某預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋的線形監(jiān)控分析

汪一波

（貴州省交通科學(xué)研究院股份有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

橋梁施工過程中，由于溫度、荷載等因素影響，會使工程實(shí)際情況與設(shè)計值之間存在誤差，從而降低成橋狀態(tài)合理性，引發(fā)合龍風(fēng)險[1-3]。為使工程項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期效果，需在施工中加強(qiáng)線形控制，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行梁段標(biāo)高調(diào)整，以達(dá)到設(shè)計幾何線形，提高成橋線形規(guī)范

性[4-5]。

1 工程概況

某高速公路橋梁工程，設(shè)計為雙向四車道、五跨預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)橋，橋梁全線1 121.32 m，橋面寬12 m，橋梁兩翼側(cè)板寬2.75 m，梁底寬6.5 m，主墩高度為123 m，箱梁為單箱單室斷面結(jié)構(gòu)，設(shè)計荷載為公路Ⅰ級。施工中為保持成橋線形，需嚴(yán)格執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)、工藝規(guī)范，加強(qiáng)線形監(jiān)控。

2 線形監(jiān)控的內(nèi)容

確保橋梁變形與應(yīng)力指標(biāo)合規(guī)是進(jìn)行橋梁施工監(jiān)控的關(guān)鍵，使其符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，提高橋梁工程質(zhì)量。橋梁線形控制是一個循環(huán)往復(fù)的過程，通過“施工—量測—識別—修正—預(yù)測—施工”的循環(huán)進(jìn)行線形控制[6]。對橋梁應(yīng)力指標(biāo)的檢測主要包括：

（1）箱梁截面混凝土正應(yīng)力水平是否合規(guī)；

（2）橋面板橫向混凝土正應(yīng)力是否在規(guī)定范圍內(nèi)；

（3）箱梁合龍后混凝土主應(yīng)力是否達(dá)標(biāo)。

3 線形監(jiān)控的方法及實(shí)施過程

線形控制是確保橋梁施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，尤其是在連續(xù)剛構(gòu)橋項(xiàng)目施工中應(yīng)從事前預(yù)測和事中控制兩個方面進(jìn)行，確保橋梁結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)合規(guī)。

3.1 線形監(jiān)控的組織安排

施工前，根據(jù)項(xiàng)目需求組建施工監(jiān)控小組、設(shè)計監(jiān)控小組和監(jiān)理監(jiān)控小組，對項(xiàng)目進(jìn)展情況進(jìn)行管制，由施工方提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，設(shè)計方、監(jiān)理方進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)核，通過多方努力共同協(xié)調(diào)項(xiàng)目工程順利發(fā)展。

相關(guān)單位之間應(yīng)制定嚴(yán)格的橋梁工程項(xiàng)目線形監(jiān)控綱要，并遵循綱要規(guī)范嚴(yán)格監(jiān)控，出臺工作細(xì)則并認(rèn)真貫徹落實(shí)。

3.2 施工監(jiān)測的具體內(nèi)容

施工期間應(yīng)對各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保相關(guān)技術(shù)參數(shù)均在施工方案要求范圍內(nèi)，為后續(xù)仿真分析提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，確保線形監(jiān)控達(dá)到預(yù)期效果。該項(xiàng)目現(xiàn)場測試內(nèi)容如下：

3.2.1 標(biāo)高控制

控制橋梁梁段施工標(biāo)高確保線形平順，為保障工程施工質(zhì)量奠定基礎(chǔ)，標(biāo)高指標(biāo)控制會對項(xiàng)目線形特點(diǎn)、工程質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

線形結(jié)構(gòu)理論仿真值以理論數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行計算獲得控制標(biāo)高值，但是施工環(huán)節(jié)很多因素都會對其產(chǎn)生影響，導(dǎo)致理論值與實(shí)際值之間存在偏差，需對兩者進(jìn)行綜合比對。要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行橋梁線形的合理控制，通過對立模標(biāo)高的控制，保障橋梁線形符合設(shè)計規(guī)范，將各種誘因?qū)е碌恼`差控制在合理范圍內(nèi)。該文結(jié)合工程實(shí)踐基礎(chǔ)，對施工階段立模標(biāo)高的計算公式進(jìn)行了修訂，詳情如下：

