大跨度預應力混凝土橋梁施工監控技術的應用分析

張榮華

(江蘇東交智控科技集團股份有限公司 江蘇南京 210049)

在建設工程不斷發展過程中，橋梁建設也不斷發展，在此過程中，人們對橋梁運行安全性的要求也隨之提高。為了使橋梁結構行車舒適性、耐久性以及可靠性進一步提高，在對大跨度預應力橋梁進行施工時，應對其實施監控，使其施工質量進一步提高。

1 橋梁施工監控程序

在對橋梁工程實施監控過程中，應先對工程整體情況進行計算和分析，并對施工材料的質量進行監控，得到不同施工階段的分析參數、控制指令。與此同時，在對橋梁實施施工監控過程中，技術人員應以監控數據為依據，對橋梁施工進度加以調整，并對誤差進行控制，使橋梁能夠順利施工。除此之外，技術人員還應以橋梁設計參數為依據，對橋梁模型進行建立，并以橋梁實際施工情況為基礎，對現場施工情況和周邊環境進行模擬，達到分析橋梁影響因素的目的，使橋梁監控水平進一步提高，為橋梁施工奠定基礎[1]。

2 橋梁施工的主要影響因素

2.1 橋梁結構參數的影響

在對橋梁實施施工過程中，橋梁的施工質量和自身穩定性與結構參數息息相關，因此，在施工監控過程中，應對各結構參數進行控制，主要包括以下參數。

2.1.1 材料容重

在對預應力混凝土橋梁進行施工時，該參數與結構變形和內力等指標息息相關，因此技術人員應對該參數進行合理、科學的控制。

2.1.2 材料漸變和收縮特性

在橋梁施工時，混凝土材料的漸變和收縮性會對整個橋梁結構內力變化產生較大的影響，因此技術人員應對其實施監控。

2.1.3 預應力

在對橋梁預應力值進行監控過程中，應對預應力值各項影響因素進行分析，并對其誤差進行控制，使預應力監控準確性進一步提高。

2.1.4 施工荷載

在對施工荷載值進行監控過程中，應從橋梁工程的生態環境、氣候、地形和地質等因素出發進行分析，保障施工荷載的準確性。

2.2 施工溫度變化

在對大跨度預應力混凝土橋梁進行施工過程中，在施工環境溫度變化時，橋梁結構所受的附加應力也會隨之增加，進而使結構變形力增加。因此，技術人員應對施工溫度變化情況進行監控，綜合考慮各項影響因素，在每日施工開始前，應于清晨7 點前做好溫度監控。

2.3 橋梁施工工藝

在對橋梁進行施工時，施工工藝的水平將直接決定施工質量和成橋后橋梁結構的性能。與此同時，不同的施工順序和方案，所導致的橋梁結構位移和應力也各不相同，因此，技術人員應對橋梁施工工藝進行監控。

2.4 橋梁的結構模型

在對大跨度預應力混凝土橋梁施工之前，技術人員應對有限元進行建模分析。有限元模型主要是指將主要采用邊界處理和假設等方式實際橋梁簡化為計算模型，由于計算模型和橋梁實際結構存在一定的差別，若計算模型不符合要求，則會導致計算出現問題，因此，需對結構模型誤差進行控制。

3 大跨度預應力混凝土橋梁施工監控的主要技術及要點

3.1 監控技術

3.1.1 仿真計算方式

在對大跨度預應力混凝土橋梁進行計算過程中，仿真計算具有計算方便的特點，因此其應用越來越廣泛[2]。仿真計算主要是指以橋梁設計方案為依據，采用分段計算懸臂施工系數的方式，對結構壓應力以及形變力進行分析。在使用仿真計算方式進行監控過程中，技術人員首先應對施工單位的組織設計情況、施工圖紙說明以及施工順序圖進行分析，對支架和掛籃重量進行合理選擇，并以實際設備重量等為依據，對混凝土澆筑和壓重撤除過程進行調整和控制，使橋梁各受力點處于理想狀態下，為后續橋梁監控奠定基礎。

3.1.2 線形監控方式

技術人員首先應對標準參數和模型進行確定，并以橋梁施工荷載量、現場施工狀況等參數進行計算和分析，達到技術橋梁懸臂預拱度的目的[3]。在荷載力的作用下，預拱度可以有效抵消橋梁結構的撓度變化，通常情況下，預拱度的影響因素主要包含如下幾點：（1）在施工荷載力的作用下，腳手架的彈性形變；（2）在混凝土彈性徐變或自然收縮過程中，超靜定結構的撓度變化；（3）設備卸載或桿件接頭壓縮過程中的塑性徐變；（4）在受力過程中，腳手架的彈性沉降；（5）模板預拱度的設計要求。

