預應力連續剛構橋施工監控

■謝鵬飛 ■江蘇淮安交通勘察設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223000

1 工程概況

江都北路延伸工程古運河大橋橫跨古運河，線位與航道中心線斜交100 度。從橋梁的景觀效應考慮，橋型采用(27.5 +45 +27.5)米預應力混凝土連續V 形剛構方案。橋梁平面上處于直線段內，橋面橫坡均為2.0%;縱面上采用2.5%的上坡及-2.5%的下坡，豎曲線半徑為2500 米，全橋處于豎曲線段內。本橋上部結構以連續梁為主體，配以V型腿剛構共同受力。主橋連續梁分為兩幅，單幅采用變截面單箱三室斜腹板箱梁，箱梁施工采用支架現澆。本橋下部結構橋墩呈“Y”形，與上部固結，以與主梁共同參與結構受力，橋臺采用分離式重力式臺，橋墩和橋臺的承臺都下接鉆孔灌注樁基礎。古運河大橋立面示意圖如圖1 所示。為了保證在橋梁施工過程和成橋后運營階段的安全，現對該橋施工階段進行監控。

圖1 古運河大橋立面示意圖

2 橋梁監控的目的和原則

古運河大橋主橋為預應力混凝土V 形剛構橋，為了確保主橋在施工過程中結構受力和變形始終處于安全的范圍內，且成橋后的線形達到設計值或控制目標值，結構受力狀態等接近設計期望，所以在主橋施工過程中必須進行嚴格的施工監控［1］。施工監控是要對大橋的線形和應力進行有效控制［2］，修正在施工過程中各種影響成橋目標的參數誤差對成橋的影響，確保成橋后結構受力和線形滿足設計要求。

3 橋梁施工監控的數值分析

古運河大橋采用前進法計算分析。利用ANSYS10.0 有限元軟件進行分析計算的。該系統具有強大的計算功能，能進行各種結構體系荷載的線性與非線性結構響應計算，能夠實現復雜的截面施工操作，能夠進行結構上下部共同作用的分析;可進行分階段施工過程的計算分析，輸出各施工階段對應的結構響應。施工過程的理論計算，將橋梁結構離散為有限個自由度的單元，并按實際施工過程劃分結構單元，計算各部分在施工過程和投入運營后的累計豎向變形值和各階段理論應力變化值等結果。古運河大橋的有限元模型示意圖如圖2 所示(兩端為鉸支座，圖中未標出)。

圖2 古運河大橋有限元模型示意圖

圖3 箱梁測點布置示意圖

4 大橋主梁線形監控

4.1 主梁撓度測點的布置

主梁撓度的測點布置參照古運河大橋施工圖，沿箱梁縱向全長在梁頂設立三個標高觀測點，梁底設三個反光片作為坐標觀測點，梁頂測點須用紅漆標明。梁頂標高采用精密水準儀測量，梁底反光片利用全站儀測讀，可根據施工過程中方便程度合理使用梁頂或者梁底作為主要測點。如遇特殊情況，測點可進行適當調整。主梁撓度測點布置示意圖如圖3 所示。

4.2 立模標高的確定

立模標高準確與否直接關系到成橋線形的優劣。在建立了正確的模型和性能指標后，就要依據設計參數和控制參數，結合橋梁結構的結構狀態、施工工況、施工荷載、二期恒載、活載等，輸入到前進分析系統中，得到各施工階段的理論撓度累計值，同時得到各施工階段的預計標高。

立模標高和預測標高的計算公式分別見式(1)和式(2):

式中，Hm為立模標高;H0為設計底板標高;H1為外荷載、鋪裝層等結構自重及張拉預應力等作用下的撓度累計值;H2為收縮徐變影響值;f 為回彈值;h 為鋪裝層厚度。

4.3 大橋線形控制成果

大橋實際的施工狀態與理想的施工狀態是有差別的，這就是說，如果按照計算的理論撓度累計值及回彈值施工，最終成橋狀態不一定是理想的狀態，每一工況下各節段的實測標高與預計標高也存在偏差。這時，需分析各種對主梁變形產生影響的因素，對立模標高做出調整。

