大跨度PC連續剛構特大橋施工監控方案探討

王 子， 陳 春, 鄧中華

(中國五冶集團有限公司路橋工程分公司， 四川成都 610041)

1 工程概況

黃荊壩大橋主橋為跨徑(90 m+160 m+90 m)的PC連續剛構橋(圖1)，箱梁為三向預應力結構，采用單箱雙室截面。箱梁頂板寬17.1 m，底板寬11.1 m，翼緣板懸臂長3.0 m，箱梁頂板設置成-2 %單向橫坡。箱梁跨中及邊跨支架現澆段梁高3.5 m(箱梁高均以腹板外側為準)，箱梁根部斷面和墩頂0號梁段高為10.2 m。從中跨跨中至箱梁根部，箱高以1.8次拋物線變化。箱梁腹板在墩頂范圍內厚120 cm，從箱梁根部至跨中梁段腹板有70 cm、60 cm、50 cm三種厚度，箱梁底板厚除0號梁段為150 cm外，其余梁段底板從箱梁根部截面的120 cm厚以1.8次拋物線漸變至跨中及邊跨合攏段截面的32 cm厚。主橋上部采用掛籃懸臂施工，箱梁0號段長12 m，懸臂施工標準節段長度為(7×3 m+8×3.5 m+6×4 m)，全橋共設3個合攏段，長度均為2 m，邊跨現澆段長度為8.80 m。

圖1 主橋總體布置

2 施工監控目標

(1)建立滿足施工精度的施工測量控制系統。

(2)控制箱梁的標高，使箱梁頂面、底面標高符合設計要求線形，符合設計的橫向坡度要求。

(3)控制箱梁的平面位置，使箱梁的中軸線符合設計橋梁軸線。

(4)監測箱梁在懸臂施工時不同施工狀態下的撓度變形情況，并進行撓度—溫度影響規律研究，對撓度實施有效的控制。

施工監控精度要求如下：

①應力控制誤差不大于2 MPa。

②成橋中軸線偏差不超過1 cm，成橋主梁標高與理論線形值相差不超過±L/5000=3.2cm；相鄰節段高差不超過1 cm。

③合龍誤差在規范允許的范圍內，主梁合龍段兩端高差控制在±2.0 cm。

3 施工監控內容

3.1 施工階段計算分析

對于主橋連續剛構橋的計算，采用專業橋梁計算程序橋梁博士并結合空間分析程序Midas Civil進行，按照橋梁結構的實際施工階段進行仿真計算(圖2)。

(a)實體模型

(b)單元節點模型圖2 橋博仿真模型

3.2 施工監控工況劃分

每個梁段的施工為一個階段，每階段分成3個工況：(1)掛籃前移并定位立模；(2)澆注全部混凝土；(3)預應力張拉。

3.3 應力及溫度監測

(1)主梁結構應力監測。

在箱梁的根部截面、L/4和L/2截面布置應力及溫度測點，主梁共設7個應力及溫度監測斷面，每個應力及溫度監測斷面布置4個應力及溫度測點，頂板和底板各設置2個應力及溫度監測點(圖3)。

圖3 主梁測試截面布置

各截面測點布置(圖4)，每截面布置4個測點，頂底板各2個。全橋共布置測點56個。

圖4 主梁測試截面應力測點布置示意

(2)主墩應力監測截面及測點布置。

主墩墩底距基礎3 m位置截面均布置應變監測點，黃荊壩大橋主墩測點共計16個(圖5)。

圖5 主墩應力測點布置示意

4 監測方法

4.1 應力監測

(1)應力測試工作內容。測試元件的安裝調試、施工期間的數據采集、測試數據的分析整理和測試結果的總結四大部分。

(2)應變計按預定的測試方向固定在主筋上(圖6)，測試導線引至混凝土表面。應力及溫度監測選用鋼弦應力計(包含測溫元件)和配套的頻率接收儀，鋼弦應力計溫度誤差小、性能穩定、抗干擾能力強，適合長期觀測。應選擇清晨或深夜作為應力測量的時間。

