探析舉人壩大橋施工監控技術

（重慶保稅港區開發管理集團有限公司 重慶400020）

（重慶保稅港區開發管理集團有限公司 重慶400020）

本文以重慶保稅港區空港功能區舉人壩大橋的全過程施工監控為背景，從施工監控目標和內容入手，詳細敘述了舉人壩大橋下部結構、主梁及應力監控的監測點布置及監測結果，經分析表明，舉人壩大橋的施工滿足設計及規范要求。

連續剛構橋施工監控線形控制應力監測

1 工程概況

1.1 概況

舉人壩大橋（見圖1）位于重慶保稅港區空港功能區空港大道東西方向K2+201.543處的跨河大橋，采用三跨預應力混凝土連續剛構形式，全長188m。該橋橋面總寬43米，分左、右設置雙幅連續剛構橋。

圖1 舉人壩大橋立面布置示意圖（單位：cm）

1.2 技術標準

（1）道路等級：城市主干路；

（2）設計荷載：城-A級、人群3.5kN/m2；

（3）橋面寬度：5m(人行道）+14.5m（行車道）+0.5m（防撞護欄）+3m（中間隔離帶）+0.5m（防撞護欄）+14.5m（行車道）+5m(人行道）=43m；

（4）設計車速：60km/h；

（5）跨徑組成：（50+75+50）m；

（6）地震烈度:動峰值加速度為0.05g，按B類橋梁抗震設防措施等級7級設防。

2 施工監控目標和內容

2.1 施工監控目標

通過現場監測和監控計算等手段，對主梁施工過程中的結構內力和位移狀態進行有效地監測、分析、計算和預測，為施工單位提供施工監控信息，以保證整個結構在施工過程的安全并最終達到設計成橋狀態。

2.2 施工監控內容

2.2.1 理論計算

首先復核設計計算所確定的成橋狀態和施工狀態。按照施工和設計所確定的施工工序，以及設計所提供的基本參數，對施工過程進行一次正裝計算，得到各施工狀態下的結構受力和變形等控制數據，與設計相互校對確認無誤后作為連續剛構施工監控的理論數據。計算項目包括：

（1）各施工狀態下以及成橋狀態下狀態變量的理論數據；主梁標高、控制截面應力應變；

（2）施工監控數據理論值：立模標高；

（3）運營階段的移動荷載分析，驗算大橋建成后運營的安全性。

大橋的施工監控工作是在大橋施工過程安全的情況下進行的，因此首先根據設計文件對大橋進行結構計算分析，驗證大橋在常規荷載以及確定的施工方案情況下的結構安全性，以確保施工安全，同時為現場監測、危險預告提供預警控制值。

2.2.2 自適應反饋控制分析

自適應反饋控制方法是目前橋梁工程施工監控中最好的方法，它運用了現代控制理論中的系統辨識、參數估計、誤差分析、最優預測等方法，我司已在多座特大橋的施工監控中進行了成功的研究、應用。以下簡要闡述其在本大橋應用的主要步驟:

（1）在取得結構各計算控制參數、施工方案的前提下，模擬施工過程進行前進分析、倒退分析以確定結構在理想狀態下，各施工階段箱梁的理論位移、內力、應力情況。

（2）根據本橋的實際情況，針對不同的施工階段（結構狀態）進行結構控制計算參數的敏感性分析，包括位移敏感性、內力敏感性和應力敏感性。首先確定對于某特定施工狀態的敏感性要求，然后根據此要求進行敏感性分析，區分該狀態下的主要控制參數和次要控制參數。

（3）在施工的每一階段，考慮實際荷載狀態（施工荷載、溫度影響等等），重新進行計算分析，提出本施工階段的控制參數值（主梁節段架設標高，主梁應力狀態等等）；并給出對應于不同溫度狀態的主梁架設標高，以指導施工。

（4）對實際結構的狀態參數測量值和計算值進行比較，在過濾掉誤差影響后，對主要計算控制參數進行修正（參數識別），重新進行計算，根據控制目標對計算參數作適當修正，提出更接近實際的下一階段控制參數，并修正對結構后期狀態的預測。

2.2.3 合龍工序分析控制

通過大橋主梁懸臂施工過程中的控制計算分析和結構狀態測量，提出合理的大橋合龍應力和線形控制方案。

2.2.4 橋面鋪裝擬合標高的確定

預應力混凝土材料的后期收縮徐變效應較大，現有各種計算理論對連續剛構橋下撓的預測與實際工程的要求具有較大的偏差，因此只有根據以往的工程經驗，給主梁各節段頂面設置一個成橋預拱度，以此來滿足后期變形的要求。

成橋預拱度已包含在各節段的立模預抬值里，因此主梁合龍后的橋梁頂面高程已反映了成橋預拱度狀態，但由于施工誤差等因素，各節段表面線性可能不會十分光滑，因此，有必要對橋面鋪裝標高進行必要的擬合，擬合的原則是：①保證容許的鋪裝層最小厚度；②保證橋面鋪裝的總重量（特別是跨中部分）沒有太大的增加。橋面附屬如護欄的安裝與橋面擬合的線形應基本一致。

