施工監控在鋼箱梁頂推工程中的應用

何思遠

一、概述

鄭州市農業路快速通道高架橋主線第二聯設計為一聯（33+50+50+33）m連續鋼箱梁，平面位于右偏緩和曲線上，R=1100m。橋梁豎曲線為凸曲線，R=3200m，i1=1.75%，i2=-3.433%。橋面寬25.3m，雙向橫坡2%。橋跨布置見圖1，平面布置見圖2。

圖1 橋跨布置/m

圖2 橋梁平面布置圖/m

鋼箱梁材質為Q345qD，總重為2595.167t。橫向分7段，5個箱室+2個挑臂；縱向共劃分為13個節段，最重的節段重約254.4t。

全橋鋼梁吊裝塊段數為91。鋼箱梁吊裝段運至現場后，用龍門吊機吊裝到臨時支架上，節段間橫向分段拼焊形成整節段，然后與導梁進行焊接連接，導梁長度為36米，分3個節段，重量約113噸。導梁結構形式采用工型梁桁架形式，為抵消大懸臂式撓度，導梁有尾端向前端逐漸減少，尾端梁高2.018m，前端梁高1.1m，縱向布置兩片桁架，兩片桁架平行，間距為13.5m，與鋼箱梁頂推滑道一致，兩片桁架之間采用桁架式橫梁連接成整體。

鋼梁與導梁完成連接后，進行一個節段的頂推，由K6#墩側向K2#墩側進行，頂推采用智能步履式頂推設備，頂推到位后進行落梁，然后依次拼裝鋼梁、頂推、落梁，重復上述步驟，直至鋼梁全部頂推到位，采用千斤頂落梁的方法將鋼梁整體調整至設計標高，達到設計要求后安裝支座，完成全橋體系轉換。

二、施工監控的基本原理

對施工全過程進行仿真分析，對關鍵部位、關鍵工況進行詳細的局部分析。采用多套分析軟件配合使用，用于結構線形、內力及應力的分析和控制，以確保計算結果的準確性。在監控過程中及時修正計算參數，確定鋼梁頂推過程中的各項數據，以便更好的指導后續施工，并提前預測結構的狀態，保證鋼梁頂推施工安全質量可控。

三、本橋施工監控的重難點

1.拼裝線形的確定

由于鋼箱梁進行頂推施工時拼接線形主要根據鋼箱梁線形的預拱度設置進行確定，“設計成橋線形+預拱度”即為拼接線形。預拱度主要根據成橋狀態主梁線形平順，結合施工過程中主梁的累計豎向位移等綜合確定。

2.頂推過程中線形控制

本橋是空間曲線梁橋，在頂推過程中梁體不僅上下撓動，在平面內線形也不斷變化，因此在頂推過程中需對平面線形及豎向線形同時進行控制，在頂推前進中對誤差進行實施糾偏。

3.頂推過程中主梁內力控制

在計算時需確定主梁的薄弱斷面，布置應力測點對梁體應力進行監測。

4.頂推力的控制

在頂推過程需同時對頂推力進行監測，當現場發現實測值超出理論值允許范圍，應停止頂推工作，檢查各頂推設備及各滑道滑板工作是否正常，找出原因后并處理后，方能進行下一步工作。

5.臨時墩狀態控制

頂推支點標高異常，如沉降過大。停止頂推工作，研究臨時墩標高調整方案，施工方采取措施調整該臨時墩標高至滿足要求，方能進行下一步工作。

四、鋼箱梁頂推施工監控

1.測點布置

（1）線形監測

為便于主梁及導梁在頂推過程中的線形監測，在主梁及導梁上布置相應的臨時線形測點，臨時測點既作為撓度測點也作為橫向偏位測點。本橋主梁每個節段各布置線形測點6個，全橋13個節段共計78個測點。具體布置見圖3。

