南浦大橋W3 匝道橋梁頂升施工監(jiān)測方案研究

馬 際

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 工程概況

南浦大橋W3 匝道大修工程現(xiàn)狀南浦大橋W3上匝道接地點(diǎn)距董家渡路約50 m，終點(diǎn)接入南浦大橋主引橋，匝道雙車道設(shè)計(jì)，橋面寬度9.55 m，全長716 m，上部結(jié)構(gòu)為簡支空心板梁，如圖1 所示。該工程大修長度約280 m 橋梁+100 m 擋墻，大修后長度約180 m 橋梁+50 m 擋墻，如圖2 所示。通過取消平坡段并加大縱坡坡度，南浦大橋W3 上匝道接地點(diǎn)南移約170 m，并與外灘隧道快速路連接貫通。橋梁縱坡由原4%+0%+4%改建為5.17%，頂升落梁最大高差為5.59 m，如圖3 所示。

圖1 橫斷面布置圖（單位：mm）

圖2 橋梁大修平面示意圖（單位：m）

圖3 大修橋梁立面布置圖（縱坡為4%+5.17%）

2 施工監(jiān)控的總體目標(biāo)及關(guān)鍵技術(shù)問題

2.1 施工方案特點(diǎn)

（1）縱坡最大調(diào)整為0%變?yōu)?.17%，調(diào)整值為5.17%；調(diào)坡過程中橋梁重力的水平分力有所變化，且落梁過程支座磨阻力變小，需要重點(diǎn)監(jiān)控頂升段順橋向和橫橋向的水平位移變化。同時(shí)需多方面考慮降落過程中空中姿態(tài)，避免梁體和防撞墻的碰撞。

（2）在頂升分段處存在蓋梁上部結(jié)構(gòu)偏心，且蓋梁在頂升過程中的受力與原設(shè)計(jì)不同，需要監(jiān)控蓋梁控制斷面的應(yīng)力。

（3）在降落過程中，由于橋面在水平方向上的投影長度不斷變化，梁與蓋梁之間會(huì)產(chǎn)生不可避免的相對(duì)位移，在確保墩柱中心線不變的前提下，必須解決梁端位移引起的力系平衡變化問題。

2.2 工程施工監(jiān)控的主要思路

針對(duì)該工程特點(diǎn)，施工監(jiān)控的主要目的是保證橋梁在頂升和落梁過程中的安全，以設(shè)計(jì)的成橋狀態(tài)為目標(biāo)，按照規(guī)定的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)確定每一施工步驟應(yīng)達(dá)到的分目標(biāo)，測量實(shí)際施工中結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力等數(shù)據(jù)，分析對(duì)比與分目標(biāo)的偏差，并提出調(diào)整措施。同時(shí)預(yù)報(bào)施工中的不利狀況，確保頂升施工順利進(jìn)行。

（1）變形控制：監(jiān)測主梁、蓋梁的變位情況，以落梁過程中的調(diào)坡控制為核心。

（2）內(nèi)力控制：控制頂升過程中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵斷面的應(yīng)力水平，防止在頂升時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂。

2.3 監(jiān)控中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

圍繞上述主要監(jiān)控目標(biāo)，監(jiān)控中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有：主梁頂升過程中梁體空間姿態(tài)測量、頂升過程中結(jié)構(gòu)關(guān)鍵斷面應(yīng)力測試、落梁過程的調(diào)坡監(jiān)測。

2.3.1 空間位移監(jiān)控

在橋梁頂升過程中，最理想的情況是按照設(shè)計(jì)要求的施工順序和頂升步驟，平緩的將梁體頂升到位，為了保證在頂升過程中梁體位移符合設(shè)計(jì)要求并防止出現(xiàn)意外變形，應(yīng)該對(duì)頂升梁段的空間位移進(jìn)行監(jiān)測。

該工程是采用切斷立柱頂升蓋梁的思路進(jìn)行施工，若在施工中出現(xiàn)不合理的位移，則會(huì)在蓋梁和板梁的空間位置的變化反映出來，在監(jiān)控中，建立獨(dú)立的坐標(biāo)系采用全站儀觀測蓋梁和板梁的空間位置，并與千斤頂活塞行程進(jìn)行比對(duì)，一方面可以檢驗(yàn)施工精度是否滿足設(shè)計(jì)要求，另一方面對(duì)結(jié)構(gòu)頂升過程中可能存在的意外情況及時(shí)報(bào)警。