H設(shè)和H施分別為橋梁立模標(biāo)高設(shè)計值與實(shí)際值；

f3和f4分別為掛籃自重及變形導(dǎo)致的撓度值與恒載對立模標(biāo)高的撓度值；

f5為混凝土徐變、收縮或荷載作用下，箱梁對立模梁段的撓度值。

3.2.2 應(yīng)力監(jiān)控

大跨徑梁具有施工時間長、工藝參數(shù)復(fù)雜的特點(diǎn)，施工環(huán)節(jié)須對其應(yīng)力指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格控制，因而監(jiān)控傳感器件的合理選擇至關(guān)重要。

（1）現(xiàn)階段，大跨徑梁項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)最常見的傳感器件為埋入式智能混凝土振弦式應(yīng)變計，該設(shè)備抗干擾能力強(qiáng)，且具備數(shù)據(jù)采集便捷、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，能在多場景下應(yīng)用。

（2）根據(jù)項(xiàng)目工程實(shí)際情況、橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，橋梁上部設(shè)計19個應(yīng)力測試截面，截面位置包括主跨和邊跨1/2截面、箱梁根部截面、主墩和高墩截面、4分點(diǎn)截面等，應(yīng)力測試截面的分布狀況如圖1所示。

圖1 箱梁截面測點(diǎn)布置圖（單位：cm）

（3）根據(jù)施工方案要求，提前將埋入式智能混凝土振弦式應(yīng)變計固定于適當(dāng)位置，采用細(xì)匝絲于結(jié)構(gòu)主筋上穩(wěn)妥固定后，應(yīng)變計內(nèi)側(cè)5 mm處引出測試導(dǎo)線，將導(dǎo)線與箱梁臂端混凝土相連接，安裝情況如圖2所示。

圖2 埋入式智能混凝土振弦式應(yīng)變計安裝示意圖

3.2.3 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測

根據(jù)預(yù)應(yīng)力類型不同可以分為豎向預(yù)應(yīng)力、縱向預(yù)應(yīng)力和橫向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量控制是決定項(xiàng)目工程質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[7]。

（1）預(yù)應(yīng)力張拉效果控制直接影響混凝土強(qiáng)度與質(zhì)量，對成橋形態(tài)和橋梁線形產(chǎn)生干擾，需在施工過程中對預(yù)應(yīng)力合理控制。

（2）施工過程中要對結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力張拉進(jìn)行雙控，并注重管道摩阻因素的影響。

（3）結(jié)合工程實(shí)踐和理論結(jié)果，張拉過程中梁體應(yīng)力分布應(yīng)合理，并對應(yīng)力監(jiān)測范圍進(jìn)行有效控制。

（4）大跨徑橋梁最常見的病害類型為斜向裂縫，與混凝土主拉應(yīng)力不足有關(guān)，需在施工環(huán)節(jié)加強(qiáng)豎向預(yù)應(yīng)力參數(shù)的合理控制。

3.2.4 溫度監(jiān)測

梁墩固結(jié)作用影響下，會對大跨徑連續(xù)梁剛構(gòu)橋的橋面質(zhì)量產(chǎn)生影響，應(yīng)在施工中注意控制溫度參數(shù)[8]。

（1）溫度監(jiān)測多以熱敏電阻溫度傳感器為主，傳感器多固定于箱梁頂板、腹板或底板等位置，監(jiān)測混凝土溫度指標(biāo)是否在可控范圍內(nèi)。施工操作前，需將熱敏電阻溫度傳感器預(yù)埋于箱梁混凝土內(nèi)，并連續(xù)觀測72 h，間隔1～2 h記錄不同時間點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同時間點(diǎn)箱梁高度值與溫度關(guān)系圖的繪制，同時對觀測點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度關(guān)系進(jìn)行分布曲線的繪制，了解溫度變化與箱梁應(yīng)力值、撓度數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

