甌江北口大橋南引橋頂升施工技術(shù)

羅 瀟,周道銀

(中交二航局第二工程有限公司,重慶 401120)

0 引言

橋梁工程施工中經(jīng)常會(huì)面臨針對(duì)實(shí)際工況進(jìn)行線性調(diào)整的問(wèn)題。尤其是在大跨度橋梁主、引橋施工過(guò)程中,主橋和引橋的施工不同步性導(dǎo)致此類問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。結(jié)構(gòu)頂升技術(shù)最早應(yīng)用于建筑工程,多用于解決一些既有建筑的位移糾偏問(wèn)題,后隨著液壓頂升技術(shù)的發(fā)展及施工機(jī)械的研制,逐步應(yīng)用到橋梁工程中。目前,橋梁頂升技術(shù)的工程實(shí)踐在國(guó)內(nèi)外都已相當(dāng)廣泛[1-2]。該項(xiàng)技術(shù)能很好地應(yīng)用于橋梁施工、改造及加固工程中,具有良好的經(jīng)濟(jì)性。但受限于各橋梁施工概況不一,目前無(wú)非常系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和施工方法,隨著工程發(fā)展需要,許多學(xué)者加強(qiáng)了橋梁頂升技術(shù)理論方面的研究,主要集中在頂升施工技術(shù)和施工監(jiān)控研究2個(gè)方面,主要研究方法有數(shù)值模擬法和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法。

段中星[3]、陳舟等[4]以佛開(kāi)高速公路北江大橋引橋多跨同步頂升工程為研究對(duì)象,利用Midas/civil軟件與橋梁博士軟件建立橋梁梁格法模型,通過(guò)軟件的強(qiáng)制位移功能和支座沉降功能模擬頂升過(guò)程,以主梁的縱橋向應(yīng)力、支座反力為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析了頂升同步誤差工況對(duì)主梁力學(xué)性能的影響,確定了最優(yōu)施工方案。石華軍[5]針對(duì)濟(jì)南工業(yè)北路高架橋梁體托換及橋墩更換工程,利用有限元軟件建立4跨連續(xù)梁梁格法模型,對(duì)單墩頂升情況下主梁彎矩、頂?shù)装鍛?yīng)力進(jìn)行計(jì)算,在保證主梁的次內(nèi)力在允許范圍內(nèi)確定最大頂升控制值;探討了單墩和雙墩同時(shí)2種頂升方案對(duì)全聯(lián)主梁力學(xué)性能影響,并考慮設(shè)備使用、施工條件等工程經(jīng)濟(jì)性內(nèi)容確定雙墩同時(shí)頂升的最優(yōu)方案。

施工期間發(fā)生幾何變形和產(chǎn)生次內(nèi)力。當(dāng)內(nèi)力和變形超過(guò)限值時(shí)就會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用和安全。因此,對(duì)橋梁頂升過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控尤為重要,針對(duì)該方面,相關(guān)學(xué)者做了一些研究。趙洪善[6]在南浦大橋主引橋頂升施工過(guò)程中,利用多種測(cè)量手段和技術(shù)結(jié)合橋梁頂升理論對(duì)頂升過(guò)程中引橋的變形和應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);杜方[7]以某公路段立交橋頂升工程實(shí)例為依托,通過(guò)布置合理的監(jiān)測(cè)方案對(duì)整個(gè)頂升過(guò)程中橋面標(biāo)高、縱橫橋向位移及橋梁內(nèi)力變化和橋梁外部形變等一系列內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè),并結(jié)合有限元模擬進(jìn)行對(duì)比分析。在頂升監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用應(yīng)力和位移雙重監(jiān)測(cè)原則,對(duì)應(yīng)力和位移進(jìn)行嚴(yán)格控制,保證頂升過(guò)程安全進(jìn)行。

