預應力混凝土連續剛構橋施工線形及應力監控分析

廖梓材

摘要：文章以某預應力混凝土連續剛構橋為研究對象，針對施工過程中的平面線形、高程線形、基礎沉降以及應力分布進行監控，并將監控得到的實測值與設計值進行對比分析。結果表明：施工完成后連續剛構橋的平面線形平順、優美，可以滿足規范設計要求;成橋后連續剛構橋的高程線形實測值與設計值誤差較小，可以滿足規范設計要求;施工過程中連續剛構橋承臺的沉降較小，對于基礎沉降控制良好;施工過程中箱梁頂、底板的最大應力差值均未超過規范要求的應力合理差值1 MPa，應力分布較為均勻。

關鍵詞：連續剛構橋;平面線形;高程線形;應力分布

中國分類號：U441+.5文章標識碼：A371433

0 引言

近年來，連續剛構橋作為橋梁工程中的熱門橋型之一，已在我國公路、隧道連接工程中得到廣泛應用[1]。該類型橋梁的施工方法大多采用掛籃對稱懸臂澆筑法，但這種分節段澆筑方法會使得施工過程中線形與應力分布無法與設計值達到一致[2]。因此，為確保成橋后橋梁應力和線形滿足規范設計要求以及保障結構的安全性，針對橋梁施工過程進行監控具有重要意義[3-4]。

目前，國內外學者關于橋梁的施工監控展開了大量研究，如王琪[5]采用變形預警體系對施工狀態安全度進行評價和風險預警，根據分析驗算結果調整控制參數，預測了后續施工過程的結構形狀，提出了后續施工過程應采取的措施和調整后的合理設計參數。林巍杰等[6]針對大跨度連續梁橋施工過程中影響橋梁內力及線形的因素進行監控量測，并通過建立有限元梁單元模型進行仿真模擬分析，在施工過程中通過對比實測數據及建模數據，最終實現了連續梁橋的精確合龍。胡斌等[7]建立了一大跨徑剛構橋懸臂澆筑施工主梁線形拋高值的預測模型，證明了灰色預測在該橋施工線形監控過程中得到了較好的應用，其使用方法簡單、操作性強、預測精度高，對其他同類型橋梁的施工監控工作有很好的參考價值。孟祥源[8]以實際預應力混凝土連續梁橋作為背景，對橋梁施工控制中的線形控制和應力控制進行分析研究，從平面線形監控以及高程線形監控出發，對橋梁的線形和應力狀態進行了控制分析，證明了該控制方法是有效可行的。橋梁施工會受諸多因素的影響，施工過程中不可避免會產生誤差，但為保障橋梁結構的安全性，對施工過程進行控制必不可少，因此不斷完善橋梁施工監控方法具有重要意義。基于此，本文設計了一種連續剛構橋施工監控方案，針對施工過程中的線形及應力情況進行了全程監控，最終確定成橋后各項指標均滿足規范設計要求。

1 工程概括

1.1 橋梁結構

某高速公路連接橋梁全長315 m，跨徑布置為3×25 m+45 m+75 m+45 m+3×25 m，橋面總寬25 m，分為左右兩幅。主橋采用跨徑為45 m+75 m+45 m的預應力混凝土連續剛構橋，橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土層+10 cm現澆混凝土層。上部結構箱梁采用單箱單室變截面連續箱梁，箱梁頂板寬12.5 m、厚30 cm，底板寬6.5 m、厚70 cm，懸臂長3.2 m，支點處梁高4.8 m、腹板厚110 cm，跨中處梁高2.2 m、腹板厚60 cm，頂板設置3%單向坡，底板為水平。主橋下部結構橋墩采用矩形實心墩，寬度為2.4 m，橫向長度為6 m，承臺厚度為3 m，截面尺寸為8 m×8 m，樁基礎采用鉆孔灌注群樁基礎，直徑為2 m。引橋采用25 m裝配式簡支轉連續箱梁，橋面鋪裝采用10 cm瀝青混凝土層+12 cm現澆混凝土層，主墩采用樁柱式墩，橋臺采用肋板臺。主橋橋墩支座采用QZ22500型鋼球支座，引橋橋墩支座采用GYZ375×77型圓板式橡膠支座。連續剛構橋立面布置如圖1所示。

1.2 施工順序

連續剛構橋施工主要采用懸臂澆筑法，其中主橋箱梁0#、1#塊施工采用支架現澆，2#～11#塊施工采用掛籃懸臂澆筑，支點處現澆段長度為12 m，邊跨現澆段長度為6 m，T箱梁最大懸臂澆筑長度為32.5 m，邊、中跨合龍段均為2 m，合龍方案采用先邊跨、后中跨的方法。根據設計圖紙對施工工序進行劃分，具體工序如表1所示。

