大跨徑連續剛構橋梁施工控制探討

朱亞飛，徐澤平

蘇交科集團檢測認證有限公司，江蘇 南京 211112

連續剛構橋梁結構作為一種多次超靜定結構，要想使其內力和線形滿足要求，僅以設計要求進行控制是遠遠不夠的，在施工時還需以仿真模型分析的方法提供相應的指導。為使橋梁應力和線形滿足設計要求，連續剛構橋主梁標高及相應施工流程的控制是大跨徑連續剛構橋施工控制的關鍵所在。

1 工程概況

某大跨徑連續剛構橋梁上部結構跨徑布置為（88+168+88）m，主梁截面形式為單箱單室截面，該橋梁以掛籃懸臂澆筑法進行施工。大跨徑連續剛構橋梁施工時首先需要確保其安全性，然后對其線形和內力進行控制。文章采用邁達斯軟件對該橋梁的上部結構進行仿真分析，并劃分為三個施工階段，分別是掛籃移動、混凝土澆筑及預應力張拉。通過邁達斯軟件對其施工時的內力和撓度等進行計算分析。橋梁按照先中跨后邊跨的方式進行合攏，根據施工順序進行預應力的分批張拉，全橋施工順序可大致劃分為分段懸臂澆筑→合攏中跨→合攏邊跨。將橋梁劃分為節點150個，單元135個，所建立的有限元計算模型如圖1所示。

圖1 橋梁有限元計算模型

2 施工標高控制

2.1 立模標高的確定

在預應力混凝土連續剛構橋的懸臂施工控制的仿真分析中，需用到連續剛構橋實際監測所得到的結構參數值，以便于確定其立模標高，此外還需對監測結果進行誤差分析，以得到預測后的標高，便于提前對橋梁標高進行調整，進而確保橋梁線形滿足設計要求，橋梁兩個懸臂段合攏后的標高在控制范圍內。

除了設計標高，實際施工時，不管是材料的收縮徐變作用還是預應力的損失等都會影響到結果值。尤其是對于大跨徑橋梁而言，主梁會有更進一步的豎向撓度誤差，因此在實際觀測時，需對混凝土澆筑前后及張拉預應力前后的橋梁標高進行測量，并對結果進行分析，從而對模型中的相關參數進行調整計算，以確保其滿足實際施工要求，再據此計算出施工時的立模標高和撓度。

2.2 主梁標高觀測

在連續剛構橋的施工控制中，采用水準儀讀數的方法是測量斷面標高變化規律的重要方法。梁段在懸臂澆筑施工時，在澆筑某一梁段之后，需對梁段的其他斷面進行測試，為避免扭轉變形的可能性，各斷面至少需要有3個及以上的測試點。可采用精密水準儀對其進行測試。測試工況主要包括移動掛籃前后、混凝土澆筑前后及張拉預應力鋼筋前后。各項測試的誤差均需控制在2mm以下。

2.3 主梁實時撓度測試

隨著時間的推移，主梁豎向位移處于不斷變化的狀態，其規律主要包括以下兩種：一是隨著施工的不斷進行，外荷載不斷出現變化，此時撓度的變化特點與施工進展有較大聯系；二是橋梁材料特性所導致的撓度變化，此時隨著時間變化主梁撓度也在不斷變化，此外主梁撓度的變化還與周圍環境有關，如溫度等條件下的主梁撓度變化，該變化有著明顯的周期性。

主梁的撓度變化與體系溫差有關，在較大的溫差作用下橋梁有著較大的撓曲變形。體系溫差主要導致的是橋梁構件的伸縮變形，如橋墩在溫差作用下會出現水平位移。另一種是日照溫差所導致的主梁撓曲變形。體系溫差一般情況下不會對墩頂的豎向位移造成較大影響，因此從構件撓度的角度出發，日照溫差是影響其該構件撓度的重點。在日照下，環境溫度白天較高晚上較低，因此混凝土表現出先升溫后降溫的特點，并以此不斷循環。因日照主要發生在主梁頂板位置，因此相比于底板而言，頂板所受影響較大，容易使主梁出現豎向撓曲變形。此外，對于橋墩而言，因其兩側所受日照情況有所不同，因此橋梁容易有日照溫差出現，使得墩頂有轉動現象出現，進而影響到主梁標高。