圖6 應力計安裝

4.2 溫度監測

在施工監控過程中，對箱梁溫度分布和溫度效應影響進行測試，通過實測溫度計算結構的溫度效應，并與實測值進行比較，得到較為準確的溫度效應，為后續施工監控工作提供數據支持。溫度變化對梁端撓度的影響觀測選擇中長懸臂和長懸臂階段兩個時期進行24 h溫度測量，同時測試主梁應力和撓度的變化。

4.3 主梁線形監測

在施工過程中隨著施工的進行需要準確把握箱梁在每道工序下的變形，同時與理論計算結果進行校核并結合應力測量結果，分析梁重誤差、預應力張拉誤差、混凝土收縮徐變和溫度變化等因素對梁端標高的影響，以期獲得橋梁設計線形。

線形控制既包括主梁標高(撓度)的監測與控制，又包括橋梁中線的監測和控制。一般而言，中線偏差主要是由于掛籃前移定位偏差所致，因此，需要準確的測量梁段施工過程中每一道工序完成后的中線偏差。

5 施工過程控制與調整

5.1 確定梁段施工立模標高

大跨徑連續剛構橋的成橋線形和合龍精度主要取決于施工過程中梁段撓度的控制。梁段的前端撓度應考慮設計文件提供的大橋結構狀態、施工工況、施工荷載、二期恒載等數據，結合工程實際情況進行誤差分析，計入掛籃變形、當前塊件的下撓值等綜合因素給出立模標高。

立模標高的計算公式如下：

Hl=Hs+Y+ △g

Hl為立模標高；Hs為設計標高；Y為預拋高值；△g為掛藍變形值。

預測標高值為：

Hy=Hl-Y0-△g

Y0為澆筑當前塊的下撓值。

其中掛籃變形值是根據掛籃加載試驗，綜合各項測試結果，最后繪制出掛籃荷載-撓度曲線，進行內插而得。

5.2 立模標高的調整方法

立模標高的調整量控制在一個較小的范圍之內，同時確保主梁線形平順，既要保證主梁各節段絕對標高的精度，也不能讓主梁出現明顯的折點。當本梁段完成后的前端標高出現偏差時，在其后的二個梁段內將其消除。處理方法是：先將本梁段標高偏差反號并兩等分為d，再將d分別加進后面施工下兩個梁段的立模標高中。

6 施工過程控制要點

6.1 立模標高控制要點

施工單位根據第三方監測單位監測報告里的數據，復核調整梁段立模標高(圖7、圖8)。高程控制以Ⅱ等水準高程控制測量標準為控制網，箱梁懸澆以Ⅲ等水準高程精度控制聯測；選用高精度水準儀，其偶然誤差不大于1 mm/km。

圖7 第三方監測通知

圖8 復核立模標高

6.2 梁段重量誤差要點

影響梁段重量誤差的主要因素是頂板厚度，同時嚴格控制底板厚度和腹板寬度。

6.3 預應力張拉誤差要點

預應力張拉誤差的主要原因是預應力張拉實施時所產生的張拉偏差以及實際張拉的管道摩擦系數與管道偏差系數誤差，嚴格按“雙控”的原則來保證預應力張拉的準確，同時通過應力測試來檢測預應力張拉的準確度。

7 結束語

隨著我國橋梁建設高速發展，大跨度PC連續剛構橋施工工藝也越來越成熟，如何保證成橋后監測項目偏差符合設計指標而且線形優美，仍然是施工過程中的重難點。因此，施工監控工作是必須的，除了施工單位自控和外部監控有機結合以外，還必須緊緊圍繞“人、機、料、法、環”等要素展開施工監控管理工作，在充分分析設計數據的基礎上，科學合理的制定監控方案，優化施工方案和施工工藝，確保合龍精度，消除可能對結構安全和施工安全產生影響的不利因素，使成橋后的結構線形和內力滿足設計要求。