波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控方法

劉明

廣東省南粵交通仁新高速公路籌建處（510100）

波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋施工監(jiān)控方法

劉明

廣東省南粵交通仁新高速公路籌建處（510100）

為確保波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋的施工質(zhì)量和過程安全，研究制定了橋梁施工監(jiān)控方案，通過理論計(jì)算的指導(dǎo)參數(shù)同施工過程實(shí)測數(shù)據(jù)對比分析，對施工全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)控，保證施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全。

波形鋼腹板;PC連續(xù)箱梁；施工監(jiān)控

波形鋼腹板PC組合箱梁橋是一種新型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，起源于法國，20世紀(jì)90年代初為日本接受并大力推廣，目前正逐漸在國內(nèi)橋梁工程設(shè)計(jì)中加以采用，其結(jié)構(gòu)形式是用波形鋼板取代預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的混凝土腹板的箱形梁，其顯著特點(diǎn)是用10～20mm厚的鋼板取代30～80 cm厚的混凝土腹板。通過對廣州繞城公路南段一處互通立交的跨路波形鋼腹板連續(xù)梁匝道橋進(jìn)行施工全過程監(jiān)控，對成橋過程中的施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全以及施工安全進(jìn)行控制，取得了實(shí)際效果。

1 工程概況

互通立交位于廣州市番禺區(qū)魚窩頭鎮(zhèn)，其中B匝道橋第五聯(lián)為波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋跨越地方道路，橋梁中心線位于110m圓曲線上，超高單向橫坡6%，橋梁跨徑組合為（35+50+35）m=120m。橋梁上部結(jié)構(gòu)斷面由現(xiàn)澆混凝土底板、預(yù)制(現(xiàn)澆)混凝土頂板及整體成工形的波形鋼腹板鋼梁組成，采用了波形鋼腹板鋼梁先行架設(shè)技術(shù)、鋼結(jié)構(gòu)先簡支后連續(xù)技術(shù)、縱橫預(yù)制拼裝結(jié)合梁技術(shù)、頂板預(yù)制吊裝現(xiàn)澆濕接縫技術(shù)、扁擔(dān)梁澆注混凝土技術(shù)、小半徑曲線橋梁預(yù)制拼裝構(gòu)件管道穿索張拉技術(shù)于一體。

2 施工監(jiān)測目的和依據(jù)

監(jiān)控目的：①通過對關(guān)鍵部位和重要工序的嚴(yán)格監(jiān)測和控制,準(zhǔn)確給定和及時(shí)調(diào)整立模標(biāo)高，優(yōu)化施工工藝，簡化施工流程，使成橋后的結(jié)構(gòu)線型和內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。②通過有限元方法理論計(jì)算和施工線形測量相結(jié)合,進(jìn)行高程偏差調(diào)整和預(yù)測，得到合理的施工預(yù)拱度，使橋梁的線形控制在或接近設(shè)計(jì)線形。消除可能對結(jié)構(gòu)安全和施工安全產(chǎn)生的不利因素。③對實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，掌握實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力變形狀態(tài)，通過結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)施工方案的可行性，分辨出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，校驗(yàn)其安全儲備是否滿足要求。④收集施工和成橋試驗(yàn)全過程的信息，為橋梁結(jié)構(gòu)理論、橋梁科學(xué)研究和發(fā)展提供數(shù)據(jù)。

監(jiān)測工作實(shí)施的依據(jù)是《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》等國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和部頒規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙。

3 施工全過程的仿真計(jì)算

根據(jù)波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋的施工特點(diǎn)和施工監(jiān)控分析要求,采用有限元逐步正裝計(jì)算法，利用橋梁結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)（3D-bsa2004公路版）和midas.civil專業(yè)橋梁有限元軟件,進(jìn)行該橋上部結(jié)構(gòu)各工況施工過程的模擬計(jì)算。模擬計(jì)算在建立計(jì)算模型時(shí)考慮了以下因素：①采用空間桿系結(jié)構(gòu)模型，主梁模擬為梁單元。根據(jù)實(shí)際施工方案，主跨跨中采用施工階段聯(lián)合截面模擬。②永久支承通過約束支承點(diǎn)的自由度模擬。③預(yù)應(yīng)力對結(jié)構(gòu)的作用按等效荷載的方法由程序自動(dòng)處理,計(jì)算預(yù)應(yīng)力時(shí)，考慮了孔道摩擦、錨具變形等引起的預(yù)應(yīng)力損失。④徐變收縮的計(jì)算中混凝土采用同一彈性模量，同一節(jié)段懸臂澆筑的混凝土具有相同的齡期。

