預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研究

趙 亞 煒

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 概述

連續(xù)梁橋施工監(jiān)控的目的是通過監(jiān)測(cè)采集主梁關(guān)鍵截面位置的撓度變形和截面不同位置的應(yīng)變情況，及時(shí)預(yù)警施工中出現(xiàn)的各種大變形和大應(yīng)變問題，確保橋梁成橋過程中的安全性和穩(wěn)定性。以連續(xù)梁懸臂澆筑施工為例，在連續(xù)梁橋懸臂施工過程中，通過控制立模標(biāo)高值，保證懸臂段合龍后的主梁線形、截面應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在連續(xù)梁施工實(shí)踐中，懸臂澆筑施工法和傳統(tǒng)的滿堂支架施工技術(shù)相比，懸臂澆筑的施工荷載影響更加明顯，懸臂段的預(yù)應(yīng)力張拉和混凝土澆筑過程中必須在掛籃上完成，目前廣泛使用的簡(jiǎn)支轉(zhuǎn)連續(xù)施工技術(shù)，涉及到復(fù)雜的承載體系轉(zhuǎn)換過程，以上各種施工荷載對(duì)主梁結(jié)構(gòu)的截面內(nèi)力和主梁線形變化造成巨大的影響，在施工荷載作用的累積效應(yīng)影響下，很容易導(dǎo)致連續(xù)梁的成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)存在偏差，導(dǎo)致懸臂段最終無(wú)法順利合龍，局部出現(xiàn)嚴(yán)重的應(yīng)力集中問題，為主梁的安全運(yùn)營(yíng)埋下巨大隱患。

為了避免連續(xù)梁懸臂施工過程中潛在的各種危險(xiǎn)因素，提升連續(xù)梁施工的質(zhì)量和安全性，必須制定具體的連續(xù)梁懸臂澆筑控制方案，做好關(guān)鍵控制技術(shù)的研究工作，借助應(yīng)變、位移傳感器采集控制截面的相關(guān)參數(shù)，并將監(jiān)測(cè)值和理論值進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)識(shí)別和處理好施工過程中出現(xiàn)的各種偏離工況，保證連續(xù)梁的成橋及后期運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

2 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁施工監(jiān)控主要內(nèi)容

2.1 變形控制

預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁懸臂澆筑過程中施工監(jiān)控主要內(nèi)容包括變形控制和截面應(yīng)力控制兩方面。變形是截面應(yīng)力變化的具體表現(xiàn)，截面應(yīng)力是截面變形的根本動(dòng)因；其中，變形控制包括結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和主梁線形控制，構(gòu)件幾何參數(shù)又可以細(xì)分為箱梁尺寸參數(shù)、懸臂澆筑節(jié)段參數(shù)，主梁線形可以細(xì)分為平面線形和豎向線形控制兩部分。根據(jù)最新版的JTG/T F50—2011版橋規(guī)對(duì)懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的施工要求，將其作為本工程施工監(jiān)控的主要依據(jù)。具體的線形控制參數(shù)如表1所示。

表1 線形控制參數(shù)

2.2 截面應(yīng)力控制

控制截面的不同應(yīng)力組合狀態(tài)直接關(guān)系到主梁成橋和后期運(yùn)營(yíng)過程中的承載能力和安全性，必須保證在懸臂澆筑和合龍過程中，全部控制截面的全部應(yīng)力組合值均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，控制截面應(yīng)力需要在對(duì)應(yīng)位置埋設(shè)應(yīng)變傳感器，常用的應(yīng)變傳感器有應(yīng)變片和光柵應(yīng)變系統(tǒng)兩類，應(yīng)變片的靈敏性稍差，但性價(jià)比高，布設(shè)方便，精度滿足工程施工要求；光柵靈敏性極高，但造價(jià)昂貴，且布設(shè)難度較大，一般應(yīng)用在工程試驗(yàn)中。應(yīng)變片將對(duì)應(yīng)位置的真實(shí)應(yīng)變響應(yīng)傳輸至應(yīng)力—應(yīng)變采集終端，并在顯示屏上輸出對(duì)應(yīng)位置的應(yīng)變—應(yīng)力變化曲線，將監(jiān)測(cè)值和理論計(jì)算值對(duì)比，分析二者出現(xiàn)誤差的原因，一旦出現(xiàn)控制截面應(yīng)力異常情況，必須立即停工并卸載，保證各控制截面的應(yīng)力組合值均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

3 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 工程概況

本工程項(xiàng)目地處省內(nèi)某國(guó)省干道主線，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)應(yīng)力連續(xù)變截面箱梁，截面形式為單箱單室，主跨總計(jì)20聯(lián)，主梁跨徑分布為40 m+80 m+40 m，設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)公路，全跨使用掛籃懸臂澆筑拼接施工技術(shù)。圖1為主跨及控制截面結(jié)構(gòu)形式。