綜上所述,盡管橋梁頂升技術(shù)應(yīng)用已相當(dāng)廣泛,但相關(guān)理論研究缺少標(biāo)準(zhǔn)化方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)計(jì)算方法,一些關(guān)鍵施工步驟主要依靠施工人員經(jīng)驗(yàn),無(wú)統(tǒng)一施工規(guī)范。對(duì)于頂升過(guò)程監(jiān)控也未形成一套完整的頂升監(jiān)控方案,有必要結(jié)合實(shí)際工程開(kāi)展專項(xiàng)研究。本文以大跨度懸索橋甌江北口大橋南引橋第1聯(lián)頂升工程為研究背景,采用現(xiàn)場(chǎng)布置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及有限元模擬對(duì)南引橋第1聯(lián)在頂升過(guò)程中發(fā)生的變位及應(yīng)力狀態(tài)變化開(kāi)展研究。

1 工程概況

甌江北口大橋[8]主橋?yàn)?塔4跨連續(xù)雙層鋼桁梁懸索橋,其南引橋第1聯(lián)上部結(jié)構(gòu)形式為雙層5×50m預(yù)應(yīng)力等高單箱室混凝土箱梁,分左、右幅。標(biāo)準(zhǔn)斷面梁高3m,單跨重約1 800t?；A(chǔ)及下部結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁、三柱框架門式墩,其中S02,S03號(hào)墩位于錨碇上,具體立面如圖1所示。

圖1 南引橋第1聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁立面(單位:cm)

由于主引橋施工工序變更,甌江北口大橋南引橋?qū)⑾扔谥鳂蛲瓿墒┕?在后續(xù)的主橋主纜架設(shè)、加勁梁吊裝等施工過(guò)程中,隨著主橋荷載增大,南錨碇將發(fā)生較大位移。受錨碇變位影響,南引橋第1聯(lián)S02,S03號(hào)墩產(chǎn)生了支座沉降和縱橋向位移,進(jìn)而影響到南引橋第1聯(lián)上、下層節(jié)段梁。因此,在主橋加勁梁吊裝完成后,需根據(jù)引橋墩、梁的位移監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),制定頂升及監(jiān)控方案以指導(dǎo)主梁局部頂升和墊石施工,對(duì)南引橋節(jié)段梁在主橋施工過(guò)程中產(chǎn)生的沉降進(jìn)行補(bǔ)償,調(diào)整第1聯(lián)連續(xù)梁線形,從而保證橋梁結(jié)構(gòu)安全。

2 總體施工方案

橋梁頂升主要是受力構(gòu)件的暫時(shí)轉(zhuǎn)換,一般是在橋梁墩臺(tái)、基礎(chǔ)等部位布置千斤頂,使橋梁上部構(gòu)件荷載暫時(shí)由千斤頂承受,再通過(guò)千斤頂傳遞到千斤頂放置處的下部結(jié)構(gòu),通過(guò)更換支座及其他結(jié)構(gòu)或填補(bǔ)高強(qiáng)度材料接高等措施,施工完成后再使千斤頂回油卸力,完成整體頂升工作,整體施工流程清晰。但由于橋梁頂升工程是針對(duì)既有橋梁,比較受限于現(xiàn)場(chǎng)的施工條件,包括施工設(shè)備運(yùn)輸、施工平臺(tái)建立、施工空間大小等,因此需根據(jù)實(shí)際工程情況分析專項(xiàng)工程施工重難點(diǎn),制定適宜安全的頂升方案,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和測(cè)試[9-11]。

本工程整體采用墊石加高頂升方式。在南引橋合并段第1聯(lián)上、下層的臨時(shí)支墩全部拆除完成后,將千斤頂按批次分別吊至S02,S03號(hào)墩上下層、左右幅梁底放置,根據(jù)測(cè)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)頂升主梁梁體,將永久支座下鋼板抽出,為墊石施工提供操作空間,墊石澆筑標(biāo)高按永久支座下板以下3～5cm控制,墊石澆筑完成后在其上塞墊鋼板,千斤頂回油取出。重復(fù)以上工序,完成所有主梁頂升、墊石施工,觀測(cè)第1聯(lián)梁段整體線形,根據(jù)觀測(cè)結(jié)果,局部調(diào)整整體線形,并在主梁下塞墊的鋼板抽出,安裝好支座地腳螺栓孔,將支座灌漿,待灌漿層達(dá)到強(qiáng)度后,千斤頂回油取出,依次完成S02,S03號(hào)墩上下層、左右幅梁底每個(gè)墊石灌漿?？傮w施工流程如圖2所示。