2.2.5 施工監測

施工過程的適時監測是施工監控賴以進行的基礎，是施工監控的重要組成部分。通過測試獲得連續剛構橋的施工階段的內力、變形、溫度等的實測值，是施工調整、確保施工安全的依據。施工監測主要包括如下幾個方面：（1）承臺水化熱監測；（2）主梁線形監測；（3）控制截面應力監測。

3 下部結構監控

3.1 承臺水化熱監控

大體積混凝土以大區段為單位進行施工，施工體積厚大，由此帶來的問題是水泥水化作用所放出的熱量使混凝土內部溫度逐漸升高，內部的熱量又不易導出造成較大的內外溫差，隨著混凝土齡期的增長，彈性模量的增高，對混凝土內部降溫收縮的約束也就愈來愈大，以致產生很大的拉應力。當混凝土的抗拉強度不足以抵抗這種拉應力時，便開始出現溫度裂縫，影響工程質量。因此掌握大體積混凝土溫度場變化的規律性，就能夠有針對性地提出裂縫控制的方案，有效地保證混凝土的質量增強混凝土的耐久性。

溫度測點布置：根據主橋承臺實心段對稱性特點，測點主要布置在橫斷面1/4范圍內，測點布置如圖2所示。埋入承臺中的溫度測量元件共分3層，每層10個測點，每個承臺共埋入40個溫度元件。

圖2 承臺溫度測點布置平面和立面布置示意圖（單位：cm）

3.2 基礎沉降監控

測點布置：在主墩承臺完成后，在承臺4個角點上各布置1個沉降監測點，通過紅色油漆對監測點進行標記，以防止施工時破壞。在完成監測點標記后，進行初始高程的監測，在后續主梁的施工中進行沉降監測，通過與初始高程數據進行比較，來判斷基礎沉降大小?；A沉降測點布置示意圖見圖3所示。

圖3 基礎沉降監測測點布置示意圖（1#點、2#點側為跨中方向）

4 主梁線形監控

整個施工過程中，在保證結構內力安全的前提下，以結構線形控制為主。在每階段的立模施工中，都對結構線形進行了反饋分析，使主梁線形始終在主梁理論計算的理想線形附近作微小波動，故最終成橋線形比較理想，達到了本橋施工監控的目標。

4.1 立模標高測點布置

圖4 立模標高測點位置圖

圖5 立模標高橫橋向測點布置圖

立模標高控制是為了控制橋梁線形，也是實現設計目標線形的重要保證。立模標高測量采取6點控制。立模標高的測量位置見圖4和圖5所示。

4.2 變形測點布置

每個主梁標高監測截面橫斷面采用7點控制，在每個主梁標高監測截面箱梁頂部埋設5個、底部埋設2個鋼筋樁。主梁標高監測斷面測點布置如圖6所示。

圖6 鋼筋頭埋設位置示意圖

埋設要求：鋼筋頭用Φ20以上鋼筋加工而成，一端打磨光滑后用紅油漆作標記，與鋼筋網牢固焊接，并使鋼筋頭露出混凝土表面2cm。鋼筋頭埋設截面距離每一懸澆節段前端為10cm，0＃塊頂板中心也應埋設5個測點。另外須單獨埋設一個標高測量水準點，在主梁施工期間后續節段的標高測量皆從這個水準點引測，并定期對該水準點進行復核，確保該水準點精度。

4.3 掛籃預壓試驗

掛籃預壓試驗的目的有：驗證掛籃的安全性，消除掛籃非彈性變形，獲得掛籃的彈性變形規律，為以后主梁節段施工時提供準確的掛籃變形數據。

本橋掛籃預壓采用底籃前橫梁與底面通過鋼絞線相連，通過在前橫梁上利用千斤頂張拉預應力，將力反作用在底籃前橫梁上，來測試掛籃的承載能力和變形。

掛籃預壓加卸載主要分如下6個工況：①空載；②60%；③80%；④100%；⑤完全卸載后。沉降觀測點共11個，分別為主縱梁上、中、下游點（2、4、6）、底籃前橫梁（1、3、5）、翼緣板（7、8）和前上橫梁（9、10、11），測點布置示意圖見圖7所示。

圖7 掛籃預壓試驗測點布置示意圖

4.4 主橋合龍段線形監控結果

圖8 合龍段位置及合龍段測點布置圖

舉人壩大橋共有4個邊跨合龍段和2個中跨合龍段，合龍段的施工按邊跨合龍→中跨合龍的順序進行。全橋合龍時間從2015年11月13日右幅邊跨合龍起，到2015年12月24日左幅中跨合龍止。合龍段位置及測點布置圖如圖8所示。合龍段的合龍合龍偏差結果（見表1）所示。

