連續梁拱橋施工監測監控與成橋分析

何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波 315012)

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連續梁拱橋施工監測監控與成橋分析

何 山

(寧波市軌道交通集團有限公司，浙江寧波 315012)

以寧波軌道交通2號線一期工程跨寧鎮公路連續梁拱橋為研究對象，綜合論述連續梁橋的監測技術和監測成果應用。

連續梁 系桿拱橋 監測監控 成橋分析

1 監測監控工作概述

寧波市軌道交通2號線一期TJ2111標跨寧鎮公路立交連續梁拱橋橋跨結構形式為(40+85+40) m，施工方法為先梁后拱支架法。連續梁監測監控實行現場分組直控模式，在項目監測小組下設應力測量小組、溫度測量小組和變形測量小組，并成立監控計算與分析小組，以負責施工控制中監測數據分析和施工過程跟蹤計算等具體技術問題。工作關系如圖1所示。

圖1 監測監控工作關系

2 施工監測前期理論分析

2.1 理論分析和計算

按照施工方給出的施工工序及設計基本參數，采用結構分析軟件Midas Civil 2012進行施工過程空間有限元分析。主梁及拱肋均采用梁單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。全橋共284個梁單元，30個桁架單元，242個節點。橋梁結構有限元模型如圖2所示。

圖2 連續梁拱橋成橋階段有限元模型

根據材料特性、截面性質、荷載及邊界條件等對成橋階段進行模擬計算，計算內容及成果如表1及圖3～圖8所示。

表1 吊桿張拉力

圖3 主梁豎向位移計算成果

圖4 主梁內力計算成果

圖5 主梁應力計算成果

圖6 拱肋豎向位移計算成果

圖7 拱肋橫向位移計算成果

圖8 拱肋截面組合應力

2.2 合理成橋目標

在設計基準溫度下，主橋合理成橋目標允許誤差如表2所示。

表2 合理成橋目標允許誤差

2.3 施工監測預警值

(1)線形預警值

當主梁或拱肋線形實測值與理論值超出表3所列的控制值時，發布初步預警并分析原因。

表3 施工監測線形控制指標 mm

(2)混凝土應力預警值(C50混凝土)

混凝土應力監測結果啟動初步預警的預警值如表4所示。

表4 混凝土應力預警值 MPa

(3)鋼管拱肋應力預警值

鋼管拱肋應力監測結果啟動初步預警的預警值如表5所示。

表5 鋼管拱肋應力預警值 MPa

3 連續梁拱橋監測技術

3.1 監測內容

連續剛構橋主梁施工監測包括以下主要內容：

應變監測、線形監測、溫度監測、吊桿索力監測。

3.2 應變監測

(1)測試儀器

選用質量高的埋入式混凝土應變計、鋼筋應變計和配套的綜合頻率接收儀作為應變觀測儀器。該應變計的溫度誤差小、性能穩定、抗干擾能力強，特別適合于長期觀測。

(2)監測斷面

對邊跨、中跨的梁體進行應力監測。在主梁邊跨跨中，中跨L/4、L/2及中墩支點等關鍵截面布置應力觀測點，共9個測試斷面，如圖9所示。

(3)測點布置

主梁每個應力測試斷面應根據情況布置不少于8個應變測點；拱肋每截面設4個測點，具體布置如圖10和圖11所示。

圖9 連續梁拱橋應力監測截面(單位：cm)

圖10 連續梁拱橋主梁應變測點布置

圖11 連續梁拱橋主拱應變測點布置

(4)應力計的埋設

應力計按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面。施工過程中需注意對應力計和引出導線的保護。3.3 線形監測

(1)主梁線形監測

主梁線形控制的實質是保持主梁底板線形平順且滿足設計要求。本橋主梁測點布置于箱梁頂板上，每個箱梁橫斷面頂面橫向布置3個測點，布置在橋梁中心線位置以及兩側翼板外承托的根部。順橋向每節段設置一個測試截面，在每節段箱梁澆筑完成后還應測量頂底高差，以便計算箱梁底面高程。采用型號為TC2003的電子全站儀按工程變形三等水準測量。

