大跨度預應力混凝土剛構橋施工監控方案設計

饒承彪，謝 琪，王 濤

(1.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081；2.貴州省公路建設養護集團有限公司，貴州 貴陽 550016)

1 工程概況

某預應力鋼混凝土剛構橋為一跨庫區橋梁，雙幅布置，橋梁跨徑組合為(55+100+55)m，主梁為單箱雙室截面，預應力為三向預應力體系，跨中梁高2.5 m，0號塊梁高6 m，橋墩采用雙肢薄壁實心墩，單肢截面尺寸為1 m×14 m，基礎為承臺群樁基礎，其中承臺尺寸10.3 m×8 m×4 m，樁基直徑為2.2 m，數量6根。橋型布置圖如圖1所示。

2 橋梁監控目標、剛構橋施工全參數及技術要求

2.1 監控的目標

橋梁監控的目標從整個施工的過程可以劃分為兩個階段，分別是橋梁竣工階段和主梁合攏階段。對于懸臂法澆筑的剛構橋，竣工階段，為抵抗橋梁收縮徐變對后期橋梁梁體下撓的發生，設計人員會賦予橋梁各個節段一定的預拱度，以確保橋梁在服役期內線性與設計狀態相符，從而控制梁體的受力狀態，因此，竣工階段的監控目標便是通過線性控制為主、受力控制為輔的監控原則，確保橋梁竣工時橋梁的線性與設計線性相一致或誤差在可控范圍內。

根據確認的橋梁竣工狀態進行結構倒拆，通過移除橋面荷載、二期恒載，從而得到主梁合攏狀態，并進一步獲得從最大懸臂狀態到0號塊澆筑時的主梁線形及受力狀態，從而為施工過程中提供各階段施工監控目標，并在施工過程中加以控制，從而使懸臂澆筑的T構在合攏后達到倒拆確定的合同線性。

2.2 剛構橋施工監控全參數及技術要求

根據《公路橋梁施工監控技術規范》中對監測參數的要求，對于梁式橋，應監控橋墩應力、主梁高程、應力、軸線、溫度等參數，另外，根據《大體積混凝土施工技術規范》，對于混凝土體，其最小邊大于1 m時，應進行大體積混凝土水化熱監控，對于剛構橋，其橋臺、承臺、橋墩、0號塊等 構件最小尺寸通常均會超規范最小限值要求，因此通常均需要進行混凝土施工水化熱監測。同時，還應進行墩身豎直度的監測[1]。根據上述規范并結合《橋涵施工技術規范》，梳理剛構橋施工監控量測的參數及其技術要求列表見表1。

表1 預應力混凝土剛構橋施工監控全參數及其技術要求

3 上部結構監控方案設計

3.1 主梁高程監測

主梁高程的測量是剛構橋施工監控中的最主要參數，其目的是確保在懸臂施工的過程中，各個節段的梁端高程在一定的范圍內，并通過施工過程匯總下發監控指令，對節段中的高程誤差進行調整，使主梁在合攏后高程滿足要求。在剛構橋的監控過程中，采用雙控的方式進行橋梁的監控，即“高程監控為主，應力監控為輔”。高程的測量內容主要有以下三個[2]。

1)測點的布置。主梁高程的測量通常需要在橋址周圍設置橋梁永久性觀測點，用于橋梁施工過程中及橋梁竣工后的觀測參照點，在測量過程中，采用全站儀轉點的方式將觀測點引至橋墩墩頂，打下相對觀測點，再用精密水準儀進行過程中的測量。2)測量次數。每個節段在施工過程中均需要進行測量，測量的過程分為4個步驟：分別是節段澆筑前立模測量、節段混凝土澆筑后測量、預應力張拉前測量和預應力張拉后測量。同時，在每澆筑4個～6個節段后，需對已澆筑全部節段進行全橋現行測量。3)主梁截面高程觀測控制點。對于高程的觀測，應在測量梁端采用短鋼筋，在橋梁澆筑時一并澆筑，通常在每個截面肋板中心線上布置。對于本橋，應在3個肋板中心線的頂板處布設高程觀測控制點，本橋觀測點的布置示意見圖2。

