淺析變高度預應力混凝土箱梁橋的線形監控

■方 坤 ■江蘇省交通技師學院，江蘇 鎮江 212006

橋梁工程施工是一項較為復雜、精細的工程作業，工程施工水平在很大程度上決定了橋梁的整體質量和性能的發揮。相比普通簡支梁橋，變高度預應力混凝土連續箱梁橋的施工技術難度較大，工程施工精度要求更高，在橋梁施工中應及時進行測試和監控，確保工程順利進行，保證工程質量。

1 工程概況

姚家橋位于溧陽市別橋鎮金家橋村，是丹金溧漕河整治航道工程的重要組成部分，同時也是完善航道網體系的重要環節，對緩解運河運輸壓力具有積極意義，同時也可促進地區經濟的發展。姚家橋主橋跨徑布置為48 +80 +48m，主橋上部結構采用三跨變高度預應力混凝土連續箱梁，下部結構采用矩形實體墩，鉆孔灌注樁基礎，主橋總體布置圖如圖1 所示。主橋上部結構采用單箱單室截面，單箱底寬5m，兩側懸臂各長1.5m，全寬8m。箱梁在橫橋向底板保持水平，頂板設置1.5%的雙向橫坡，通過腹板高度來設置。中支點處箱梁中心高4.8m，跨中箱梁中心高2.2m，按二次拋物線的方式進行過渡。該箱梁橋的頂板厚度、懸臂板端部厚度、根部厚度分別為0.25m、0.15m、0.6m，腹板厚度和底板厚度分為控制在0.45～0.6m 和0.3～0.618m。在中支點、邊支點處分別設置橫隔板，厚度分別為3.0m、1.5m，各橫隔板均設置人孔以方便施工。為保證工程施工質量，采用全站儀、水準儀等測量儀器對工程施工過程中的橋梁主墩偏位、主梁控制點頂面高程偏差、橋軸線偏位、合攏后同跨對稱點高程差等測試，確保橋梁線形指標滿足規范的要求。

圖1 姚家橋總體布置圖

2 施工監控的原則和方法

2.1 施工監控的原則

彎曲應力、剪切應力是預應力混凝土連續箱梁橋中兩種最為主要的應力存在方式。由于預應力混凝土連續箱梁橋施工涉及到預應力施加和施工過程中的各種外部荷載，容易導致橋梁在施工過程中出現局部的應力過大現象［1］。因此，對預應力混凝土連續箱梁橋的施工監測必須綜合考慮橋梁施工過程中的變形特性和應力特性，但應以變形控制為主，只有保證了橋梁的變形指標滿足要求，才能確保橋梁結構內部的應力較為均衡。撓度和內力能反映橋梁結構自身的受力狀態和運行狀態，應力可用于評定箱梁截面上某一點的受力狀態，而撓度則可以綜合反映橋梁結構某一截面上所有點受力情況。因此，在預應力混凝土連續箱梁橋施工監測方案的制定中，將撓度控制作為重點內容進行測試分析，應力控制的結果可以反映橋梁結構具備情況，用于橋梁結構的微觀控制。此外，橋梁的應力通常采用應變計按照外貼方式進行測試，這也導致橋梁應力測試的結果受外界因素影響較大，而撓度測量的結果主要受外界溫度的影響，其他外界因素對測試結果的影響較小，溫度對撓度測試結果的影響可以通過修正提高測量精確度。因此，在本工程橋梁的施工監測具體施工過程中，必須嚴格控制各個控制截面的撓度和軸線橫橋向偏移，同時監控應力(變)發展情況，并以對橋梁的變形監控作為橋梁施工監測的重點。

2.2 施工監控的方法

閉環反饋控制是橋梁施工監控最為常用的方法，而預應力混凝土連續箱梁橋對施工監測的要求更好，本工程的施工監控積極推行數字化監控手段，在閉環反饋控制的基礎上加入系統參數識別的環節，形成施工、量測、參數識別、分析、修正、預測、再施工的自適應循環控制程序［2］。對于預應力混凝土連續箱梁橋，在施工前，有必要建立橋梁模型，并按照預定的施工工藝流程進行變形、受力狀態分析，確定理想狀態下橋梁結構載各施工階段的變形和受力狀態。在實際監測過程中，應將測試確定的橋梁結構實際狀態與模型計算的結果進行比較，找出兩者的誤差和引起的誤差的原因，從而修正模型或者采取適當的措施對橋梁施工的偏差進行調整，從而形成施工、監測的良性循環。

根據姚家橋(48 +80 +48)m 連續梁橋的結構特點，在橋梁工程施工前必須制定符合工程實際情況的施工方案，并在施工現場嚴格按照施工方案進行施工，并及時施工監控結果進行處理，在確保各個施工環節滿足施工技術要求的基礎上，再進行下一個工序的施工。通過監測結果指導橋梁施工，可以確保橋梁施工在滿足工程質量的基礎上，提高施工效率。

