大跨度預應力混凝土連續剛構橋施工監控分析

趙 旭

(中交建冀交高速公路投資發展有限公司 石家莊市 050000)

隨著我國交通運輸事業的不斷發展，大跨度連續剛構橋因可跨越河流、峽谷復雜地質而廣泛應用。因此，大跨度連續剛構橋的施工控制顯得尤為重要，成為了越來越多國內外專家學者研究的課題[1～3]。在橋梁的施工過程中實行施工監控，可以最大限度地保證橋梁施工順利進行，確保成橋后線性平順，受力合理[4]。以某高速公路上大跨度預應力混凝土連續剛構橋為研究背景，詳細地介紹連續剛構橋的施工監測方案，并對現場各施工階段進行指導，保證了橋梁的順利合龍及施工質量，可為后續類似連續剛構橋的施工監控提供參考依據。

1 工程概況

研究的工程實例為黑龍江省綏滿高速一座大跨度預應力混凝土連續剛構橋，該橋橋墩采用柱式墩，橋梁基礎采用鉆孔樁基礎。橋梁跨徑布置為10×40m+(70+130+70)m+40m。以(70+130+70)m的一段預應力混凝土連續剛構橋為研究對象，結合該橋實際施工情況對其各施工階段進行監測。橋梁按上下行分離設置，總寬度25m，設計速度80km/h，設計荷載為公路—Ⅰ級。橋梁立面圖、主梁截面圖如圖1、圖2所示。

圖1 橋梁立面布置圖(單位：cm)

圖2 主梁截面圖(單位：cm)

2 線性監測

連續剛構橋線性監控主要對橋梁的高程進行監測控制，為了避免溫度效應對橋梁的線性影響，本橋測量的時間一般選擇在早上太陽還沒出來之前進行[5]。線性監控不僅要對單獨梁段進行線性監測，而且還要對每個節段澆筑后整體線性進行監測，從而保證橋梁線性準確及成功合龍[6]。

2.1 測點布置

0#號塊及1#號塊梁段作為懸臂施工的關鍵部位，后續的施工節段都是在此基礎上進行的，因此0#號、1#號梁段的標高為后續施工高程測量的基準點[7]。為了更加準確地測量各梁段的高程，確保橋梁成橋后線性符合規范要求。本次線性監測共布設9個監測點位分別位于0#號塊及1#號塊梁段，具體布點位置如圖3所示。

圖3 0#、1#號塊標高測點布置圖

懸臂梁段測點的位置在布設時應避免阻礙施工，且要保證測點能夠準確反應橋梁結構的變形。因此本次監測點位分別在梁頂面軸線位置和兩側翼緣板對稱位置處布設，共設置3個測點。這種布點方式不僅可以監測到橋梁沿行車方向的變形，而且還可以監測到橫向扭轉變形[8]。懸臂澆筑節段測點布置圖如圖4所示。

圖4 懸臂澆筑節段標高測點布置圖

2.2 線性監測結果分析

因11#墩與12#墩結構對稱，本次線性監控選取11#墩橋梁節段進行施工監測分析，各梁段施工合龍后的標高實測值與理論值對比分析結果如表1所示。

表1 11#墩各梁段標高匯總表 m

由表1可知，各監測點位的實測標高均要比設計標高及預計標高偏大。合龍后各梁段監測點位實測標高與設計標高最大差值為0.014m，實測標高與預計標高最大差值為0.008m。此誤差在規范允許范圍之內，說明該橋合龍效果比較理想。標高的實測值、預計值、設計值基本相差不大，說明本次橋梁施工監控將線性控制得較好，滿足規范設計要求，可為后續類似連續剛構橋施工監控提供參考依據。

2.3 實測線性值與設計值偏差分析

橋梁仍處于施工階段，二期恒載、混凝土收縮徐變等因素在設計時考慮但還未發揮作用，隨著橋梁施工過程的不斷推進，上述因素將影響橋梁的實測線性，實測標高值將逐漸接近設計標高值[9]。下列施工因素也會對橋梁的實測標高產生影響：