圖2 總體施工流程

3 頂升關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工重難點(diǎn)分析

由于橋梁頂升工程是針對(duì)既有橋梁,比較受限于現(xiàn)場(chǎng)施工條件,包括施工設(shè)備運(yùn)輸、施工平臺(tái)建立、施工空間大小等,因此需根據(jù)實(shí)際工程情況,分析專項(xiàng)工程施工的重難點(diǎn),制定適宜安全的頂升方案。根據(jù)甌江北口大橋南引橋第1聯(lián)實(shí)際工程情況,其具體工程施工重難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面。

1)上、下層主梁千斤頂就位和移除問(wèn)題 由于南引橋上部結(jié)構(gòu)箱梁已安裝完成,箱梁與下部結(jié)構(gòu)間施工空間較小,千斤頂重達(dá)260kg,在不能使用起重設(shè)備情況下,人工不能使千斤頂就位和移除。

2)千斤頂頂升過(guò)程中傾斜問(wèn)題 千斤頂頂升過(guò)程中,主梁可能會(huì)出現(xiàn)水平位移,若千斤頂與主梁接觸位置摩擦力過(guò)大,將導(dǎo)致千斤頂傾斜,此時(shí)結(jié)構(gòu)受力均在千斤頂上,此過(guò)程較危險(xiǎn),需采取相應(yīng)保護(hù)措施。

3)墊石鋼筋安裝問(wèn)題 因墩頂與主梁間操作空間有限,墊石鋼筋安裝施工時(shí)操作難度較大。

針對(duì)上述施工重難點(diǎn),需在頂升方案制訂中采取相應(yīng)施工措施,保證頂升工程安全、順利進(jìn)行。

3.2 控制系統(tǒng)確定

單跨箱梁重約1 800t,選用12臺(tái)320t千斤頂作為同一主梁頂升設(shè)備,可提供38 400kN的頂力?？紤]施工空間及避免墩頂發(fā)生剪切破壞,需在一塊墊石周邊均勻布設(shè)6臺(tái)千斤頂,千斤頂周轉(zhuǎn)使用。千斤頂配置自鎖功能,能保證長(zhǎng)時(shí)間支撐工況的安全穩(wěn)定。12臺(tái)千斤頂采用GTS-12PLC同步系統(tǒng),集中油泵控制。該控制系統(tǒng)可反饋負(fù)載和位移情況。通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)頂力情況,根據(jù)每臺(tái)千斤頂承受的上部荷載,通過(guò)調(diào)整送油量調(diào)節(jié)每臺(tái)獨(dú)立千斤頂?shù)捻斄?。此?為保證頂升位移準(zhǔn)確,可事先設(shè)置預(yù)頂升量,并配備頂升位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng),控制系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)反饋的頂升位移值實(shí)時(shí)與預(yù)頂升量進(jìn)行比較,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有偏差時(shí),控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)調(diào)整每臺(tái)獨(dú)立千斤頂?shù)捻斏俣?消除位移偏差,各千斤頂?shù)牟黄胶庑谐?0.2mm。同時(shí),頂升過(guò)程中配備人工測(cè)量輔以校正,最終實(shí)現(xiàn)同步頂升。

3.3 施工平臺(tái)布置

墩頂千斤頂就位、墊石現(xiàn)澆施工等步驟,人員需在墩頂進(jìn)行鋼筋、模板及橫向預(yù)應(yīng)力施工作業(yè),因此在墩頂四周設(shè)置封閉的操作平臺(tái),平臺(tái)采用2根I25型鋼懸掛在墩頂支座內(nèi)、外兩側(cè),平臺(tái)滿鋪?zhàn)叩谰W(wǎng),設(shè)置1.2m高防護(hù)欄桿。墩頂平臺(tái)采取定制加工、周轉(zhuǎn)使用,如圖3所示。

圖3 施工平臺(tái)布置示意(單位:cm)

