長白鐵路橋梁轉體施工監測技術

鄭義

摘 要：本文根據長白鐵路跨既有線鐵路橋梁懸灌法施工橋梁，實現轉體的實踐，詳細描述鐵路橋梁轉體施工中有關監測技術，為同類鐵路橋梁轉體施工、懸灌法澆筑橋梁監測提供監測方法，為類似轉體橋梁的設計、施工提升水平做出貢獻。

關鍵詞：懸灌施工；平轉法；球鉸體系；稱重試驗；監控量測

1 前言

懸臂現澆法施工轉體橋，從橋梁在施工中受力過程看，要經歷變長度懸臂梁，結構體系經歷多次轉換，轉體橋梁施工的基本原理就是通過承臺中的球鉸進行轉動，使上球鉸克服滑到之間的摩擦力矩，利用上轉盤的牽引鎖，實現梁體轉動。橋梁的轉體過程中，球鉸受力、梁體轉動控制比較復雜，橋梁施工監控是對各個部位在施工中各個體系的受力、變形及穩定進行量測，使橋梁結構處于最優狀態，保證成橋符合設計、規范要求。橋梁平轉法施工的轉動體系主要有以下部分組成：轉動支承系統、牽引動力系統、轉動平衡系統。難點在于該梁轉體如何準確就位，且合攏后又能保證其梁體線形。所以要在施工過程中加強監控量測及模型分析，確保橋梁轉體施工的順利實施。

2 工程概況

跨琿烏高速公路特大橋位于吉林白城與大安之間，起訖樁號里程為DK208+162.320～DK214+562，中心里程為DK211+362.71，特大橋全長6399.68m。

全橋孔跨樣式：（14-24m）雙線預應力混凝土簡支T梁+（162-32m）雙線預應力混凝土簡支T梁+3聯（32+48+32m）雙線預應力混凝土連續梁+1聯（48+80+48m）雙線預應力混凝土連續梁+1聯（60+100+60m）雙線預應力混凝土連續梁。

其中48+80+48m連續梁位于大安北站內，跨既有長白線里程為K213+250，梁部施工里程范圍K213+100～K213+400，跨越鐵路線8條，其中含教育練兵線一條（拆除），迂回線一條（臨時拆除），駝峰線一條（降峰改造）。中跨合龍段在長白鐵路線上方，邊跨合龍段在鐵路護欄外。81#、82#墩T構轉體角度60.54度，均為順時針方向。

3 監測內容

轉盤內力監測、墩身應力監測、箱梁內力監測、梁面高程、T構稱重監測、橋梁線形監測。

4 監測實施

4.1 線形監測

線性監測主要內容有：懸灌梁主梁高程、跨長、臨時結構變形及位移和主梁軸線偏位等內容。每階段高程控制包括一工況掛籃模板定位標高；二工況混凝土澆注后標高；三工況預應力張拉后標高。在施工過程中的監控量測需要給出掛籃模板的定位高程，在掛籃模板底板模上選擇控制點；另外要給出掛籃模板加載后的高程，即混凝土澆筑后的狀態高程，用于結構狀態的校核，預測預測待澆節段的計算參數、調整與優化成橋線形，得到待澆節段的施工標高。其次是給出預應力張拉后的高程，反饋計算值是否合理。

4.1.1 儀器選擇

監測儀器軸線和里程用全站儀進行量測，高程選用自動安平水準儀進行量測。

4.1.2 控制點布設

水準控制點和測點，如0號塊測點位置下圖。

4.1.3 截面測點布置

截面測點布置如圖2，梁頂的設計標高由頂板測點可以控制，梁底標高由底板測點可控制。

圖2 界面測量點布置

4.1.4 測量時間

測量時間在早7：00左右和下午5：00以后進行。要對溫度變化引起的撓度影響進行量測，找出規律，

4.1.5 實測項目

調整模板標高時測量；綁扎鋼筋后復測；混凝土澆筑完后測量；預應力張拉前測量；預應力張拉后測量。

4.2 應變監測

選用埋入式鋼弦應變傳感器和鋼弦頻率接收儀作為應力觀測儀器。當混凝土發生應變時，埋在混凝土內的應變計同時發生變化，它根據應變的大小而輸出不同的頻率。根據它的輸出頻率，用以下公式計算混凝土發生的應變。

壓：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

拉：x=（f0×（f0-f）×（f-A））×k

式中：

x——微應變（με）；

f0——初始頻率（即0點）；

f——輸出頻率；

A——截距；

k——系數。

4.2.1 下轉盤應變監測

在轉體過程中，測量下轉盤混凝土應變的變化推算出混凝土的應力，進而可以推斷轉體體系的重心位置的變化狀況，從而控制轉體姿態。橋墩澆筑前后、主梁混凝土澆筑后、主梁預應力筋張拉后、主梁脫架前后、轉體前后，合攏段施工前后，下轉盤混凝土應力共監測10次。應變測點布置見圖3。

圖4為下轉盤實測應力變化曲線圖，結果可以看到拆除臨時支撐前下球餃下面的混凝土受力不大，拆除臨時支撐后，受力傳遞分配到下球餃下面的混凝土上。下球餃下面的混凝土受力相對較均勻，且都在安全范圍內。

4.2.2 主梁應變監測

埋入式鋼弦應變傳感器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。每個T構布置6個斷面，分別為主梁的根部、跨和合龍段截面。