3.1.3 應力監控方式

在對應力進行監控過程中，應做到如下幾點。

（1）應力監控原理和器材。在對應力進行監控過程中，技術人員應對設備性能、精確度以及使用壽命等因素進行分析，確保其符合要求。當前常用的應力監控設備主要為鋼弦式應力計量劑。在監控過程中，技術人員應以測量的應變力數值為依據，對混凝土應力進行計算[4]。（2）合理選擇監控截面。在對橋梁進行監控過程中，由于各個截面的應力分布情況存在一定的差異，因此，技術人員應對監控截面進行合理選擇。通常情況下，當橋梁懸臂狀態較為穩定時，此時受力作用最大的位置為懸臂底部；在對橋梁進行澆注施工時，此時受力作用最大的位置為橋墩頂面和跨中截面。因此，在實施監控過程中，技術人員應分別對橋墩頂面、跨中截面以及懸臂底部等位置進行監控。與此同時，在混凝土收縮過程中，各因素為互相控制、互相影響的關系，所以在實際計算過程中，無法從根本上排出外界應力的作用，為了使應力計算準確性進一步提高，技術人員應以相關設計規范為依據，對其進行修正和校驗。

3.1.4 橋梁混凝土合龍階段澆筑時間監控

在對橋梁實施合龍施工過程中，技術人員應對澆筑時間進行監控。在此過程中，技術人員應對氣溫、應變力變化情況、合龍前懸臂端以及施工時的氣候進行分析，并以此為基礎，確定澆筑時間。通過對以往的施工數據進行分析可知，在1:00～6:00 時間范圍內橋梁應力截面變化數據以及懸臂端高程相對較穩定，因此，應選擇1:00～6:00 時間范圍內對混凝土進行澆筑，使橋梁合龍質量和安全性進一步提高。

3.2 監控控制要點

3.2.1 應力控制

在對大跨徑預應力混凝土橋梁進行施工過程中，應力監控質量與工程整體施工質量息息相關，因此，在對應力進行監控過程中，要點如下。

（1）在對大跨徑預應力混凝土橋梁進行施工過程中，由于其施工過程較為復雜，因此，在各個施工階段，其橋梁結構形式、邊界條件荷載也不盡相同，結構受力較為多變。尤其是在對主體結構進行合龍施工過程中，在結構轉換過程中，其應力會產生變化，因此，技術人員應對結構應力變化大小進行分析，確保其符合設計要求。（2）在對橋梁施工之前，技術人員應對張拉設備和錨具等進行檢查，確保其規格、性能以及質量符合要求。與此同時，技術人員還應對千斤頂、壓力表等設備的性能進行檢查，保障其能正常運行。（3）技術人員應對直徑、強度以及伸長值等預應力鋼材技術參數進行核對，確保其符合要求[5]。

3.2.2 線形控制

在對橋梁進行監控過程中，結構尺寸是重要控制內容。在實際施工過程中，由于諸多因素的影響，會導致結構變形出現一定的誤差，導致橋梁主體實際位與設計位之間存在偏差，當偏差過大時，會導致合龍質量受到影響，成橋后的線形起伏變化較為明顯，不但會使橋梁美觀性受到影響，還會對橋梁施工質量產生影響。因此，技術人員應對實際結構和設計結構尺寸進行對比，對其偏差進行分析，并采取措施對其偏差進行控制，使其符合設計要求。

3.2.3 安全控制

在對橋梁結構進行監控過程中，為了使其整體安全性進一步提高，技術人員應保障結構的可靠性和穩定性符合要求。在實施監控過程中，技術人員應對橋梁整體穩定性、結構形變以及內部應力等進行嚴格控制，保障橋梁施工安全性。

3.2.4 穩定控制

在對大跨度預應力混凝土橋梁進行施工時，隨著跨度增加，其受力復雜性也不斷增加，導致其出現失穩等問題，因此，技術人員應對結構穩定性進行控制。在對結構穩定性進行控制時，技術人員應借助軸心受壓公式對其穩定性和安全性系數進行計算，達到判斷穩定性的目的[6]。與此同時，在對橋梁穩定性進行監控過程中，若橋梁出現失穩情況，應立即采取應急處理措施，有效控制各種突發情況，防止出現安全事故。