2.3.2 關(guān)鍵斷面應(yīng)力監(jiān)控

頂升施工時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力點(diǎn)是蓋梁翼緣板根部，與蓋梁使用過程中的受力狀態(tài)有明顯區(qū)別：原設(shè)計(jì)蓋梁是承受板梁傳遞來的荷載并將這些荷載通過橋墩傳遞至承臺(tái)，從受力上看，蓋梁、橋墩和承臺(tái)構(gòu)成了一個(gè)整體進(jìn)行受力；而在頂升階段，橋墩被切斷導(dǎo)致板梁、蓋梁的荷載都通過蓋梁分配給幾個(gè)頂升點(diǎn)，所以蓋梁的受力與原設(shè)計(jì)有較大的區(qū)別，頂升階段應(yīng)該控制其應(yīng)力變化，防止出現(xiàn)開裂。

2.3.3 落梁調(diào)坡監(jiān)測

落梁過程中，由于各個(gè)橋墩下降高度不一樣，最大降落高度約5.59 m，各個(gè)橋墩下降速率不一致才能實(shí)現(xiàn)調(diào)坡，這就導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)主梁在水平面的投影長度會(huì)發(fā)生變化，主梁與蓋梁必然發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)角，頂端間隙發(fā)生變化。當(dāng)墩柱中心線不變的情況下，梁端位移會(huì)引起的力系不平衡問題以及支座剪切變形，因此需要對(duì)落梁調(diào)坡時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)的進(jìn)行同步監(jiān)測。

根據(jù)該工程施工的特點(diǎn)并結(jié)合同類工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，確定施工監(jiān)控內(nèi)容如下：

（1）橋面線形監(jiān)測；（2）橋墩承臺(tái)沉降監(jiān)測；（3）主梁空間姿態(tài)監(jiān)測；（4）橋墩蓋梁應(yīng)力監(jiān)測；（5）橋墩蓋梁垂直度監(jiān)測；（6）落梁調(diào)坡監(jiān)測。

3 頂升施工主體步驟

（1）封閉交通：封閉交通后，對(duì)橋面瀝青進(jìn)行銑刨，拆除老橋伸縮縫和橋面連續(xù)縫，增設(shè)頂升聯(lián)縱向臨時(shí)連接裝置。

（2）老橋承臺(tái)加固：對(duì)頂升聯(lián)所涉及的橋墩承臺(tái)上土方進(jìn)行開挖，露出老橋承臺(tái)，對(duì)老橋承臺(tái)進(jìn)行加固處理。

在該施工階段，要在加固承臺(tái)時(shí)在新承臺(tái)頂部布置沉降觀測點(diǎn)，并在承臺(tái)加固后測量初始值。

（3）搭設(shè)頂升支撐體系：在完成加固的承臺(tái)上搭設(shè)支撐體系，準(zhǔn)備頂升施工。

在該施工階段，要完成主梁空間姿態(tài)和落梁調(diào)坡等監(jiān)測點(diǎn)的布置。并在頂升前測讀初始值。

（4）頂升階段：待頂升支撐體系搭設(shè)完成后，正式進(jìn)入橋梁頂升施工程序。

在該施工階段，要隨著施工的進(jìn)度對(duì)橋墩的空間位移、關(guān)鍵截面應(yīng)力、承臺(tái)沉降進(jìn)行觀測，并提供監(jiān)測報(bào)表。

（5）落梁階段：待墩身切割完成后，正式進(jìn)入橋梁落梁施工程序。在該施工階段，要隨著施工的進(jìn)度對(duì)落梁調(diào)坡監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)觀測，并提供監(jiān)測報(bào)表。

4 監(jiān)控安全預(yù)警及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析控制

落梁過程以控制結(jié)構(gòu)安全為主要目標(biāo)，以應(yīng)力為直接指標(biāo)，同時(shí)位移指標(biāo)能更準(zhǔn)確的反映落梁過程的穩(wěn)定性，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)文件及監(jiān)控技術(shù)要求，特制定本項(xiàng)目監(jiān)控過程中的預(yù)警值，見表1。