3 線形(高程)監控的內容與成果分析

在橋梁施工過程中，通過測試各個箱梁節段的立模標高的變化，可以確定橋梁的施工狀態，若測試結果出現較大偏差，則必須分析偏差原因，進行合理的施工控制。因此，線形(高程)的控制是預應力混凝土連續箱梁橋施工控制的關鍵，測量工作和模型分析都是圍繞這個目標進行的［3］。箱梁橋常用懸臂法進行施工，懸臂施工具有諸多優點，但也容易因多種因素的影響導致測量計算的箱梁撓度與實測撓度存在一定的差異［4］。在本工程施工監控中，應分析混凝土容重、彈性模量、施工荷載和橋墩變位等對預應力混凝土連續箱梁撓度的影響程度，并做出相應的修正，以提高橋梁工程施工的質量和技術水平。

為保證橋梁線形(高程)監測結果的準確，在橋梁各橋墩的0#節段上設置2 個基準點(如圖1 所示)，通過測試其他各節段測點的高程變化，可以確定已經完成橋梁長度范圍內的撓度。為準確測量各施工階段后的主梁線形情況，必須確定各梁段的標高，并通過澆筑前后梁段標高的變化計算豎向撓度。為此，必須在每個施工節段上布置高程觀測點，為保證測試結果的準確性，通常按照左中右的順序布置3 個測點，測點的布置應離臨空面10cm 以上，同時注意避開掛籃的位置，本工程各施工階段箱梁的高程監控測點布置如圖2 所示。

圖2 箱梁高程監控測點布置示意圖

測點的位置通常由測點樁標識，為保證測點樁與橋梁箱梁頂板的粘結，應采用焊接的方式將Ф22 鋼筋測點樁與箱梁頂板焊接牢固并使鋼筋測點樁豎直露出箱梁頂板混凝土表面5cm 左右。0#塊上的測點為箱梁撓度測試的水準基點，通過精密水準儀(DS1)和因瓦水準尺測試其他各測點相對于水準基點的高程變化，但由于橋梁的撓度變形通常較小，為保證撓度值的精度達到mm 級別，應采用國家三等水準測量的精度要求和觀測方法施測，并以0#塊上的水準基點為起閉點按照閉合水準路線進行水準測量。

通常預應力混凝土箱梁懸臂施工包括掛籃前移、澆筑階段混凝土、張拉預應力3 個階段，由于前兩個階段箱梁仍處于施工狀態，主要測試已完成施工的箱梁線形與理論線形是否吻合，而張拉預應力是在箱梁合攏以后的工序，此階段應重點觀測合攏處的對接情況。為提高測試結果的準確性，較少外界因素對箱梁撓度的影響，通常將撓度觀測時間安排在早上五點至8 點，此時懸臂箱梁的溫度-撓度變形相對穩定，夜晚溫度降低引起的上撓變形停止，而白天溫度上升引起的下撓變形還未開始。

箱梁縱向曲線的順滑是變高度預應力混凝土連續箱梁橋線形(高程)控制的重要依據，但實際施工過程中很難保證箱梁縱向曲線的完全順滑，若在施工過程的某一階段出現實際標高與理論計算不一致的情況時，可以控制后續施工階段的箱梁高層進行逐步調整，只需保證箱梁無局部的突起和下撓，從整體上來看箱梁縱向曲線是均勻連續的即可。通過對懸臂施工過程中橋梁線性變化進行及時觀測，可以及時發現施工中的問題，并采取合理的措施進行調整，特別要關注邊跨合攏前幾個節段的線性變化。

由于本工程的變高度預應力混凝土連續箱梁橋為3 跨結構，應按照先邊跨再中跨的施工順序進行，只有在完成邊跨合攏、解除臨時錨固后，才能進行中跨合攏的施工工作。為保證合攏施工的效率和質量，合攏施工通常在一天中氣溫最低時采用平衡施工法澆筑合攏段混凝土，并在施工過程中對全橋合攏前兩懸臂端底板相對高差、合攏后及成橋后測點高程進行觀測，從而確定合攏施工的質量。

從大量的測試數據分析可知，不同施工階段各個號塊的位移均滿足規范要求，成橋后梁段頂面高程最高比設計高程高9mm，說明姚家橋連續梁橋線形基本滿足要求。除個別測點外，頂面高程差大部分在(±10mm)之內，說明主橋線形平滑。各個合攏段合攏前兩懸臂端相對高差最大偏差為7mm，最小偏差為5mm，表明本工程橋梁施工中各個合攏段合攏順利，合攏精度達到規范規定的要求(±10mm)。

4 結論

施工監控是保證橋梁工程施工質量的重要措施，對保證工程施工進度具有重要意義。在變高度預應力混凝土連續箱梁橋施工中，根據各墩上監測點在澆筑前后梁段標高的變化和不同施工階段各個號塊的位移情況，實現了對橋梁施工期間的全過程監控，使得橋梁施工過程得到良好的控制，保證施工過程中的結構安全，達到施工監測和控制的目的。

［1］封麗君.大型橋梁的施工監控方案探討［J］.江西建材，2015(7):172-173.

［2］吳旭彪，薛杰.大跨度斜拉橋施工監控［J］.廣東公路交通，2012(3):18-21.

［3］姜天曉.關于橋梁施工控制中若干重點問題的探討［J］.工程與建設，2012，26(5):673-675.

［4］黃春暉，史俊濤.連續剛構橋施工監控分析［J］.貴州大學學報(自然科學版)，2013，30(4):98-101.