4 工程實例

在對某橋梁進行施工過程中，其主跨長度為72 m主要為預應力混凝土變截面連續箱梁，箱梁截面為單箱雙室，跨徑組合為47 m+72 m+47 m。跨中梁高為2.0 m，箱梁中線根部處梁高為4.4 m，梁底下緣呈現出二次拋物線形狀。在對箱梁進行施工過程中，主要采用掛籃分段對稱懸臂澆筑法進行施工。為了使該工程施工安全性和質量進一步提高，技術人員應對其施工過程進行監控，該文主要對預應力張拉階段的施工過程監控情況進行分析[7-8]。

4.1 摩阻系數測試

在對該工程箱梁進行施工時，混凝土等級為C50，其預應力束鋼絞線規格為?s15.2 mm，彈性模量為Es=1.95×105N/mm2，強度標準值為fptk=1860 N/mm2；在張拉施工時，主要使用OVM15-12錨具及其配套設備，預應力筋管道為金屬波紋管。在試驗過程中，在箱梁梁腹板各選擇一束鋼絞線作為檢測對象，并使用GMS型鋼弦式錨索測力計（規格為2 000 kN）作為壓力傳感器。當箱梁混凝土強度為85%的設計強度時，應對其實施張拉測試。在張拉時，應從一端分成6 級進行張拉。

以最后一級拉力值為依據對摩擦系數μ值進行計算，與此同時，技術人員應以張拉實際情況為依據對各參數進行確定，根據試驗可知，k=0.0015，θ=2.47 rad，x=107 m，相對摩擦損失σl2/σcon應為實測值。但是在實際預應力張拉施工過程中，通常會兩端同時進行張拉施工，因此，每端的θ和x值應為實驗值的一半，以計算的摩擦系數值為依據，對實際施工張拉情況進行計算，可得到箱梁中部預應力摩擦損失值的最大值，通過對其試驗數據進行分析可知，其摩擦系數比規定值低，由此可知，該管道符合設計要求。

4.2 箱梁截面邊緣混凝土法向應力測試

對縱向預應力束進行張拉施工之后，技術人員應對箱梁體內縱向應力進行分析。在該橋梁進行施工時，主要選擇主橋位置上的1個制作截面和2個跨中截面作為關鍵截面進行測試，主要見圖1。將鋼弦式應變計分別放置在A-A、B-B、C-C 的截面箱梁頂板位置處，并將應變計布置在底板位置處，且應在其余截面箱梁地板和頂板位置各設置3個應變計。通過對各個應變計的頻率變化情況進行檢測和記錄，并以此為基礎，對梁體混凝土各關鍵測試截面位置順橋向應力變化值進行計算，在計算過程中，技術人員應以施工單位所提供的C50 混凝土彈性模量為依據，該工程中取3.45×104MPa。

圖1 關鍵測試截面

通過對其實測結果進行分析可知，在對梁體實施預應力張拉過程中，會產生一定的應力，該應力值符合應力限值規范要求，且預應力張拉滿足施工效果要求。與此同時，在預應力的作用下，梁段會出現起拱和變形等情況，導致部分梁段與支架模板脫離，因此，該試驗所得到的箱梁梁體預應力變化情況，不僅包括預應力筋的作用，還包括部分箱梁自重作用。

4.3 測量箱梁變形

在縱向預應力束全部張拉施工完成后，技術人員應借助精密水準儀對箱梁變形情況進行觀察。在對測量截面進行選擇的時候，應沿縱橋向選擇2 個懸臂端截面、2 個跨中截面以及1 個支座截面共5 個測量截面，且應沿橫橋向將3個測點布置在每個測量截面上。在實際測量過程中，可能會出現測點損壞的現象，技術人員應對各測量截面有效點進行控制，通常應大于2個，表1為各測量截面的平均變形值。通過對表1進行分析可知，在預應力的作用下，雖然該梁段存在起拱和變形情況，但是均符合設計規范要求[9-10]。

表1 各測量截面的平均變形值

5 結語

綜上所述，在對大跨度預應力混凝土橋梁進行施工過程中，為了使其施工質量和安全性進一步提高，技術人員應對其施工過程進行監控。在監控過程中，技術人員應以實際施工情況為依據，對橋梁施工影響因素進行總結，并對監控技術和監控要點進行分析，以此為基礎，對施工實際摩擦損失、控制截面應力以及各工況條件下橋梁變形值進行控制，為我國橋梁行業發展奠定基礎。