(1)在進行有限元模擬分析時所采用的混凝土容重、彈性模量等參數與實際施工時采用的材料參數不完全相同。

(2)各梁段的重量和掛籃錨固度可能與理論計算值存在誤差，使掛籃的實際變形值與理論變形值不同。

(3)在澆筑完的主梁上堆放臨時荷載，現場測量存在誤差。

(4)模板的剛度降低會產生變形，從而導致立模標高存在偏差。

(5)預應力鋼束在進行張拉時，施加的張拉控制應力不夠準確，導致標高在測量時存在偏差。

3 應力監測

為了保證橋梁的設計應力與實際應力相符，需要對主梁及橋墩的關鍵截面設置應力監測點，對各施工階段進行應力監測。若發現實測應力值與設計應力值存在偏差時可及時進行糾偏，偏差過大時應立即停止施工。本次橋梁應力監測對橋梁懸臂施工各節段均進行了應力監測，從而確保橋梁結構應力達到設計要求[10]。

3.1 測點布置

為了反映橋梁的實際受力情況，應力測點主要布置在主要控制截面上。本次主梁施工監測每個斷面設置4個監測點位布置應力監測傳感器，主墩施工監控每個斷面布置6個監測點位[11]。具體測點布置如圖5～圖8所示。

圖5 主橋應力測點布置圖

圖6 懸臂端測點布置圖

圖7 跨中截面測點布置圖

圖8 主墩應力測點布置圖

3.2 應力監測結果分析

3.2.1主梁應力監測結果分析

僅對11#墩附近的主梁斷面3的頂板監測點1和底板監測點4的應力實測值與理論值進行了對比分析，兩監測點位各施工階段應力值變化趨勢如圖9所示。

由圖9可知，斷面3頂板及底板在整個施工過程中一直保持受壓狀態，且本次監測的應力實測值大部分均大于理論值。各監測點位的實測值與理論值的變化規律基本一致，隨著施工的澆注和預應力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實測應力和理論應力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規范允許范圍內。在張拉預應力的作用下上緣應力呈增大的趨勢，下緣應力呈現遞減趨勢。隨著施工的逐漸進行，頂板應力和底板應力都會逐漸增大。頂板應力均大于底板應力，本橋主梁最大實測壓應力為15.34MPa。各監測點位誤差值均小于規范允許值，說明該橋主梁具有一定的安全儲備，本次橋梁主梁施工監控效果較好。

圖9 斷面3頂板、底板應力理論值與實測值對比圖(施工階段)

3.2.2主墩應力監測結果分析

11#墩和12#墩構造相同，僅對11#墩最底部附近的B斷面的1和4兩個測點進行數據分析。得到的應力監測結果如圖10所示。

圖10 11#墩斷面B應力理論值與實測值對比圖(施工階段)

由圖10可知，11#墩斷面B始終保持受壓狀態，各監測點位的實測應力值較為接近理論應力值，最大誤差為0.23MPa，在規范允許范圍之內，符合橋梁監測相關規范。且實測應力值與理論應力值契合度較高，說明本次橋梁主墩施工監控較為成功。

3.3 實測應力值與設計值偏差分析

根據應力監測數據分析可以看出,實測應力與理論應力之間存在一定的誤差,引起誤差的因素主要包括以下幾個方面[12]:

(1)實際施工情況與有限元模擬的情況存在誤差,實際施工及人為等因素不確定性會導致實測值與理論值產生偏差。

(2)因混凝土的收縮徐變會使橋梁應力產生重分布的情況，從而導致應力實測值與理論值產生誤差。

(3)現場監測儀器存在測量誤差，溫度效應會引起應力變化。

4 結語

詳細介紹了大跨度預應力混凝土連續剛構橋施工監控的實施過程，主要從線性監控和應力監控兩個方面進行研究。主要得出如下結論：

(1)主梁頂部各監測點位的實測標高均要比設計標高及預計標高偏大。合龍后各梁段監測點位實測標高與設計標高最大差值為0.014m，實測標高與預計標高最大差值為0.008m。此誤差在規范允許范圍之內，說明該橋合龍效果比較理想，驗證了本橋線性監控是成功的。

(2)主梁各監測點位的實測應力值與理論值的變化規律基本一致，隨著施工的澆注和預應力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實測應力和理論應力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規范允許范圍內，驗證了本橋主梁應力監控是成功的。

(3)主墩各監測點位的實測應力值較為接近理論應力值，最大誤差為0.23MPa，在規范允許范圍之內，符合橋梁監測相關規范。且實測應力值與理論應力值契合度較高，說明本次橋梁主墩應力監控較為成功。