2 方案設計

2.1 線形監控方案

連續剛構橋線形監控工作主要包括：平面線形、高程線形以及基礎沉降三個方面。平面線形與高程線形監控儀器分別采用徠卡TC702全站儀和DiNi12水準儀，采用20 mm的鋼筋依次在每節段箱梁布置A、B、C三個觀測點，鋼筋露出頂板截面3 cm并使用紅漆進行標記。基礎沉降監控儀器采用DiNi12水準儀，采用鋼筋依次在基礎承臺布置D、E、F、G四個觀測點。橋梁線形監控觀測點布置如圖2所示。

2.2 應力監控方案

主橋應力監控儀器采用XHX-115型應變計和XHY-ZH1型讀數儀，分別針對箱梁梁端、邊跨1/2處、根部、中跨1/2處以及中跨關鍵截面的頂板、底板應力進行觀測，單個截面布置4個測點，共計44個測點。橋梁應力監控觀測截面位置如圖3所示。

3 施工監控結果與分析

3.1 平面線形監控

為監測連續剛構橋的平面線形是否滿足設計要求，針對成橋后左、右幅橋梁1#～11#關鍵截面的累積位移值進行監測，并與設計值進行比較分析，結果如表2所示。

根據表2可知，連續剛構橋成橋后，左幅、右幅主梁的梁端和根部截面均出現輕微上拱，最大值為1.2 mm，相對于設計值僅存在0.2 mm的誤差，邊跨跨中截面下撓最大值為-8.2 mm，相對于設計值存在0.5 mm的誤差，中跨跨中截面下撓最大值為-18.8 mm，相對于設計值存在1.6 mm的誤差。總體來看，左幅、右幅橋梁成橋后的累積位移實測值與設計值最大誤差僅為1.6 mm，說明該連續剛構橋的平面線形滿足規范設計要求。

3.2 高程線形監控

為監測連續剛構橋的高程線形是否滿足設計要求，針對成橋后左幅、右幅橋梁1#～11#關鍵截面的高程值進行監測，并與設計高程進行比較分析，結果如表3所示。

根據表3可知，連續剛構橋成橋后梁端截面高程實測值與設計值的最大誤差為5 mm，邊跨跨中截面高程實測值與設計值的最大誤差為8 mm，根部截面高程實測值與設計值的最大誤差為7 mm，跨中截面高程實測值與設計值的最大誤差為10 mm，綜合來看，左幅、右幅橋梁成橋后的高程實測值與設計值最大誤差為10 mm，滿足規范設計要求，說明該橋施工對于高程線形控制效果良好。

3.3 基礎沉降監控

為監測連續剛構橋的基礎沉降是否滿足設計要求，針對不同施工階段承臺D、E、F、G四個測點的高程值進行監測，結果如表4所示。

根據表4可知，隨著連續剛構橋施工的進行，承臺D測點的高程由19.007 m降至19.004 m，沉降值為3 mm;承臺E測點的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值為4 mm;承臺F測點的高程由19.005 m降至19.001 m，沉降值為2 mm;承臺G測點的高程由19.002 m降至18.998 m，沉降值為4 mm。綜合來看，承臺4個測點的沉降值在3～4 mm左右，滿足規范設計要求，說明該橋施工對于基礎沉降控制良好。

3.4 應力監控

為監測連續剛構橋的應力分布是否滿足設計要求，針對不同施工階段的箱梁頂、底板應力進行監測，并與設計應力值進行比較分析，結果如表5所示。

根據表5可知，隨著連續剛構橋施工的進行，主梁各關鍵截面完全處于受壓狀態，在懸臂施工階段箱梁頂板的應力值要大于底板應力值，且應力差值隨著懸臂的伸長而逐漸增大，但在體系轉換后箱梁頂底板應力差值開始逐漸減小。施工過程中箱梁頂板最大應力差值為-0.46 MPa，箱梁底板最大應力差值為-0.38 MPa，均未超過規范要求的應力合理差值1 MPa，且整個施工過程中未出現應力變化過大情況，由此說明該橋施工對于應力控制良好，保障了橋梁施工的安全性。

4 結語

本文通過對某連續剛構橋施工過程中的平面線形、高程線形、基礎沉降以及應力分布進行監控，并將監控實測值與設計值進行對比分析，得到以下主要結論：

（1）成橋后連續剛構橋的累積位移實測值與設計值最大誤差僅為1.6 mm，說明該連續剛構橋的平面線形可以滿足規范設計要求。

（2）成橋后連續剛構橋的高程實測值與設計值最大誤差為10 mm，滿足規范設計要求，說明該橋施工對于高程線形控制效果良好。

（3）連續剛構橋承臺4個測點的沉降值在3～4 mm，滿足規范設計要求，說明該橋施工對于基礎沉降控制良好。

（4）施工過程中箱梁頂、底板的最大應力差值分別為-0.46 MPa和-0.38 MPa，均未超過規范要求的應力合理差值1 MPa，說明該橋施工對于應力控制良好，保障了橋梁施工的安全性。

參考文獻：

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