(2)拱肋線形監測

連續拱橋還需對拱肋進行線形監測。拱肋線形包括平面外的線形和平面內的線形，通過設置在拱肋上測點的水平位置與高程來反映。

拱軸線線形測試斷面均設置于吊桿位置(具體布置在吊桿上錨墊板頂面中心)，每個拱肋上有15個吊桿，共設15個線形測點。

采用全站儀測量各測試斷面上測點的三維坐標，以確定拱肋各位置高程和水平向偏轉，測點安裝棱鏡時須保證棱鏡處于豎直狀態且與拱肋連接牢固。

3.4 溫度監測

溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。溫度變化包括季節性溫變和日溫變化兩部分。日溫變化比較復雜，尤其是日照作用，會引起主梁頂底板溫度差，使主梁產生撓曲。選擇早晨太陽出來前對撓度進行觀測，可以有效地消除日照溫差的影響。季節溫差對主梁撓度的影響比較簡單，其變化相對均勻。

在主梁混凝土灌注期間及梁體合龍前，選擇良好的晴天，進行兩個循環的溫度觀測。每個循環從第一天早上7:00時到第二天早上7:00時，每個小時觀測一次，其中9:00到19:00每小時觀測一次，每天18次。

在控制截面上埋置溫度傳感器進行溫度監測，溫度測試斷面和測點布置同應力監測布置。

3.5 吊桿索力監測

吊索安裝完成后，每根吊索張拉時，測試兩側相鄰3對索索力。全部吊桿第一次張拉完成后，選取溫度穩定的夜間對溫度、主纜線形、主梁線形、主塔變位、全部吊桿的吊桿力進行測試。同時進行控制反饋分析，達到對后續工序監控調整的作用。

索力測試采用索力動測儀，按弦振動法進行測試，并選取一根同長度、同類型吊桿進行標定。標定方法：在張拉千斤頂與工具錨間安裝測力環(錨索計)，在張拉過程中讀數并與頻率法結果進行比對修正。

3.6 監測要求

(1)測量誤差要求

主梁高程、里程、軸線測量誤差應小于±2 mm。采用振弦式應變計進行應變測量，量程采用±1 000～1 500 μm，要求綜合精度高于±0.5%，年漂移量小于±0.5%，經溫度補償后溫度漂移小于±1%/10 ℃。采用振弦式索力傳感器的精度為±2%，結構溫度場監測誤差小于±1 ℃，環境溫度監測誤差小于±1 ℃。

(2)其他要求

鋼管拱肋合龍后，其線形和內力受溫度影響較大，測試應在一天氣溫較為平穩的夜間時段進行，所有監測項目測試應基本同時進行；測量時嚴格控制施工臨時荷載，材料堆放要求定點、定量；線形測量工作由施工方和監控方分別進行，同時監理方進行監督；所有觀測試的記錄錄須注明施工階段、日期、時間、天氣、氣溫、特殊施工荷載和其它突變因素；每一施工工況完成后，由有關方進行測試，確認測量結果無誤后方可進行下一工況的施工。

4 監測數據統計分析

施工過程的監測監控管理主要管控三個節點工況，分別是：(1)主拱混凝土澆筑完成后(以下稱：澆筑后)(2)吊桿張拉完成、主梁支撐拆除后(以下稱：拆架后)(3)鋪軌完成后的成橋階段(以下稱：成橋)。將監測數據和過程管理資料按上述施工階段進行歸類統計分析。

4.1 監測數據統計

各項監測數據分別如圖12～圖17所示。

圖12 拱肋軸線偏差(單位：mm)

圖13 拱肋軸線高程偏差(單位：mm)

圖14 主梁高程偏差(單位：mm)

圖15 主梁應力偏差(單位：MPa)

圖16 北拱拱肋鋼管應力偏差(單位：MPa)

圖17 南拱拱肋鋼管應力偏差(單位：MPa)