每個斷面布置8個測點，測點方向均為順橋向布置；共計64個埋入式鋼弦應變傳感器。需要預埋傳感器的截面如圖5所示，每個截面傳感器預埋位置見圖6。

圖7為箱梁混凝土應力測試值對照圖，顯示應力均小于混凝土的應力容許值，結構安全。

4.3 溫度監測

4.3.1 轉盤溫度監測

本工程中轉盤尺寸大，屬于大體積混凝土，為了保證結構在混凝土水化過程中產生的熱量不引起混凝土開裂，采取了在混凝土結構中埋設一定數量的冷卻水管冷卻的方式使混凝土結構降溫，為了監測混凝土結構內部溫度在下轉盤的靠近模板位置、靠近冷卻水管的位置和遠離冷卻水管的位置布置溫度傳感器。在下轉盤混凝土澆筑后三天內進行連續觀測。

4.3.2 箱梁溫度監測

在懸灌梁施工中要對箱梁整體溫度進行量測，分析箱梁整體溫度分布狀態，有效較少和克服溫度變化對施工結構工況的影響。在側梁上設觀測截面，把測溫原件直接埋入混凝土內，測試導線引到混凝土表面。箱梁溫度測點分布見圖8。

圖8 溫度測點布置示意圖

4.4 稱重試驗

長白鐵路稱重試驗測試采用球鉸轉動法測試不平衡彎矩，這種測試方法的原理是：測試剛體位移突變的方法進行測試，受力明確，而且只考慮剛體作用，而不涉及撓度等影響因素較多的參數，結果比較準確。

球鉸轉動法測試不平衡彎矩測試方法：假設梁體可以繞球鉸發生剛體轉動。當脫架完成后，整個梁體的平衡表現為兩種形式之一（見圖9和圖10）：

（1）轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）大于轉動體不平衡力矩（MG）。此時，梁體不發生繞球鉸的剛體轉動，體系的平衡由球鉸摩阻力矩和轉動體不平衡力矩所保持；

（2）轉動體球鉸摩阻力矩（MZ）小于轉動體不平衡力矩MG）。此時，梁體發生繞球鉸的剛體轉動，直到撐腳參與工作，體系的平衡由球鉸摩阻力矩、轉動體不平衡力矩和撐腳對球心的力矩所保持。

4.4.1 琿烏高速公路特大橋轉體稱重

跨琿烏高速公路特大橋項目共有兩個轉體，稱重結果如下。

A.81#墩T構稱重結果。撐腳固結解除后，對81#墩處的撐腳進行觀察，T構未發生明顯偏轉，由此可以判斷球鉸摩阻力矩大于轉動體不平衡力矩。

先在小里程側頂梁使梁體轉動，當梁體位移發生突變時，支反力P1=1528 kN，再在大里程側頂梁使梁體轉動，當梁體位移發生突變時，支反力P2=1191 kN。81#墩T構稱重位移-支點反力圖如圖10、圖11所示。

B.82#墩T構稱重結果。撐腳固結解除后，對82#墩處的撐腳進行觀察， T構未發生偏轉，由此可以判斷球鉸摩阻力矩大于轉動體不平衡力矩。

先在小里程側頂梁使梁體轉動，當梁體位移發生突變時，支反力P1=944 kN，再在大里程側頂梁使梁體轉動，當梁體位移發生突變時，支反力P2=1117 kN。82#墩T構稱重位移-支點反力圖如圖12、圖13所示。

C.稱重結論。由圖10可得：

不平衡力矩：

[MG=P2×L2-P1×L12]

摩阻力矩：

[MZ=P2×L2+P1×L12]

球鉸靜摩阻系數：

[μ=MZ0.98RN]

轉動體偏心距：

[e=MGN]

式中：

R——球鉸中心轉盤球面半徑（m）；

N——轉體重量（N）。

不平衡力矩測試結果見下表：

懸臂T構不平衡力矩測試結果統計

由于82#墩T構不平衡力矩較小，且邊跨較重，82#墩T構可不做配重。

按照磨心支撐平衡轉體配重要求：

81#墩T構需要配重=N×e/（懸臂長度-配重距梁端距離）

按力臂10m計算：81#墩T構需要在大里程側配重約8.425t。

5 其他監測內容

為了保證轉體過程中橋梁結構安全和確保既有線路的運營安全，必須隨時掌握轉體結構在轉動過程中的主梁前端豎向位移、撐腳位移、轉動速度、主梁前端橫向加速度、主梁前端豎向振動和轉體前后控制斷面應變的變化情況，需對各項主要控制參數進行隨時監測，

6 結束語

由于橋梁設計理念的不斷創新，橋梁施工技術不斷進步，橋梁施工過程的合理性和安全性不確定因素越來越多，在施工階段，通過監測手段，監測橋梁的線性，橋梁墩柱等部位的內力變化，反饋指導和修正在橋梁施工過程中的參數，保證橋梁建設過程中的安全，建成后的成橋自然美觀，需要不斷提高監測技術。

參考文獻：

[1] 楊耀福.T型剛構橋水平轉體技術研究.石家莊鐵道學院碩士論文，2007.

[2] 向忠富.橋梁施工控制技術.

[3] 中鐵建大橋工程局.京秦高速公路萬噸級轉體橋施工控制技術研究.