各工況的劃分如表1所示。

按照實(shí)際的施工過程，通過模擬計(jì)算得出了各施工階段各工況箱梁的應(yīng)力、內(nèi)力和撓度變化情況,確定了立模標(biāo)高，得出施工預(yù)拋高計(jì)算結(jié)果。

4 箱梁應(yīng)力監(jiān)測

應(yīng)力觀測的主要內(nèi)容包括：主梁箱梁縱向應(yīng)力和波形鋼腹板豎向應(yīng)力的觀測。監(jiān)測主要按照應(yīng)變測試原理，在箱梁截面內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，箱梁應(yīng)變由應(yīng)變計(jì)感應(yīng)，經(jīng)過導(dǎo)線傳遞至讀數(shù)儀，采集并記錄數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)處理后得出箱梁的應(yīng)力及其分布。為保證應(yīng)力監(jiān)測的可靠性與精度，應(yīng)力監(jiān)測的所有測點(diǎn)均采用振弦式傳感器和采集器。

表1 B匝道橋各階段工況劃分

4.1 測點(diǎn)布置

為監(jiān)測結(jié)構(gòu)的受力狀況,與設(shè)計(jì)方研究后，確定主梁共布置7個(gè)應(yīng)力測試斷面，每個(gè)斷面布置兩個(gè)縱向應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)和兩個(gè)腹板豎向應(yīng)力監(jiān)測點(diǎn)，具體如圖1、圖2所示。

圖1 主梁應(yīng)力測試斷面

圖2 主梁應(yīng)力測試斷面布點(diǎn)圖

4.2 應(yīng)力實(shí)測結(jié)果

表2給出了各工況下各斷面施工過程應(yīng)力實(shí)測值。

表2 各工況下各監(jiān)測斷面施工過程應(yīng)力實(shí)測值

5 箱梁標(biāo)高的監(jiān)測結(jié)果

撓度觀測資料是控制成橋標(biāo)高和主梁線型最主要的依據(jù),實(shí)際觀測過程中測點(diǎn)用紅油漆標(biāo)記，測量儀器采用瑞士生產(chǎn)的高精度水準(zhǔn)儀。考慮到本工程的重要性和特殊性以及對監(jiān)測的高精度、高速度要求，本次監(jiān)測工作主要選用瑞士徠卡儀器進(jìn)行觀測，監(jiān)測精度符合《建筑變形測量規(guī)范》中關(guān)于二級變形測量的精度要求。

5.1 測點(diǎn)布置

在與設(shè)計(jì)方研究后，確定在每個(gè)監(jiān)測斷面上布置2個(gè)高程觀測點(diǎn),這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時(shí)可以觀測箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。主梁豎向變形測試斷面位置及布點(diǎn)如圖3、圖4所示。

5.2 實(shí)測標(biāo)高和理論標(biāo)高對比

在施工過程中，關(guān)鍵工況完成后對橋面的標(biāo)高進(jìn)行觀測，以便觀測各點(diǎn)的撓度變化歷程。實(shí)測標(biāo)高與理論標(biāo)高的對比見圖5～圖9。

6 監(jiān)控結(jié)論

綜合B匝道橋波形鋼腹板箱梁施工監(jiān)控的成果，該橋施工完畢并在支架拆除后，應(yīng)力及撓度的實(shí)測結(jié)果與理論計(jì)算值較為吻合。該橋在永久作用下的恒載狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)要求,說明通過以上監(jiān)控措施為橋梁施工過程中各工況及時(shí)提供了參數(shù)依據(jù)，消除了過程中可能對結(jié)構(gòu)安全和施工安全產(chǎn)生的不利因素，有效保證了施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全，取得了實(shí)際效果。

圖3 主梁豎向變形測試斷面

圖4 主梁豎向變形測試斷面布點(diǎn)圖

圖5 1#截面標(biāo)高實(shí)測值與理論值對比曲線圖

圖6 2#截面標(biāo)高實(shí)測值與理論值對比曲線圖

圖7 3#截面標(biāo)高實(shí)測值與理論值對比曲線圖

圖8 4#截面標(biāo)高實(shí)測值與理論值對比曲線圖

圖9 5#截面標(biāo)高實(shí)測值與理論值對比曲線圖