3.4 千斤頂就位與布置

針對(duì)3.1節(jié)中提到的上、下層主梁千斤頂就位和移除問(wèn)題,因上層橋墩單墩縱橋向長(zhǎng)4.2m,S02,S03號(hào)墩隱橫梁寬度為2.8m,均與墩頂墊石中心重合,所以兩邊各有70cm間隙,可直接在上層利用起重機(jī)將千斤頂?shù)踔炼枕?在墩頂布設(shè)涂抹黃油的鋼板,在水平面靠人工或手拉葫蘆拖拽千斤頂就位,如圖4所示。安裝下層梁底千斤頂時(shí),先在下層橋面用起重機(jī)將千斤頂?shù)踔料聦訖M向連系梁,因翼緣板和墩身將位置擋住,可在千斤頂上系掛尼龍繩,橫梁上作業(yè)人員提前拿住尼龍繩,在起重機(jī)將千斤頂向下吊時(shí),橫梁上作業(yè)人員拖拽千斤頂至橫梁頂面。在橫梁上鋪設(shè)涂抹黃油的鋼板,以便千斤頂拖拽就位。

圖4 千斤頂就位方式示意

圖5 墩頂千斤頂整體布置示意(單位:cm)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案,墊石高度27～67cm,箱梁底部距離墩身頂部的最小高度為54cm,當(dāng)高度不夠時(shí)采用鋼板塞墊;在每個(gè)加力點(diǎn)位置千斤頂或墊塊與墩頂或橫梁的接觸面面積均經(jīng)過(guò)計(jì)算確定,布置在實(shí)心區(qū)域,距離邊緣5cm以上,不超出原結(jié)構(gòu)物混凝土強(qiáng)度,防止混凝土崩裂;千斤頂根據(jù)墊石中心線位置對(duì)稱、均勻布置;千斤頂與主梁底間塞墊的鋼板、聚四氟乙烯滑板平面尺寸均為40cm×40cm。千斤頂平面布置如5所示。

3.5 頂升施工

墩頂或橫梁上臨時(shí)支墩拆除完成后,對(duì)其表面進(jìn)行清理,若有明顯不平整地方,可使用灌漿料進(jìn)行找平。在頂升梁體前,需測(cè)量梁底與橫梁或墩頂位置實(shí)際距離,若千斤頂行程不夠,可在其下塞墊鋼板,保證千斤頂在有效行程內(nèi)完成頂升施工。

因梁體底部存在縱、橫向坡度,且在頂升過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)梁體平面滑動(dòng),故在千斤頂與梁底間按從上至下塞墊橡膠皮、鋼板、聚四氟乙烯滑板、鋼板的組合形式,保證梁體和千斤頂間可自由滑動(dòng),且力可有效傳遞。防止千斤頂與主梁接觸位置摩擦力過(guò)大,導(dǎo)致千斤頂在施工過(guò)程中發(fā)生傾斜。

正式頂升前需進(jìn)行試頂升工作,便于監(jiān)測(cè)頂升控制系統(tǒng)及梁體墩臺(tái)穩(wěn)定性。根據(jù)橋墩支座的最終沉降實(shí)測(cè)值,頂升高度按S02號(hào)墩支座處主梁頂升40.0mm、S03號(hào)墩頂升8.0mm控制,施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整。

3.6 墊石施工

1)原本為保證墩身隨錨碇水平位移或偏轉(zhuǎn)時(shí)箱梁可自由滑動(dòng),同時(shí)也考慮到后續(xù)標(biāo)高調(diào)整,故在S02,S03號(hào)墩設(shè)置了可調(diào)支座(由聚四氟乙烯滑板+調(diào)節(jié)鋼板+預(yù)埋鋼板組成),位于永久支座下部,如圖6所示。當(dāng)梁體頂升至指定高度后,在永久支座墊石施工前需將調(diào)節(jié)鋼板抽出。

圖6 調(diào)節(jié)支座布置示意

2)在千斤頂頂升至可調(diào)支座脫空,千斤頂自鎖,拆除可調(diào)支座后,在預(yù)埋鋼板上焊接鋼筋,綁扎墊石鋼筋,墊石鋼筋主要為φ20,φ16。鋼筋在鋼筋廠制作加工,由于現(xiàn)場(chǎng)操作空間有限,鋼筋在后場(chǎng)制作成整體,吊裝至墊石區(qū)域處整體安裝,鋼筋接長(zhǎng)均采用焊接形式,鋼筋交叉處采用扎絲綁扎;采用∟100×100×6根據(jù)墊石尺寸焊接為四邊矩形,在角鋼兩邊單面焊接L形鋼筋代替原設(shè)計(jì)中預(yù)埋的豎向φ20鋼筋,鋼筋整體制作完成后,吊至墊石處,將角鋼和橫梁或墩頂預(yù)埋鋼板進(jìn)行環(huán)形焊接。焊接方式如圖7所示。