為降低日照溫差的影響，可在黎明前測量標高，或是在橋上進行標高控制，此時可忽略體系溫差所導致的影響，還能夠有效提高相關精度。測試橋梁撓度的目的主要是對掛籃定位進行修正，當懸臂施工達到一定程度后需設置適量測量點，橋梁實時撓度變化測點布置圖如圖2所示。

圖2 橋梁實時撓度變化測點布置圖

2.4 合攏段高差監測

為確保合攏后的高差滿足設計要求，需對合攏段懸臂施工時的線形進行控制，可通過對懸臂梁段兩側標高進行控制來實現。對主梁非永久聯接處的懸臂標高進行測量和調整，使施工時端部合攏荷載相等。為確保該橋梁項目的合攏段的高差，選取箱梁底板中心線和左右邊緣作為控制點，控制合攏高差精度。限于篇幅，文章僅列出部分實測數據，具體數據如表1所示。

表1 1#墩邊跨合攏段兩側箱梁底板高差 單位：m

3 標高控制結果

控制成橋形狀的主要依據為橋梁的豎向位移。為使溫度對橋梁的影響盡可能低，在該項目中在凌晨時就對其豎向位移進行觀測。施工時的標高觀測主要包括張拉預應力前后、混凝土澆筑前后及邊跨和中跨合攏前后。要先對橋梁施工進行最優控制，需精確車輛分析各個施工階段的撓度和高差。限于篇幅，文章僅列出部分撓度測試數據和理論計算結果對比圖，如圖3所示。

圖3 混凝土澆筑后撓度實測值和理論值對比示意圖

將箱梁頂部的設計標高更改為控制點的絕對標高值，并對比實際標高，所得結果如圖4所示。

由圖4可知，橋梁的實際標高波動在理論標高的上下限范圍內，并且差值較小。所得數據較為全面，可較好地反映出橋梁施工線形控制的主要信息。在該項目中，采用的是灰色理論的方法進行橋梁的殘差修正，其具體操作為首先檢測橋梁殘差，除去部分有較好精度或無須開展殘差修正的部位，其余控制點均需進行殘差修正，直到所檢測殘差滿足預測精度的要求，此時所得到的預測模型即為最終的標高預測模型。在保障模型的性能指標和誤差滿足要求后，即可調整相應參數，并將橋梁各施工狀態下的荷載情況加載到模型分析體系中，此時即可得到結構最終的內力和撓度值，通過對比分析各個階段數據，并再次進行修正，可得到成橋后的最終撓度。

圖4 預應力鋼筋張拉完畢后各測點標高對比示意圖

4 應力控制

橋梁施工時的受力是否與設計一致是橋梁控制的關鍵所在。橋梁施工時需將傳感器埋入梁段，以確保對橋梁應力進行有效監測，從而取得實際情況和理論狀態下的應力差值情況。考慮到連續剛構橋復雜的施工過程及環境等因數，在該項目中采用的傳感器是JMZX-25型埋入式混凝土應變計。傳感器的埋設質量與應力監測結果有較大關系，因此在施工時需注意將其與所需測量的鋼筋進行剛性連接，可采用電焊的方式實現。此外在埋設前需選好線路具體位置，確保混凝土澆筑時不會損壞到傳感器。在該項目中，共選取了11個應力監測斷面，具體如圖5所示。

圖5 測點布置示意圖（單位：mm）

施工時需對各個測量點的傳感器進行觀測，并確保各個觀測點有3次及以上的觀測，再通過取平均值的方式作為其最終值。可參考下述方式進行觀測：首先記錄安裝初始應力，后續施工時，將支架前移后記錄模板應力測量值，并在混凝土澆筑完后讀取數據，在錨固完預應力鋼束后繼續讀取數據；邊跨和中跨合攏后再次讀取數據，此外還需在二期恒載施加完后再次讀取數據。

在該橋梁中，其檢測控制為全程控制，依據實測數據的變化對其參數進行調整，以使理論值與實際值相符。橋梁施工時的各個階段均需對比分析實測應力值和理論值。限于篇幅，文章僅列出部分應力控制結果，如圖6所示，由圖6可知，橋梁應力控制質量較好。

圖6 應力控制結果示意圖

5 結束語

文章依托國內某連續剛構橋梁，通過邁達斯軟件開展了建模分析，以理論結合實際的方式對模型進行修正，并以灰色理論的方式修正了模型誤差，通過分析主要得出了以下結論：橋梁施工控制時需先根據設計要求進行建模處理，再通過現場實測數據對其模型進行修正，確保其狀態最佳，進而確保其施工控制質量滿足要求。