表1 合龍口合龍偏差結果表（單位：m）

從表1可以看出，全橋6個合龍段的合龍最大值偏差為1.9cm，小于2.0cm，合龍偏差滿足設計和規范要求。

4.5 全橋合龍后的橋面線形擬合

全橋合龍后對橋面標高進行了通測，高程測點位置如圖9所示。

圖9 橋面高程測點位置示圖

全橋合龍后的實測橋梁頂面高程與控制高程吻合得較好，橋面線形平順。左、右幅橋面調平層最大厚度分別為13.5cm和11.3cm，調平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。左、右幅調平層平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設計厚度8.0cm基本一致。

5 應力監控

5.1 測點布置

圖10 主梁應力傳感器布置示意圖

在主梁根部截面埋設應力傳感器，傳感器根據施工實際工況埋置在主梁根部截面附近，具體位置為1號墩和2號墩0#節段和1#節段連接處。具體應力傳感器的斷面埋設位置如圖10所示，控制截面傳感器布置示意圖見圖11所示。

圖11 控制截面傳感器布置示意圖

5.2 應力監測結果

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）第7.2.8條，預應力混凝土受彎構件，在預應力和構件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土的法向應力應符合以下規定：

壓應力：

拉應力：

1號墩和2號墩左、右幅主梁根部最大壓應力值為 10.04MPa<24.85MPa， 最 大 拉 應 力 為0.78MPa<1.92MPa。實測值和理論計算值較吻合，實測應力數值大小對稱且變化規律基本上與理論計算應力變化規律一致。最大拉、壓應力均在規范允許范圍之內，因此，應力監測結果滿足規范要求。

6 結論

6.1 結果情況

連續剛構施工監控技術在連續剛構橋梁的施工和成橋橋梁質量控制等方面具有重要的作用，已成為大跨徑連續剛構橋梁施工過程中必不可少的工作。主要結果如下：

6.1.1 結構計算結果

通過對舉人壩大橋建立有限元分析模型，進行了施工過程模擬計算、承載能力極限狀態及正常使用極限狀態驗算，結構計算結果如下：

（1）施工階段計算結果表明：舉人壩大橋施工階段主梁變形及應力滿足相關規范的要求。

（2）運營階段計算結果表明：舉人壩大橋運營階段的承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下的正截面抗彎、斜截面抗剪、正截面抗裂、斜截面抗裂、法向正應力及主壓應力等指標均滿足規范要求。

6.1.2 下部結構監控結果

（1）1號墩和2號墩承臺施工過程中水化熱監測結果為：混凝土內外最大溫差為24℃<25℃。承臺施工完成后未發現裂縫。承臺水化熱監控滿足規范要求。

（2）在全橋施工過程中，1號墩和2號墩基礎最大沉降8mm?；A沉降正常。

6.1.3 主梁線形監控結果

（1）全橋箱梁底板實測立模標高與監控理論立模標高最大偏差為2mm，滿足施工監控要求。箱梁整體線形相當平順。

（2）在節段施工過程中，主梁節段混凝土澆筑變形和縱向預應力張拉變形與監控計算預測值吻合較好（澆筑混凝土引起的偏差最大為2.0cm，預應力張拉引起的偏差最大為1.5cm），偏差均在2cm以內，滿足施工監控要求。

（3）全橋左右兩幅共6個合龍口最大合龍偏差為1.9cm<2.0cm，滿足設計要求。

（4）舉人壩大橋左、右幅調平層鋪裝層厚度最大分別為13.5cm和11.3cm，調平層最小厚度分別為5.6cm和5.3cm。平均厚度分別為8.0cm和7.8cm，與設計8.0cm基本一致，橋面擬合線形平順。

6.1.4 主梁應力監控結果

主梁懸臂施工過程中對各墩主梁關鍵截面的應力進行了監控，實測應力與計算值吻合較好。最大壓應力為10.04MPa<24.85MPa，最大拉應力為0.78MPa<1.92MPa，應力監控結果滿足規范要求。

6.2 綜合結論

通過現場監測和監控計算等手段，舉人壩大橋在施工過程中主墩承臺水化熱滿足規范要求、基礎沉降正常、主梁線形和應力正常，處于安全可控狀態。合龍后主梁線形和內力滿足設計和規范要求。整個結構在施工過程中安全并最終達到設計成橋狀態。

[1]向中富.橋梁施工控制技術 [M].北京:人民交通出版社，2001.

[2]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制 [M].北京:人民交通出版社,2000.

[3]方華兵.大跨度預應力混凝土連續剛構橋主橋線形控制參數敏感性分析 [J]，2006.

[4]于忠濤.連續剛構橋施工中標高及應變監控 [D].2003.

[5]JTGD62#2004.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范 [S].北京:人民交通出版社,2004.

探析舉人壩大橋施工監控技術

■周榮江

U445[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-326-4