大跨徑混凝土梁橋施工中結構應力監測及裂縫防治

張迎軍，姚利郎

（山西省交通建設工程監理有限責任公司，山西 太原 030012）

1 概況

應力監測是大跨徑混凝土梁橋主梁按節段懸澆施工監控的重要項目。通過對橋墩及主梁控制截面混凝土應力的監測，觀察施工過程橋墩墩身混凝土應力變化，以及主梁在節段澆筑，預應力張拉錨固，體系轉換等作用下混凝土正應力變化，監測主梁懸臂施工中不平衡彎矩的產生，及時給予預警，避免因不平衡荷載導致結構失穩，為工程安全提供技術支持。項目采用振弦式傳感器進行應力監測，振弦式傳感器具有結構簡單、安裝方便、穩定性好、抗干擾能力強、遠距離輸送誤差小的優點。

本文依托實體工程，對大跨徑懸臂預應力混凝土梁橋施工，通過對墩柱、主梁代表性斷面應力監測，以及施工過程出現的主梁腹板裂縫[1]變化的監測，為大橋安全建設提供技術保障，實現品質工程目標。

2 工程背景

晉蒙黃河大橋全長2.133 km，橋面凈寬2×14.75 m，上部結構主橋采用（82.68+4×152+82.8）m+（82.8+3×152+82.72）m C55預應力混凝土連續梁-連續剛構組合體系，引橋河曲方向采用8×50 m先簡支后連續預應力混凝土T梁，內蒙方向采用11×30 m先簡支后連續預應力混凝土T梁，下部構造主墩采用C40混凝土空心薄壁墩，引橋橋墩采用柱式墩、矩形墩、矩形空心墩，橋臺采用柱式臺、肋板臺，樁基礎采用鉆孔灌注樁。主橋上部采用雙幅設置，單幅主梁截面形式為單箱單室，頂板寬15.75 m，底板寬8 m，翼緣板懸臂長3.875 m，墩頂0號塊梁高9.5 m，跨中合攏段梁高3.4 m，主墩根部至跨中合攏段梁高按1.7次拋物線變化。懸臂梁段頂板厚度32 cm，底板厚度32～90 cm，腹板厚度50～70 cm，0號塊頂板加厚至50 cm，底板加厚至120 cm，腹板加厚至105 cm。箱梁頂設2%橫坡，梁底保持水平，兩側腹板不等高。

3 應力監測

3.1 橋墩應力監測

測點選擇右幅11號墩頂及12號墩頂臨時約束混凝土內，測點布置見圖1。墩頂應力測試斷面，按順橋向監測計算（N1+N4）、（N2+N3）的平均值。通過橋墩截面混凝土正應力監測，觀察施工荷載作用下墩頂正應力變化，見圖2，根據墩頂前后兩個斷面的受力特征，判定結構安全狀態。

圖1 墩頂應力測點布置示意圖（單位：cm）

圖2 墩頂應力隨工況變化曲線

從圖2中11號剛構主墩應力及12號連續墩臨時約束兩個斷面應力實測數據看，懸臂施工過程，墩頂兩側受力基本均衡，實測應力值較小。右幅11號墩前后斷面均為壓應力，數值較小，表明橋墩受力安全，右幅12號橋墩臨時約束應力值較小，兩側受力處于基本平衡狀態。

3.2 主梁斷面應力監測

在主梁懸臂施工過程，根據施工推進，在右幅11號剛構墩及12號連續墩主梁根部兩邊1號節段截面進行應力監測，測點布設見圖3，實測值按頂板（N1+N2+N3）、底板（N4+N5）兩個斷面監測計算，頂板、底板應力測試結果見圖4～圖7。