3.2 主梁線形監(jiān)控及結(jié)果

全程監(jiān)控主梁澆筑及合龍過程中的主梁線形，并做好主梁線形控制，在懸臂澆筑0號(hào)塊位置布設(shè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)，每一節(jié)段上布設(shè)3個(gè)高程觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，高程觀測(cè)工作借助水準(zhǔn)儀完成，觀測(cè)點(diǎn)截面分布情況如圖2所示。

以懸臂澆筑施工狀態(tài)為例，選取任意3個(gè)澆筑節(jié)段為研究對(duì)象，采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)控獲取的澆筑節(jié)段的高程值，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，具體對(duì)比結(jié)果如表2所示。

表2 懸臂澆筑節(jié)段預(yù)計(jì)高程與實(shí)際高程對(duì)比情況

分析表2可知，箱型梁頂板標(biāo)高預(yù)計(jì)值為設(shè)計(jì)值與預(yù)應(yīng)力施加后的預(yù)拱度和，再剔除結(jié)構(gòu)變形值；將實(shí)際值和預(yù)測(cè)值對(duì)比后可知，全部的誤差值均介于-1.5 cm～1.5 cm范圍內(nèi)，因此，在節(jié)段澆筑施工過程中，主梁線形變化滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.3 控制截面應(yīng)力監(jiān)控及結(jié)果

選取梁端、跨中、1/4跨截面作為應(yīng)力控制截面，此外，再隨機(jī)選取若干截面作為普通應(yīng)力控制截面，以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制截面應(yīng)力監(jiān)測(cè)的校驗(yàn)和補(bǔ)充。圖3為控制截面和普通截面的應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況。

根據(jù)本工程建設(shè)項(xiàng)目的施工推進(jìn)情況，項(xiàng)目部施工監(jiān)控組制定了針對(duì)性的橋梁施工監(jiān)控方案和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，在2號(hào)、3號(hào)墩、0號(hào)澆筑塊及邊跨的跨中位置埋設(shè)混凝土應(yīng)變片，對(duì)采集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過分析應(yīng)變值可知，擬監(jiān)控的橋梁施工監(jiān)控對(duì)象的各控制截面組合應(yīng)力值均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。本文以懸臂段根部箱梁頂板位置的應(yīng)力組合值為統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象，相應(yīng)的監(jiān)控結(jié)果如表3所示。

表3 懸臂段根部箱梁頂板位置應(yīng)力實(shí)測(cè)值

部分施工階段理論計(jì)算值監(jiān)控實(shí)測(cè)值2號(hào)左半幅2號(hào)右半幅3號(hào)左半幅3號(hào)右半幅1號(hào)節(jié)段澆筑完成-1.74-1.77-1.57-1.74-1.70預(yù)應(yīng)力張拉完畢-3.87-3.98-3.89-3.87-4.323號(hào)節(jié)段澆筑完成-4.48-4.86-4.77-4.48-4.83預(yù)應(yīng)力張拉完畢-6.81-7.50-7.18-6.81-7.205號(hào)節(jié)段澆筑完成-6.64-7.48-6.84-6.64-7.23預(yù)應(yīng)力張拉完畢-8.60-9.44-8.69-8.60-9.417號(hào)節(jié)段澆筑完成-7.92-8.94-8.32-7.92-8.14預(yù)應(yīng)力張拉完畢-9.94-10.68-10.12-9.94-11.17邊跨張拉后-9.38-10.88-10.47-11.36-11.02結(jié)構(gòu)體系切換-9.41-9.74-10.02-11.14-10.53跨中張拉后-10.82-11.02-11.7-12.47-12.27

分析表3可知，懸臂澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉過程中，懸臂根部箱梁頂板截面應(yīng)力最大值為12.47 MPa，滿足規(guī)范中的16.2 MPa容許應(yīng)力值，且箱梁頂板混凝土應(yīng)力值與施工進(jìn)度之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系，滿足理論計(jì)算的基本趨勢(shì)，實(shí)測(cè)值和理論計(jì)算值的誤差均介于-2 MPa～2 MPa范圍內(nèi)，表明監(jiān)控精度滿足施工要求。

4 結(jié)語(yǔ)

文章以省內(nèi)某國(guó)省干線懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋施工項(xiàng)目為研究案例，明確了懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的施工監(jiān)控重點(diǎn)內(nèi)容；就橋梁施工過程中的主梁線形及控制截面應(yīng)力制定了相應(yīng)的施工監(jiān)控方案，分析了預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的施工監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)；監(jiān)控結(jié)果表明，主橋施工監(jiān)控達(dá)到既定目的，成橋線形及控制截面應(yīng)力均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。