圖3 鋼梁線形測點平面布置/m

導梁線形測點縱向共布置3個斷面，每個斷面橫向布置2個測點，全橋共計6個測點。導梁線形測點布置見圖4。

圖4 導梁線形測點平面布置/m

（2）應力監測

主梁主跨跨中布置2個應力測試斷面，每個斷面布置5個應力測點，頂板2個，底板各3個，全橋共計10個測點。鋼梁應力測試斷面縱橋向布置見圖5。

圖5 鋼梁應力測試橫斷面測點布置/m

導梁布置1個應力測試斷面，位于導梁根部，頂板和底板各4個，全橋共計8個測點。導梁應力測試測點布置見圖6。

圖6 導梁應力測試測點布置/m

（3）墩柱監測

①頂推力監測

頂推力監測主要利用千斤頂上的油壓表讀數換算成頂推力。

②永久支座反力監測

利用墩底布置的千斤頂油表讀數換算出支座反力的大小。

2.施工監控計算

（1）模型建立

本橋施工過程計算采用midas civil 2017建模，導梁和鋼梁均采用梁單元模擬，全橋共劃分節點406個，單元202個，支承單元25個，主要計算模型見圖7。

圖7 本橋計算模型

（2）監控計算

模型建立以后，針對不同施工階段，對鋼梁和導梁剪力、彎矩、應力、導梁最前端下撓量及墩支反力進行計算。其中導梁下撓量時程圖見圖8。

圖8 施工階段導梁最前端下撓量時程圖/mm

（3）頂推施工監控

①頂推力的確定

通過模擬頂推施工過程，計算主梁每前行一個一定距離各個墩頂的支反力。頂推過程中應確保千斤頂施力的同步性，防止梁體發生扭轉、橫移等狀況。

②臨時墩豎向及水平偏位監控

臨時墩是為了減小頂推長度，從而減小梁的施工內力而設置的，其剛度比永久性橋墩小得多，墩頂水平偏位相對較大。在施工過程中，采用全站儀測量臨時墩的水平偏位及豎向沉降，若偏位過大則必須調整頂推力，確保頂推施工的安全。

③鋼梁和導梁軸線位置監控

在鋼箱梁的頂推施工過程中，采用全站儀測量鋼梁和導梁的軸線偏位，如果軸線偏位過大，則通知主控臺調整軸線位置。

④鋼梁線形監控

在鋼箱梁頂推過程中，鋼梁線形受溫度、臨時墩變形、臨時荷載等影響較大，必要時調整臨時墩支承反力，調整結構內力；在落梁過程中確定合理落梁次序，加強觀測。

⑤鋼梁及導梁應力監控

鋼梁頂推過程中截面應力是不斷變化的，根據計算情況，跟蹤觀測鋼箱梁的截面應力，一旦出現異常，則立即停工，查找原因，并予以調整。

⑥導梁前端標高監控

頂推過程中，導梁前端標高是不斷變化的。為了保證導梁順利通過臨時墩，在導梁接近臨時墩時，對其標高進行監測。如導梁標高不滿足施工要求，則通過導梁端部設置的起頂設備提高導梁端部的標高。

⑦臨時墩最大支反力

通過鋼箱梁頂推全過程仿真計算，獲取各計算工況下各臨時墩的反力，統計出各臨時墩最大支反力。鋼箱梁頂推施工過程中，結合施工監測結果修正計算模型，獲取修正后的各計算工況下各臨時墩的反力、各臨時墩最大支反力。

⑧實施“分級同步策略”

鋼箱梁頂推時，采用分級同步策略。初步按計算的理論頂推力分為4級，即理論頂推力的50%、80%、95%、100%。鋼箱梁開始頂推時，單個頂推設備提供的頂推力達到某一級時立即進行穩壓操作，等待所有頂推設備的頂推力均達到該級后，方能進行下一級頂推力的施加。如果所有頂推設備提供的頂推力都達到理論頂推力的100%時鋼箱梁仍然不前進，則各頂推力按一定順序（根據具體情況計算確定）循環往復依次增加一定值（如理論頂推力的2%），直至鋼箱梁開始前進。鋼箱梁一旦移動，各頂推支點的反力將發生變化，各頂推設備提供的頂推力也應依據仿真計算的理論動頂推力做相應調整。

⑨頂推到位落梁

鋼梁頂推到位后將鋼梁調整至落梁前線形，由于落梁后鋼梁標高低于主墩頂推設備頂面標高，所以需要將主墩頂推設備拆除后安裝落梁千斤頂將鋼梁落梁至設計標高。

鋼梁頂推到位后對鋼梁線形進行測量，將鋼梁里程、軸線、標高調整至落梁設計值，防止落梁完成后二次調梁。落梁時各支點需基本同步按比例下降，落梁后必須保證各支點對應支承均勻受力。

（4）監控結果

導梁根部斷面應力、導梁最前端線形、鋼梁應力和線形、臨時墩支反力等監測結果與理論計算均較為吻合，結構應力、線形和支反力等均處于可控狀態，滿足規范和設計要求，橋梁的實際狀態與設計狀態基本一致，達到了預期目標。

圖9 導梁最前端撓度實測值與理論值對比圖/mm

五、 結語

在本工程監控實施過程中，當發現結構狀態與預期狀態偏差較大時，能及時預警并查找原因，制定解決方案和處理措施。此外，通過對反饋數據資料整理分析，及時微調監控計算模型，使計算模型更好的與現場實際相吻合，減小了由監控計算造成的誤差，更好地指導現場施工，保證了工程實施過程中安全可控、質量優異。