3.2 主梁軸線監測

主梁軸線偏位的監測是為了確保主梁施工過程中梁體軸線符合設計線性的要求，通常采用全站儀進行監測，測量的方法為在每個梁段澆筑后的梁段進行布點測量。對于各個梁段中已經產生的誤差，其調整方法與高程調整的方法一致[3-4]。

3.3 主梁應力監測

主梁應力的監測是對梁體受力狀態的直接反映，通過有限元計算出各個階段施工過程中梁體的應力水平，通過預埋的應變傳感器對梁體應變進行測量并換算為梁體應力進行對照，確認梁體受力狀態是否可控。

1)截面應力監測的內容和方法。對于剛構橋，其主梁截面應力的監測主要是對各階段施工過程中特定截面的應力進行監測和合攏狀態下應力的監測，主要的監測對象是截面的法向應力。通常采用的測量方法是通過預埋的應力傳感器進行直接測量，一般采用鋼弦式應變計，其工作性能較為穩定，且測量精度高。2)應力監測截面的選擇及應力測點的布置。應力監測截面通常選擇主梁在施工期間、成橋狀態下的內力控制截面，對于懸臂澆筑的剛構橋，在施工期間，其受力控制截面為箱梁根部，在懸臂澆筑的狀態下，懸臂箱梁墩頂為最大負彎矩處，因此根部截面為控制截面；在合攏狀態下，1/4跨通常是內力的反彎點，受力極其復雜，因此1/4跨截面為控制截面，但仍需通過計算進行進一步的修正調整[5-6]。應力測點的布置主要布設在梁體的頂板和底板中，鋼線式應變計的長度方向應為順橋向，以本橋為例，測點的布置如圖3所示。

3.4 梁體溫度監測

梁體溫度是為了修正梁體檢測應力的結果。梁體的溫度測量分為兩個內容，對應橋梁設計規范分別是：整體溫度和梯度溫度。整體溫度的測量可以直接測量或預埋溫度傳感器的試塊進行測量，梯度溫度則需要在梁體截面中預埋溫度傳感器進行測量，預埋的溫度傳感器一般采用電阻式溫度傳感器，通常與應變傳感器一并布置。

4 下部結構監控方案設計

4.1 橋墩應力監測

橋墩應力的布置采用鋼弦式應變計進行測量，測點布置為距離墩底0.5 m～1 m處，橋墩澆筑過程中提前預埋。應注意應變器方向與橋墩豎直方向一致。

4.2 橋墩豎直度監測

豎直度的檢測是確保橋墩施工空間姿態在施工結束后符合設計要求的重要監控指標。量測的方法為主要采用全站儀進行測量，通過在預定截面預埋的鋼筋頭上安裝目標棱鏡進行空間坐標測量，又或采用粘貼反光靶標、無棱鏡測量等方法進行測量，其中，無棱鏡測量結果誤差較大，僅適用于施工條件限制的情況。

4.3 承臺水化熱監測

為將混凝土的水化熱維持在可控范圍內，通常大體積混凝土將采用布置冷卻系統的方式對大體積混凝土進行降溫，但是不同溫度區域對降溫速率、內外溫差又有要求，需要對冷卻系統加以控制。通常采用在混凝土體內布設溫度傳感器進行混凝土體溫度的監測，進一步控制冷卻系統的供水流量及入水溫度[7-8]。

溫度傳感器通常采用有線的電阻式溫度傳感器，采用測量長邊、短邊和對角線的方式進行溫度場的測量，不同厚度分層布置。根據本橋布設溫度測點平面布置如圖4所示。

5 結語

剛構橋的監控量測最終的工作結果是確保剛構橋合理合攏狀態的關鍵，做好每個階段的量測工作，并及時將調整建議及監控指令反饋到施工過程中，確保監控工作過程結果得到有效運營，將確保橋梁合龍后達到設計的立項狀態，為橋梁的運營安全提供保障。