4.2 數據分析及預警響應

對照施工監測預警值，施工過程中拱肋、主梁線形及應力狀態偏差均有部分測點超出預警值，風險評估工程師共發出4次初步預警，對拱肋軸線15個測點、拱肋高程11各測點、主梁高程23個測點、主梁應力28個測點和拱肋鋼管應力3個測點位置進行預警，并與各參建單位協同制定糾偏措施。最終在成橋階段，全部拱肋軸線有8個測點偏差得到相應控制，8個仍超出成橋目標，達標率73.3%，最大偏差值為22.7 mm；拱肋和拱肋高程全部得到控制，達標率100%；主梁應力有21個測點位置偏差得到控制，但新增8處超出合理成橋目標值，總體達標率由26.3%提高至60.5%；拱肋鋼管應力預警的3個測點均在成橋階段達到目標值內，但新增5個測點超出目標值。

經后期分析，各測點預警后，應力值調整過程中可能影響周邊梁體或鋼管的應力。因此，日后在其他橋梁的監測監控管理中，應注意考慮糾偏措施對其他部位的影響，建立全方位糾偏理念。

4.3 預警響應及措施

初步預警發出后，由項目總監組織，由建設單位、設計單位、施工單位、監測單位參加，召開預警分析會，會前進行現場巡檢，會上進行數據對比和措施討論，最終制定調整措施，以預警會議紀要形式發出，作為正式文件指導后續施工。

針對軸線高程偏低的問題，采取延長保溫、養護時間和拆模時間等措施；針對應力偏差的問題，采取預應力張拉力、伸長量和持荷時間微調等措施。取得了一定的效果，使多數偏差得到有效收斂。

5 成橋評析

(1)成橋階段主梁線形平順，主梁測點實測高程均能滿足控制精度要求。成橋階段拱肋線形平順，南側拱肋測點實測高程與理論值的差值均小于26.7 mm，滿足控制精度要求，測點軸線偏位大部分小于控制精度13.3 mm，最大偏差為22.7 mm，測點為J15，位于拱腳位置；北側拱肋測點實測高程與理論值的差值均小于26.7 mm，滿足控制精度要求，測點軸線偏位大部分小于控制精度13.3 mm，最大偏差為19.8 mm，測點為J12。

(2)對于施工過程中線形偏差超出預警值的情況，橋梁監控工程師及時發布預警通知并提出了調整措施，大部分測點成橋階段較施工過程偏差有所收斂。

(3)從軸線偏差分析，跨中偏差值較梁段總體偏小。主要是梁端受下部結構偏差影響較大，較難調整，跨中通過監測調整，偏差值得到較明顯收斂；而軸線高程偏差值全部為負值，說明預拱度的設置，對支撐體系彈性、非彈性變形和地基沉降等參數的影響分析略有偏差，預拱度可增加10～15 mm。

(4)施工過程中結構應力與理論計算值基本吻合，最大拉、壓控制值未達到預警值，未出現異常情況。

(5)成橋階段主梁各控制斷面實測應力均為全截面受壓，實測應力平均值與理論值相比，大部分在1.5 MPa以內，最大差值為2.91 MPa。成橋階段拱肋鋼管實測應力與理論值相比，大部分差值在10 MPa以內，最大差值為12.58 MPa。

(6)成橋階段為冬季，主梁應力偏差值均為負值，儲備一定溫度應力，整體偏安全；拱肋鋼管拉應力偏差值達標率82%，基本可控。

6 結束語

連續梁拱橋是連續梁拱組合體系橋梁，其設計與施工高度耦合，所采用的施工方法、材料性能、安裝程序、拱肋安裝高程以及吊桿張拉力等都直接影響成橋的線形與受力。即便在設計時已經考慮了施工中可能出現的情況，在施工過程中由于施工誤差，會使實際結構與理論狀態不符。應根據施工中對橋梁結構實時監測的結果，對施工過程中的控制參數進行相應調整。此外，橋梁結構監測措施的實施也有利于保證施工過程中結構安全。

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Monitoring Control and Completion Analysis for Continuous Girder Arch

HE Shan

2016-07-19

何 山(1972—)，男，畢業于重慶大學，高級工程師。

1672-7479(2016)05-0014-05

TU196+.1； U446.2

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