3.3 施工全過程的結(jié)構(gòu)分析

施工過程中需要監(jiān)控的結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容包括：理想狀態(tài)下的橋梁線形、內(nèi)應(yīng)力數(shù)據(jù)、不同施工狀態(tài)下的實(shí)際測量值與理論值、設(shè)計數(shù)據(jù)校準(zhǔn)和成橋狀態(tài)預(yù)測[9]。

（1）該橋梁上部結(jié)構(gòu)施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行施工工序進(jìn)行各梁段施工，嚴(yán)格控制臨時荷載數(shù)據(jù)，施工過程中對每一橋梁段指標(biāo)重點(diǎn)監(jiān)控。

（2）結(jié)構(gòu)監(jiān)控的重點(diǎn)在于橋墩和0號塊，上述目標(biāo)受力結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要借助有限元軟件ansys和midas進(jìn)行受力細(xì)節(jié)的詳細(xì)分析。

（3）借助橋梁設(shè)計輔助系統(tǒng)midas對施工環(huán)節(jié)橋梁設(shè)計路段各參數(shù)精準(zhǔn)控制，對理論設(shè)計值與實(shí)測值偏差進(jìn)行分析，同時確定不同施工階段的理論立模標(biāo)高值，精確控制施工參數(shù)以保障項(xiàng)目質(zhì)量。

3.4 施工程序及異常情況對策

預(yù)應(yīng)力混凝土剛構(gòu)橋橋梁跨度大，施工過程中實(shí)際橋梁狀態(tài)與設(shè)計值之間必然存在誤差，為避免誤差過大，影響橋梁線形和質(zhì)量，需采取有效措施進(jìn)行修正，確保施工誤差在可控范圍內(nèi)。

該項(xiàng)目選用自適應(yīng)控制方法，進(jìn)行橋梁施工監(jiān)控，對各施工環(huán)節(jié)不同工序的受力狀況嚴(yán)格控制，將系統(tǒng)誤差控制在可控范圍內(nèi)；自適應(yīng)控制方法是對施工標(biāo)高和內(nèi)力進(jìn)行理論值和實(shí)際值比較，并進(jìn)行參數(shù)控制的有效方法，根據(jù)設(shè)計參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識別和調(diào)整，找到偏差后進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)控制；采用閉環(huán)控制流程進(jìn)行系統(tǒng)辨識、自適應(yīng)控制，圖3為控制原理圖。

圖3 自適應(yīng)施工控制基本原理

4 施工監(jiān)控的效果

該橋梁合龍順序如下：中跨Ⅰ-邊跨Ⅱ-次中跨Ⅲ，詳情如圖4所示。橋梁左右幅同步施工，施工中共用掛籃8套。

圖4 某大橋主橋形象圖

（1）采用理論立模標(biāo)高模型，對實(shí)際值和理論值進(jìn)行比對后嚴(yán)格控制參數(shù)，該橋梁邊跨直線段為最小預(yù)拋高值所在位置，實(shí)測值比設(shè)計值高出1 cm，21號塊為最大預(yù)拋高值所在處，立模標(biāo)高實(shí)測值比設(shè)計值高出28 cm。

（2）對梁段張拉后數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，實(shí)際值與設(shè)計值之間存在2 cm誤差，保持在可控范圍內(nèi)，符合預(yù)期變化。

5 結(jié)論

該文對大橋施工過程中的線形控制策略進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)踐情況獲得以下結(jié)論：

（1）通過現(xiàn)場勘測獲得真實(shí)數(shù)據(jù)和通過理論模型進(jìn)行參數(shù)修正，保障計算結(jié)果準(zhǔn)確性，使其在理想控制區(qū)間內(nèi)。

（2）應(yīng)力值監(jiān)測能夠?qū)κ┕ぶ懈鞅O(jiān)測點(diǎn)混凝土應(yīng)力變化情況及時掌握，確保懸臂施工安全及成橋線形符合規(guī)定，為橋梁施工質(zhì)量保障奠定基礎(chǔ)。

（3）橋梁施工工藝、施工順序會對其安全性產(chǎn)生影響，橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布、撓度變形的存在，也會影響橋梁質(zhì)量，需加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。通過對施工過程中的線形控制，達(dá)到改善工程質(zhì)量的目的。