圖7 鋼筋焊接方式示意

3)在鋼筋布置完成后,安裝墊石模板,利用箱梁上的預(yù)埋孔,采用支座灌漿料將墊石灌注密實(shí),并緊貼支座。灌漿料應(yīng)保證流動(dòng)性,確保密實(shí)。此處應(yīng)注意提前使用PVC管預(yù)埋支座螺栓孔,PVC管適時(shí)放大,底口采用透明膠封堵,防止?jié)仓^(guò)程中漏漿,從而導(dǎo)致支座螺栓安裝受阻。當(dāng)墊石灌漿密實(shí)后強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上,其上塞墊鋼板,保證永久支座和墊石間密實(shí)。鋼板塞墊完成后,千斤頂回油,永久支座受力,完成受力體系轉(zhuǎn)換。

4)所有墊石按以上工序施工完成后,觀測(cè)整聯(lián)整體線形,不符合成橋后線形位置可再次頂升調(diào)整。

5)最后通過(guò)預(yù)留下的地腳螺栓孔安裝支座下地腳螺栓,其中地腳螺栓長(zhǎng)45.0cm,預(yù)留孔深度為48.0cm,將提前配制的支座灌漿料灌入支座螺栓孔和灌漿層內(nèi),可使用硬物敲擊模板保證漿體密實(shí)。

依照上述步驟施工完成后,將千斤頂回油取出,依次完成S02,S03號(hào)墩上下層、左右幅梁底每塊墊石灌漿。

4 頂升過(guò)程施工監(jiān)測(cè)與控制

4.1 監(jiān)控方案

為保障頂升過(guò)程中規(guī)范施工和橋梁結(jié)構(gòu)安全,頂升過(guò)程中施工監(jiān)控主要包括3個(gè)方面:①通過(guò)集中控制系統(tǒng)的頂升高度自動(dòng)監(jiān)測(cè);②配備豎向位移控制網(wǎng);③主梁關(guān)鍵截面應(yīng)變測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)。通過(guò)3項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相互檢驗(yàn)校核,當(dāng)其中一項(xiàng)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)異常情況,通過(guò)其他2項(xiàng)查找原因并調(diào)整頂升工況。其中,通過(guò)PLC中央控制器的計(jì)算機(jī)結(jié)合位移傳感器自動(dòng)實(shí)時(shí)反饋的數(shù)據(jù),可實(shí)時(shí)獨(dú)立調(diào)整每臺(tái)千斤頂?shù)捻斏俣群晚斏叨?從而通過(guò)精確控制頂升速度達(dá)到同步頂升和預(yù)期頂升量;結(jié)構(gòu)幾何變形是最終橋梁線形控制的基礎(chǔ),也是最宏觀的控制手段,其在反映結(jié)構(gòu)整體發(fā)生變化的靈敏度方面要優(yōu)于應(yīng)力監(jiān)測(cè)。通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)可了解梁體的實(shí)際內(nèi)力狀態(tài),若出現(xiàn)異常狀態(tài),可結(jié)合結(jié)構(gòu)幾何變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行原因分析和施工調(diào)整。

4.1.1幾何變形監(jiān)測(cè)方案

頂升過(guò)程中箱梁幾何變形主要是豎向位移,故本次監(jiān)測(cè)主要進(jìn)行豎向位移監(jiān)測(cè),為應(yīng)力監(jiān)測(cè)提供可靠依據(jù)。