按照上述介紹的方法對大橋整個施工過程的標高進行監測，理論計算與實測結果符合較好，取得了良好的效果。

圖3 左幅(西幅)箱梁底板中心實測標高與預測標高比較圖

圖4 右幅(東幅)箱梁底板中心實測標高與預測標高比較圖

由圖3 和圖4 分析可知，支架拆除前后，箱梁底板標高在考慮外荷載及鋪裝層等結構自重影響值和收縮徐變(僅中跨考慮此影響，表中對應距梁端距離33.45m 至66.45m)調平層和瀝青混凝土鋪裝層引起的預拱值后，其變形均在誤差范圍以內［3］，施工質量較好。

5 大橋應力監控

古運河大橋施工采用支架現澆法，支架采用滿堂扣件式腳手架。對于這種施工方法，跟蹤監測箱梁關鍵截面在施工中的應力狀態尤為重要。因此，在箱梁關鍵截面埋設了鋼筋應力傳感器，對箱梁控制截面進行正應力監控，觀察混凝土澆筑、預應力鋼束張拉錨固、結構恒載等作用使箱梁控制截面產生混凝土正應力的變化等［4］。

古運河大橋應力測點截面位置如圖5 所示，右幅(東幅)共計13 個截面，分別對應箱梁的每跨跨中截面、中跨四分點截面和2、3 號墩根部以及V 腿根部;左幅(西幅)共計7 個截面，截面布置為右幅(東幅)的一半。每個截面布置2 -8 個測點，具體的截面測點如圖6 所示，用來監測主梁和橋墩的應力狀態及應力在截面上的分布情況。

圖5 橋縱向應力測點截面位置

圖6 橋縱向應力測點截面位置

按照施工控制的要求，對橋墩和箱梁澆筑過程中各工況下關鍵截面的應力進行了分階段觀測。

(1)監控階段一:橋墩V 腿混凝土澆筑完畢;監控階段二:箱梁底板和1/2 腹板混凝土澆筑完畢;監控階段三:箱梁頂板混凝土澆筑完畢。

V 腿根部混凝土應力理論值大小同樣應為一個范圍，而滿堂支架與箱梁之間理論上不存在相對滑移現象，箱梁混凝土理論上不受力的作用，理論值應為0。這三階段的實測結果表明除個別傳感器無數據以外，其余實測結果接近于0，可以認為該差值是由于混凝土收縮徐變、溫度應力以及滿堂支架與箱梁之間的相對滑移引起的，但都在控制范圍內，說明箱梁支架變形較小，施工質量較好，該階段處于正常狀況。

(2)監控階段四:待澆筑的箱梁混凝土強度達到設計強度的90%以上，張拉預應力筋，滿堂支架拆除前。

箱梁混凝土應力實測結果大多與理論值較為接近，即校驗系數η都在1 左右，說明預應力張拉過程中預應力筋張拉到位，預應力損失較小，滿足設計要求，該階段處于正常狀況。

(3)監控階段五:滿堂支架拆除后。

箱梁混凝土應力平均值與理論分析結果較吻合，且應力變化值較小，說明預應力筋張拉后，該橋實際已成功落架，該階段處于正常狀況。

(4)監控階段六:成橋后。

橋墩V 腿和箱梁混凝土應力平均值與理論分析結果較吻合，說明成橋后橋梁混凝土內部應力變化較小，在控制范圍內，該階段處于正常狀況。

6 結論

(1)江都北路延伸工程古運河大橋的全面、及時的施工監控工作，為保證施工質量、工程進度和施工安全提供了有力的保障;(2)對于每一個工況，均進行了嚴格的檢查和提供了準確的現場實測數據，發現問題后及時聯系各方人員，現場解決施工難題，為施工順利進行提供了有力的支持;(3)箱梁施工過程中，主梁控制截面上、下緣應力分布符合理論分析的應力變化規律;(4)由本橋梁底的實測高程可以看出，梁底線形控制達到了預期的目標高程控制要求，各階段箱梁變形值與理論值較吻合;(5)從主橋應力和梁底高程實測數據來看，各項技術、質量指標均得到了有效的控制，符合設計要求的應力和線形控制指標。

［1］顧安邦，常英，樂云祥.大跨徑預應力連續剛構橋施工控制的理論與方法.重慶交通學院學報，1999 年12 月.

［2］武芳交.連續剛構橋梁懸臂施工線形控制分析.鐵道工程學報，2006;(4):30 -31.

［3］中華人民共和國行業標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范.JTG D62 -2004.北京:人民交通出版社，2004.

［4］張寶才，徐幀祥，陰存欣.跨海預應力混凝土大橋工程監測分析.鐵道技術，2000 年4 期.