5 監(jiān)控結(jié)果總結(jié)

5.1 落梁完成狀態(tài)監(jiān)控結(jié)果

5.1.1 落梁高度監(jiān)控結(jié)果

各墩柱落梁高度見表2。

由落梁高度監(jiān)控結(jié)果可以得出，落梁高度與設(shè)計(jì)值差值最大值為2 mm，空心板梁兩側(cè)高差最大值為2mm，均滿足施工監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 監(jiān)控預(yù)警值及措施

表2 落梁高度監(jiān)控結(jié)果 mm

表3 水平位移監(jiān)控結(jié)果 mm

5.1.2 水平位移監(jiān)控結(jié)果

各墩柱水平位移監(jiān)控結(jié)果見表3。

由水平位移監(jiān)控結(jié)果可知，22 號(hào)蓋梁橫橋向累計(jì)位移最大，為9 mm；27 號(hào)蓋梁順橋向位移最大，為8 mm；K20 跨與K21 跨空心板梁橫橋向位移最大，均為10 mm。水平位移監(jiān)控結(jié)果滿足施工監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)要求。

5.1.3 應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果

最大應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果見表4。

由表可以看出，該落梁完成狀態(tài)下應(yīng)力值均小于限值1.39 MPa，蓋梁不會(huì)出現(xiàn)裂縫。

5.1.4 傾斜監(jiān)控結(jié)果

傾斜監(jiān)控結(jié)果見表5。

由傾斜監(jiān)控結(jié)果可知，24 號(hào)墩柱累計(jì)傾斜變化最大，為2.0 mm/m，傾斜方向?yàn)闁|，其傾斜累計(jì)變化量滿足監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)要求。

5.1.5 承臺(tái)監(jiān)測結(jié)果

承臺(tái)沉降監(jiān)測結(jié)果見表6。

表5 傾斜監(jiān)控結(jié)果

由表可以看出，落梁施工過程中承臺(tái)未出現(xiàn)沉降。

5.2 結(jié)論

落梁施工過程中，部分空心板梁兩側(cè)落梁速率有差異，落梁過程未完全實(shí)現(xiàn)同步落梁，部分蓋梁、空心板梁水平位移超限。落梁完成時(shí)，21～28 號(hào)墩落梁均到達(dá)指定位置，且與目標(biāo)值差值最大不超過2 mm。

施工過程監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，落梁過程中各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)均基本滿足施工監(jiān)控技術(shù)要求，對(duì)于施工過程中部分超限監(jiān)測參數(shù)，后續(xù)施工過程中均進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的監(jiān)控參數(shù)均滿足施工監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)要求。落梁完成后，主梁線形滿足設(shè)計(jì)線形要求。

6 結(jié) 語

按照南浦大橋引橋改造工程W3 匝道橋梁頂升施工監(jiān)測預(yù)案要求，確保方案能順利進(jìn)行，應(yīng)做好以下工作。

（1）在具體測試中安排固定測試人員、測試儀器、固定時(shí)間按基本相同的路線測試以最大可能減少測量誤差。

（2）測試儀器在投入使用以前，均應(yīng)由法定計(jì)量單位進(jìn)行校驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)合格并在有效期內(nèi)方可使用。

（3）對(duì)工作中使用的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)用醒目標(biāo)志進(jìn)行標(biāo)識(shí)的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)場作業(yè)的工人進(jìn)行宣傳；盡量避免人為沉降和偏移，對(duì)變化異常的測點(diǎn)除進(jìn)行復(fù)測外，若發(fā)現(xiàn)已遭破壞，應(yīng)立即進(jìn)行重新埋設(shè)。

（4）數(shù)據(jù)處理以后匯成報(bào)告必須經(jīng)過專項(xiàng)測試人員自檢并及時(shí)整理分析，測試數(shù)據(jù)發(fā)生異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)作出應(yīng)對(duì)并協(xié)商解決方案。

南浦大橋W3 匝道大修工程已于2017 年8 月建成通車。目前，通車接近兩年，運(yùn)行平穩(wěn)，通行高效。該工程施工期間的監(jiān)測方案為工程的順利實(shí)施起到了保駕護(hù)航的作用，可為以后遇到同類問題的工程提供參考。

表6 承臺(tái)沉降監(jiān)測結(jié)果 m