超近既有橋梁的大跨度豎曲線鋼箱梁橋頂推施工監測技術研究

田順

摘要：本文根據老橋的使用現狀和有限元分析力學特征進行新建橋梁鉆孔樁施工期間的老橋變形、應力、振動影響監控分析;通過模擬新建橋梁頂推施工過程的力學行為進行頂推施工期間的導梁和鋼箱梁姿態、應力，臨時墩變形、應力監控分析。實踐結果表明：通過施工監控能夠使工程人員及時有效地跟蹤老橋狀態，實時了解頂推過程的結構受力狀況，確保了老橋的安全和新建橋梁的內力狀態及成橋線形良好。

關鍵詞：超近既有橋梁;豎曲線;鋼箱梁;頂推法;施工監控

1.工程概況及特點

新建南河大橋分左右兩幅，主橋單幅橋寬18m，凈距0.25m，總寬36.25m。主橋跨徑布置為（50+2×70+50）m，上部采用等高連續鋼箱梁，梁高2.8m。老橋與新建橋梁臨時墩位置關系如圖1所示。

2.老橋監測

2.1有限元仿真分析

結合老橋竣工圖紙建立有限元模型，考慮結構自重及二期鋪裝等永久荷載、汽車荷載、溫度荷載和支座沉降等典型荷載，進行成橋受力分析。

由有限元計算結果可知：成橋狀態下，雙曲拱橋主要是跨中下撓變形，最大下撓量為41.457mm，出現在邊跨跨中位置;中跨跨中的下撓量為39.856mm。

在舊規范汽車荷載作用下，拱肋在跨中處于下緣受彎而在拱腳上緣受彎，跨中正彎矩最大為452.13kN·m，而拱腳最大負彎矩為1000.3kN·m。全體結構的最大正彎矩出現在四分點位置，最大為632.53kN·m。最大下撓量為2.75mm，出現在中跨跨中位置。

2.2現場監測

鑒于老橋的使用現狀和受力特點，本次監控將老橋在施工期間的結構安全和使用狀況變化情況作為重點工作之一。老橋監測設置位移監測（包括豎向位移、水平位移、傾斜）、應變監測、橋墩振動監測。

對于老橋觀測關鍵部位的變形與內力等監測數據，實時分析實測數據與預測值的差異，評估老橋有無受到施工產生的較大影響。

2.3實測數據與模型對比分析結果

因老橋監測為期93天，且相同測項每日均進行多次監測，數據、圖表龐大，限于篇幅，僅給出文字結論。

新橋鉆孔樁施工期間對老橋影響較大，位移監測結果顯示老橋位移變化最大點均出現在墩臺拱腳處，其中距離施工樁基最近的4#墩拱腳變化值最大，隨著樁基施工一度超出理論計算最值，施工完后又逐漸回歸至正常范圍穩定值。增加監測頻率和監測手段，及時采取限流等措施至關重要。應變監測結果顯示測點變化范圍基本在±100με，最不利點出現在4#墩拱腳及中跨1/4截面處，且受交通高峰期影響顯著。振動監測結果顯示同一橋墩樁基施工增加一臺鉆機可使豎向、橫向振動加速度增加30%左右，縱向振動加速度增加60%左右，增加鉆機數量后主要振動波峰有向高頻振動發展的趨勢。

仿真計算得到結構最不利位置及相應閾值，現場監測結構變化及發展趨勢，及時采取措施和調整閾值，在結構安全可控的前提下確保了工期。

3.新建橋梁監測

3.1有限元仿真分析

采用平面桿系模型進行鋼箱梁施工過程分析，鋼箱梁采用梁單元模擬，不計橋面混凝土鋪裝與結構共同作用，僅作為二期恒載考慮。按照設計方給出的施工工序及基本參數，確定合理的成橋狀態，然后采用正裝計算方法確定各施工狀態下的結構受力和變形等控制數據。

在基本組合包絡作用下，主梁的最大撓度為63mm，規范要求值為L/500=200mm，結構剛度滿足設計規范要求。根據《公路橋梁鋼結構設計規范》，鋼橋需設置預拱度，預拱度值為恒載標準值+0.5活載，算得邊跨跨中預拱度為45mm，中跨跨中為75mm。

最不利工況為懸挑最大工況，此時導梁前端下撓183mm;鋼箱梁最大彎矩出現在箱梁與導梁連接處，為負彎矩，值為-28656kN·m;最大剪力為3016kN。臨時墩最大水平位移10mm，最大沉降8mm，單墩承載力滿足規范要求。

3.2現場監測

通過計算得到施工過程和成橋狀態理論控制數據，據此進行現場監測，監測內容包括：①基于設計坡度和成橋預拱度的鋼箱梁制作預拱度線形;②基于制作預拱度變曲率豎曲線形的鋼箱梁各支承面標高的初始線形、調整時機和每次調整量;③鋼箱梁頂推過程中各支墩的最大反力、鋼箱梁及導梁關鍵截面的正應力等;④頂推過程中鋼箱梁及導梁的實時線形，臨時支架的變位;⑤每輪頂推結束后尾段梁的標高和轉角等。⑥鋼箱梁合龍端的預抬量及端部轉角等;⑦成橋狀態的全橋結構理想構形;⑧成橋狀態全橋各關鍵截面和關心部位的應力。

3.3實測數據與模型對比分析結果

臨時結構及鋼箱梁變形和應力在導梁前移施工過程中處于正常狀態，導梁變形處于正常狀態且小于理論值，臨時結構變形均小于L/400mm（L為臨時結構計算跨度）。頂推過程中6#墩支架縱向位移出現大于理論計算值情況，施工穩定后回歸正常，豎向沉降變形接近限值后未有明顯增加。6#、7#墩位置支架右側斜鋼管處應力較大，最大105.28MPa、87.04MPa，達到了鋼材設計強度值的45%、37%，安全系數為2.3、2.7，其余支架應變監測值均正常。現場實時監測保證了施工順利進行，橋梁施工線形與理論成橋線形基本吻合。

4 結論

通過對超近既有橋梁的大跨度豎曲線鋼箱梁橋頂推施工監測技術研究，得到的結論如下：

（1）有限元仿真計算模擬分析可預演施工過程，把握施工過程中結構的受力狀態，找出最不利工況，與實際監測結果基本吻合。

（2）超近既有橋梁進行鉆孔樁施工對老橋影響較大，老橋位移變化最大點均出現在墩臺拱腳處;應變測點變化范圍基本在±100με，最不利點出現在拱腳及中跨1/4截面處;增加鉆機數量后縱向振動加速度影響最大，且主要振動波峰有向高頻振動發展的趨勢。

（3）導梁最大變形小于理論計算值，安全系數富余。頂推過程中支架局部位移和應力出現大于理論計算值，穩定后回歸正常或接近限值后未有明顯增加情況。臨時結構在保證施工質量的前提下可適當減小安全系數。

參考文獻

[1]郭寶利，黃基峻.橋梁頂推施工中線控制及變形監測技術研究[J].經緯天地，2020（05）：18-22.

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