首先需進(jìn)行高程控制網(wǎng)測(cè)設(shè)[12],以控制點(diǎn)成果為依據(jù),采用水準(zhǔn)儀測(cè)量各觀測(cè)點(diǎn)(S02,S03號(hào)墩對(duì)應(yīng)的箱梁支座截面沿橫橋向布置3個(gè)高程觀測(cè)點(diǎn))高程,將S02號(hào)墩下層左幅1～3號(hào)測(cè)點(diǎn)命名為S02#XZ1～3, 其余墩依次類推。為避免控制點(diǎn)高程變化,根據(jù)南引橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),左、右幅相互分離,互不影響,故當(dāng)左幅頂升時(shí),高程控制點(diǎn)布設(shè)在左幅;反之,右幅頂升施工時(shí),高程控制點(diǎn)布設(shè)在右幅。在頂升施工前取多次獨(dú)立觀測(cè)的S02,S03號(hào)墩對(duì)應(yīng)的箱梁支座截面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程平均值作為初始值。最終沉降測(cè)量成果的輸出分為本次量和累計(jì)量。將累計(jì)量與頂升系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控的預(yù)期位移值進(jìn)行對(duì)比,從而保證頂升過(guò)程安全進(jìn)行。

4.1.2箱梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)方案

甌江北口大橋南引橋第1聯(lián)屬于5跨連續(xù)梁橋,屬于超靜定結(jié)構(gòu),頂升施工使得主梁在豎橋向發(fā)生位移,必然導(dǎo)致箱梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力產(chǎn)生變化。因此,有必要對(duì)頂升施工過(guò)程中和結(jié)束后結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求的理論變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)箱梁關(guān)鍵部位的應(yīng)變進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)來(lái)了解結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化狀態(tài),當(dāng)實(shí)測(cè)應(yīng)力狀態(tài)超限或不符合理論變化時(shí),應(yīng)與幾何變形監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比印證分析,查找原因并及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行調(diào)控?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)施工等受外界環(huán)境因素影響,從而對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目產(chǎn)生影響,采用具有良好穩(wěn)定性和應(yīng)變累計(jì)功能的振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行采集。頂升過(guò)程中箱梁應(yīng)力,尤其是頂升部位即支座處應(yīng)力變化敏感,故在頂升過(guò)程中對(duì)S02,S03號(hào)墩對(duì)應(yīng)支座處箱梁最不利位置進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控,支座處箱梁應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置如圖8中2—1,2—2截面所示,在該截面各箱梁上緣的左側(cè)和右側(cè)各布置1個(gè)應(yīng)變計(jì)。在每次頂升施工前采集的S02,S03號(hào)墩對(duì)應(yīng)的箱梁支座截面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變平均值作為初始值。通過(guò)采集施工過(guò)程中的應(yīng)變值代入公式計(jì)算得到應(yīng)力變化值,最終應(yīng)力測(cè)量成果的輸出分為本次量和累計(jì)量,結(jié)合實(shí)際施工工況,判斷是否符合理論變化趨勢(shì),保障頂升施工安全。

圖8 南引橋第1聯(lián)主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)截面示意

4.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.2.1幾何監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述頂升過(guò)程監(jiān)測(cè)方案,每次頂升施工進(jìn)行時(shí),測(cè)量人員通過(guò)連續(xù)多次采集支座截面處箱梁各高程觀測(cè)點(diǎn)的高程變化,最終計(jì)算高差并取平均值作為該部位箱梁的實(shí)測(cè)頂升高度,并與設(shè)計(jì)頂升高度進(jìn)行校核,各高程觀測(cè)點(diǎn)頂升高度最終實(shí)測(cè)值如圖9所示。

圖9 各高程觀測(cè)部位頂升高度變化曲線

由圖9所示頂升過(guò)程中監(jiān)測(cè)頂升高度變化分析可知,在頂升施工時(shí),頂升速率較平穩(wěn),S03號(hào)墩下層左幅頂升高度存在局部突變,根據(jù)施工日志,是由于現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)支座預(yù)埋鋼板抽出時(shí)存在局部凹陷卡死,故將初始頂升量設(shè)置為15mm,直至鋼板抽出,千斤頂收缸,梁體開(kāi)始回落。最終各部位箱梁的實(shí)測(cè)頂升高度與設(shè)計(jì)頂升高度偏差均控制在10%以內(nèi)。