圖3 主梁應力測點布置示意圖（單位：cm）

圖4 11號墩主梁1號塊河曲向截面應力曲線

圖5 11號墩主梁1號塊內蒙向截面應力曲線

圖6 12號墩主梁1號塊截面河曲向應力曲線

圖7 12號墩主梁1號塊截面內蒙向應力曲線

觀察主梁應力曲線，主梁根部截面頂板為壓應力，底板隨懸臂延伸受力由拉應力變為壓應力。施工過程實測應力值與理論值差值不大，11號墩主梁最大壓應力出現在9號墩、12號墩主梁固結解除到掛籃拆除（第二次合攏）之間，頂板壓應力為14.83 MPa，12號墩最大應力出現在12號墩與11號墩中跨合攏后，頂板壓應力為19.89 MPa，壓應力小于設計容許應力24.85 MPa，表明主梁施工期應力處于安全狀態。

4 腹板裂縫監測

懸臂現澆主梁在早期施工中，箱梁腹板出現了部分結構裂縫，經專題研討分析，選擇代表性裂縫進行了動態監測，以判定主梁施工過程裂縫的變化，為后續處理提供技術依據。

a）9號墩右幅主梁1號節段腹板斜裂縫，監測裂縫初始狀態縫長900 mm，縫寬0.095 mm，縫深23～58 mm，見圖 9，芯樣完整。2016-12-04—2017-10-13，采用JMZX-212HAT振弦式變形儀進行了裂縫變化監測，從圖10可以看出，主梁4號塊段完成前裂縫寬度增大，而后逐漸減小到全橋合攏。全橋合攏后裂縫寬度為0.095+0.026=0.121 mm.

圖8 裂縫變化監測

圖9 裂縫深度監測

圖10 9號墩右幅1號塊腹板裂縫變化曲線

b）9號墩主梁左幅2號節段腹板豎向應力裂縫位于腹板內側，初始實測裂縫長2 800 mm，縫寬0.065 mm，縫深37～60 mm，芯樣完整。2016-12-04—2017-10-13進行了裂縫變化觀測，從圖12曲線觀察，主梁4號塊段完成前裂縫寬度增加，而后逐漸減小，16號塊段完成后趨于穩定。全橋合攏后裂縫寬度為0.065-0.007=0.058 mm.

圖11 裂縫變化監測

圖12 裂縫深度監測

圖13 9號墩左幅2號塊腹板裂縫變化曲線

5 結語

a）從橋墩墩頂實測應力看，主梁懸澆施工過程，墩柱承受壓應力，兩側受力基本均衡，實測應力較小，剛構墩墩頂應力比連續墩墩頂臨時約束應力要大，實測墩柱最大壓應力8 MPa，達到墩柱C40混凝土軸心抗壓強度設計值19.1 MPa的41.9%，表明施工過程墩柱受力處于安全狀態。

b）主梁根部截面施工過程，實測應力主要為壓應力，部分為拉應力，實測值與理論值差值不大，總體而言，主梁頂板應力比底板大，施工過程，最大壓應力出現在連續墩主梁頂板為19.89 MPa，達到設計值78.6%，最大拉應力出現在剛構墩底板為1.69 MPa，達到設計值86.2%，施工期間主梁整體應力處于安全狀態。

c）腹板斜向裂縫寬在0.095～0.129 mm范圍，裂縫初始寬度0.095 mm，冬休期以及到4號塊段完成，混凝土裂縫寬度擴大到0.129 mm，隨著主梁節段施工向前推進，腹板裂縫寬度開始變小，全橋合攏時裂縫寬度縮小到0.121 mm。

d）主梁腹板豎向裂縫寬度在0.058～0.203 mm范圍，裂縫初始寬0.065 mm，冬休期及4號塊段完成前，裂縫寬度進一步變大到0.203 mm，以后隨主梁節段向前推進，裂縫寬度變小，有愈合趨勢，全橋合攏時裂縫寬度變為0.058 mm。

e）建議全橋合攏后，采用環氧樹脂涂抹[2]，對主梁裂縫統一進行封閉，消除大氣對主筋銹蝕質量隱患。