度預應力混凝土連續梁橋，箱梁結構在混凝土懸澆中各截面的應力分布有很大的差別。根據該橋實際情況，箱梁應力測試斷面選擇在0#塊附近（懸臂根部）及主跨跨中、L/4截面和邊跨合攏段位置等7個斷面，測試截面如圖6所示。每個測試截面在箱梁的頂板及底板各布置兩支應變計，應變計布設位置見圖7。

圖6　主橋應力控制截面示意圖

圖7　測試截面應變計布設示意圖

4.2主梁線形

為確保該橋成橋線形符合設計要求，在整個施工過程中需對每一梁段立模標高和變形情況進行監測，為后續節段箱梁的立模標高調整和控制提供依據。

4.2.1主梁標高測量

主梁標高測量主要包括混凝土澆筑前主梁的立模標高、澆筑混凝土及張拉預應力后的梁頂面標高和同跨對稱截面相對高差的測量三部分。

（1）主梁立模標高測量

測點布置：立模標高的測點位置如圖8所示，即：底板模板3個觀測點和翼緣模板2個觀測點。

圖8　主梁立模標高測點布設位置示意圖

測量方法：使用精密水平水準儀測量立模標高。

（2）主梁頂面高程測量

測點布置：在每一梁段距懸臂端部3～5 cm處設置5個觀測點（見圖9）。測點處用短鋼筋預埋，并用紅油漆標明。截面測點見圖9所示的位置（腹板頂、梁頂中心、翼板邊緣）作為主梁混凝土標高的測點。此項測量不僅可以觀測主梁的標高，還可以監測各工況下主梁的變形。

圖9　箱梁頂面標高測點布設位置示意圖

4.2.2主梁軸線偏位

主梁軸線偏位測量是觀測已施工箱梁節段的中線點相對于橋軸線的偏距。主梁軸線偏位測點取箱梁頂面高程測量中軸線處的測點。軸線偏位要求新澆筑的梁段與已澆筑的梁段通測。

測量頻率：在每一箱梁節段預應力張拉完成后的12 h內對主梁中軸線各測點進行軸線偏位測量，測量儀器使用全站儀。

4.2.3橋墩承臺沉降觀測

在承臺頂四角設置沉降測點，監測主梁施工過程中基礎的沉降，每月復核一次，測量儀器采用精密水準儀。

4.3結構尺寸量測

施工控制計算中，需根據施工實際測量的數據對計算模型進行修正，對計算結果影響較大的主要是荷載參數，荷載參數主要包括結構自重及施工臨時荷載。施工臨時荷載堆放在支點附近，盡可能減小對主梁變形的影響。對于結構自重主要是箱梁澆筑過程中混凝土的超方量或者欠方量，對此，每一階段混凝土澆筑完成后對箱梁的頂板、底板、腹板及翼板尺寸進行局部測量，由此推算出箱梁混凝土的節段重量。

測量方法采用大型游標卡尺直接測量，每節段箱梁頂底板各取三處，每側腹板自上而下取三處測量，上述各測點構件截面均勻分布，兩側翼板則取邊緣及根部兩處。

5　施工監控成果

5.1主梁應力（應變）測試成果

施工監測過程中，及時布設鋼弦應變計，并將測試連接線及接頭加以保護，根據施工進度，采用BGK408讀數儀按時讀取各測點的模數及溫度值，通過修正計算得到各測點位置的應變，應變乘以混凝土彈性模量即得到各測點的應力。本報告中頂板和底板的應力結果為頂板和底板內各測點應力的平均值，負值代表壓應力，正值代表拉應力。

以北幅橋3-3截面應力結果為例，此截面的應變計位于北幅橋10#墩中跨方向0#塊懸臂端根部，0#塊鋼筋綁扎完畢后布設，對該截面的應力測試持續整個施工過程，其應力變化曲線如圖10所示。

圖10　北幅橋3-3截面應力曲線圖

圖11　各節段立模標高曲線圖

由上述圖表可以看出，北幅橋中跨0#塊懸臂端截面頂板和底板均為受壓狀態，最大壓應力分別為14.2 MPa和10.5 MPa，施工過程中頂板和底板壓應力均未超過規范規定的限值（22.68 MPa）。

5.2主梁高程監測成果

5.2.1立模標高測量結果

由圖11可以看出，立模標高比理論設計值偏大，中跨方向11#塊位置二者差值最大，這主要是因為立模標高考慮了施工過程中結構的變形、掛籃變形、成橋后活載引起的變形以及混凝土收縮徐變的影響。

5.2.2主梁變形測量結果

主梁變形監測主要是測量預埋在梁頂的鋼筋頭在各工況下的高程，高程差即為該工況下的主梁變形，立模標高加上梁高減去主梁的變形值即可得到各工況下的梁頂標高，立模標高減去主梁的變形值得到梁底標高，梁頂及梁底標高曲線見圖12。

可以看出，施工監控過程中，結構的實際變形和理論變形接近，且趨勢一致。從圖12可以看出，中跨合攏后，實測梁頂和梁底曲線均在理論梁頂和梁底曲線之上，超出理論曲線的部分有利于結構抵消后期活載效應及混凝土收縮徐變效應。

5.2.3成橋線形

全橋合攏后即進行二期恒載的施工。二期恒載主要包括橋面鋪裝、欄桿等，在二期恒載施工完成后及時對全橋線形進行了測量，全橋橋面線形曲線見圖13。

由圖13可以看出，成橋后實測橋面線形高出理論橋面線形，南幅橋最大位置處高出理論線形4.2 cm，北幅橋最大位置處高出理論線形4.1 cm，高出的部分將有利于抵消后期的活載效應及混凝土收縮徐變效應。

圖12　梁頂及梁底標高曲線圖

圖13　全橋橋面線形曲線圖

成橋后橋面線形平順，滿足設計縱坡要求。

5.3主梁軸線偏位監測成果

根據每一節段的測量結果，北幅主梁邊跨方向在初始0#塊施工時橋梁中心線向南偏移7 mm，在后續的施工過程中逐步調整到位，至中跨合攏時，南北兩幅橋梁軸線偏位均在3 mm之內，小于施工監控精度10.8 mm的要求，主梁軸線滿足要求。

5.4結構外觀尺寸量測結果

從所檢查的每節段箱梁來看，結構尺寸偏差均滿足要求。

6　結　語

綜上所述，在此類橋梁的施工過程中，通過前期對監控項目、方法的確定，采用相關軟件建立模型，模擬各環節施工狀態計算得出預拱度，施工過程逐段按模型放樣、復核、糾偏調整，分階段做監控成果匯總供參建各方研究分析。全過程跟蹤工程進度，根據現場情況做好動態控制，確保全橋主梁內力和結構變形均得到較好的控制，結構的各項成橋指標表現良好，達到了施工監控的預期目的。

U445.4

B

1009-7716（2016）03-0103-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.03.030

2015-12-15

滕峰斌（1983-），男，上海人，工程師，一級建造師，主要從事市政公路項目管理工作。