4.2.2應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果

頂升過(guò)程中對(duì)主梁支座處截面進(jìn)行連續(xù)應(yīng)力采集,現(xiàn)給出上下層S02,S03號(hào)墩對(duì)應(yīng)右幅和左幅梁體支座處應(yīng)力變化曲線圖,具體數(shù)值如圖9～10所示。

由圖9可得:①在S02,S03號(hào)墩左、右幅支座頂升過(guò)程中,應(yīng)力變化相對(duì)較穩(wěn)定,結(jié)合各部位施工當(dāng)天的施工日志記錄可知,自頂升開(kāi)始到千斤頂收缸,隨著頂升量增加,對(duì)應(yīng)S02,S03號(hào)墩支座處箱梁截面頂板與腹板交接處應(yīng)變值增大,即頂升過(guò)程中S02,S03號(hào)墩支座處梁體上緣呈受拉趨勢(shì),且未超過(guò)混凝土受拉強(qiáng)度,符合理論變化趨勢(shì)。②在S03號(hào)墩左幅支座頂升過(guò)程中,應(yīng)力變化相對(duì)較穩(wěn)定,在第5次數(shù)據(jù)采集時(shí)發(fā)生較大突變,結(jié)合當(dāng)天的施工工況可知,是由于S03號(hào)墩頂升量較小(8.0mm)。由于現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)支座預(yù)埋鋼板抽出時(shí)存在局部凹陷卡死,故將初始頂升量設(shè)置為較大值,直至第5次數(shù)據(jù)采集時(shí),鋼板抽出,千斤頂回油收缸,梁體開(kāi)始回落。故第5次數(shù)據(jù)采集時(shí)應(yīng)力發(fā)生較大突變是由于千斤頂收缸、箱梁回落、壓力釋放所致。這與預(yù)測(cè)應(yīng)力變化趨勢(shì)相吻合,同時(shí)與圖10中頂升高度變化相對(duì)應(yīng)。③S02號(hào)墩整體應(yīng)力變化幅度較S03號(hào)墩大,主要是因?yàn)镾02號(hào)墩的頂升高度大于S03號(hào)墩導(dǎo)致。④振弦式應(yīng)變計(jì)通過(guò)頻率變化反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力,通常只適用于靜態(tài)和準(zhǔn)動(dòng)態(tài)環(huán)境,監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,現(xiàn)場(chǎng)施工振動(dòng)對(duì)應(yīng)變計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果影響較大,數(shù)據(jù)的局部異常波動(dòng)是受橋面施工及過(guò)往車輛振動(dòng)所致。

圖10 S02,S03號(hào)墩頂升過(guò)程應(yīng)力變化趨勢(shì)

5 結(jié)語(yǔ)

1)橋梁頂升工程主要針對(duì)既有橋梁,較受限于現(xiàn)場(chǎng)施工條件,包括施工設(shè)備運(yùn)輸、施工平臺(tái)建立、施工空間大小等,在進(jìn)行施工前,需根據(jù)實(shí)際工程情況,分析專項(xiàng)工程施工重難點(diǎn),制訂適宜安全的頂升方案,保障現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行。

2)針對(duì)橋梁頂升,應(yīng)建立專項(xiàng)的橋梁頂升施工監(jiān)控方案。在監(jiān)控過(guò)程中除了利用PLC液壓頂升系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制外,還應(yīng)輔以額外的位移與應(yīng)力監(jiān)測(cè),以此保證頂升精確程度和安全。同時(shí),做好相關(guān)施工日志,以便異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。

3)處理工程應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)前,需對(duì)上部箱梁的受力情況進(jìn)行定性分析,宏觀上把握關(guān)鍵部位的變形趨勢(shì)和受力變化規(guī)律。根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),最終各部位箱梁的實(shí)測(cè)頂升高度與設(shè)計(jì)頂升高度偏差較小(均<10%)。頂升過(guò)程中S02,S03號(hào)墩支座處梁體上緣呈受拉趨勢(shì),且未超過(guò)混凝土受拉強(qiáng)度,符合理論變化趨勢(shì),受頂升高度變化及橋面施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在局部波動(dòng)。支座截面處箱梁應(yīng)力變化規(guī)律與頂升高度變化較吻合,該監(jiān)控方案較好地指導(dǎo)了頂升施工。