大跨徑空腹式連續梁橋施工監控

黃立鑫

福州市交通建設集團有限公司，福建 福州 350000

空腹式預應力混凝土連續梁橋具有連續梁和斜腿剛架的受力特點，與常規的預應力混凝土連續梁橋相比，計算跨徑縮短，墩頂自重和負彎矩減少，承載效率提高，縱向結構剛度增大，結構撓度減??；且外型簡潔美觀，近年來逐步被應用于公路和城市橋梁的建設中［1］。但空腹區梁段的V 形構造較常規連續梁橋的復雜，屬于高次超靜定，預應力體系復雜，溫差、沉降及收縮徐變引起的附加應力大［2］，大大提升了該橋型結構的懸臂澆筑施工難度［3］。應通過施工監控加強預應力混凝土連續梁橋懸臂澆筑施工的過程控制。國內學者對連續梁橋的施工監控做了大量的研究［4］，提出了的設計參數識別和調整的一些理論［5］和方法。但對大跨徑空腹式預應力混凝土連續梁橋的施工監控研究較少，本文以福州新建的洪山大橋主橋為背景，對施工監控進行分析和探索，為同類橋梁施工監控提供參考。

1 工程概況

洪山大橋主橋跨徑布置為（72+132+72）m，雙向八車道，分兩幅布置，單幅標準段寬23.5m，設計時速60km。上部結構為空腹式預應力混凝土連續梁，下部結構采用矩形實體墩和群樁基礎。主橋縱向分65 個節段，按“現澆0#塊→對稱懸臂澆筑1#～15#節段→現澆邊跨→邊跨合攏→中跨合攏”的順序施工。

2 數值模擬與分析

2.1 數值模型

采用MIDAS/Civil 有限元軟件進行數值模擬分析并建立模型。思路如下：

（1）結構離散。橋墩和主梁均采用梁單元模擬，全橋離散為176 個單元，203 個節點。其中主梁單元100 個，橋墩單元76 個。

（2）構件屬性輸入?；炷梁皖A應力鋼筋的材性均按現場試驗測試值進行輸入；構件截面尺寸按設計圖紙輸入；預應力鋼束按圖紙進行三維空間建模，考慮張拉方式及預應力損失。

（3）荷載輸入。二期恒載按72kN/m 計，汽車荷載采用公路I 級；施工荷載載按700kN 計，支座沉降、收縮徐變、溫度荷載等按規范計取。

（4）邊界條件模擬。按“m 法”測算土的側向剛度并設置土彈簧；承臺簡化為剛體，通過施加節點荷載模擬自重，承臺與主墩、樁基均采用剛性連接；施工階段3#和4#主墩與主梁采用剛性連接，體系轉換階段通過釋放梁端部約束來模擬解除臨時固結，并轉化為鉸接；邊跨現澆段支架采用一般支承模擬。

（5）施工模擬。按施工組織方案設置施工階段，每個節段設置3 個工況：掛籃前移、模板定位；綁扎鋼筋、澆注混凝土；張拉預應力鋼束。

2.2 模型修正

（1）材料本構關系：通過試驗得到主梁、橋墩、承臺、樁基混凝土和預應力筋、普通鋼筋的本構關系，對MIDAS/Civil 自帶的本構關系進行修正。

（2）預應力損失：經過相關參數試驗，發現預應力損失的實測值與設計值較為接近，誤差＜5%，為簡化建模和計算，不進行修正。

（3）施工荷載：設計施工臨時荷載為700kN，施工荷載根據各階段的實際情況進行調整輸入。

（4）T 構固結剛度：通過掛籃預壓試驗獲取T 構的實測剛度，并通過調整MIDAS/Civil 軟件邊界條件轉動剛度的相關系數實現T 構剛度精確模擬

2.3 影響因素控制

（1）通過對橋梁構件實際溫度場的監測并考慮其影響以預測結構變形，并采取相應的調控措施，消除溫差影響。

（2）通過優化測量時間和手段，采用濾波法進行測量數據處理，消除測量誤差影響。

（3）通過施工中嚴格控制模板剛度和混凝土用量等措施，消除節段重量誤差影響。

3 施工監控

3.1 施工監控方法

通常采用預測控制法。結構受力通過嚴格控制張拉力調整修正，主梁線形通過提前測算各節段立模標高調整修正。通過監控使得主梁的關鍵截面內力和梁底標高的誤差最大值在規范允許范圍內，使得成橋結構符合設計意圖。

3.2 施工監控流程

主橋施工控制的流程圖如下：

圖1 施工監控流程圖

3.3 施工監控實施

3.3.1 線形監控

（1）高程測點布置。主梁高程使用精密水準儀測量，高程控制網使用施工控制網，在中墩0 號節段上分別設2 個基準點，每隔3 個施工節段對高程基準點進行復核。為反映各節段施工時梁體的線形變化，在每個懸澆節段布置6 個高程觀測點。

（2）測量要求。施工前的梁體中線和立模標高放樣，誤差應分別≤±10mm 和±3mm；懸澆過程測量混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預應力張拉后、掛籃行走后四個工況的高程；合攏施工時應加強整個混凝土施工及預應力張拉過程的標高監控；二期恒載施工完畢后進行全橋線形監測。測量工作應在清晨6：30（春冬）或5：00（夏秋）前完成。

3.3.2 應力監控

（1）應力測點布置。選用密封絕緣好、量程大、精度高、零漂小、防破損能力較好的北京英巖振弦式應變計。根據空腹式連續梁的結構特點選取15 個關鍵截面，每個截面布置6 個應力測點，共90 個測點。

（2）測量要求。安裝前應檢驗應變計的穩定性和零漂等性能；施工過程測量混凝土澆筑后和預應力張拉后兩個工況的應力，邊跨和中跨合攏并張拉預應力后、結構體系轉換后、全橋預應力張拉后等工況的均應進行應力測試，二期恒載施工后全部關鍵截面應力監測。測量時間與高程測量一致。

3.3.3 溫度監測

（1）溫度測點布置。季節溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對撓度進行觀測，最大程度消除日溫差影響。

（2）測量要求。主梁溫度測點布置同應力測點布置。環境溫度測量采用水銀溫度計和點溫計測試，溫度測試精度±0.1℃。施工過程中測量混凝土澆筑后、預應力張拉后2 個工況的溫度；主梁合龍、二期恒載施工完畢也各進行1 次測試。監測時間與高程測量一致。

3.4 監控結果與分析

3.4.1 最大懸臂階段

施工至15#節段后，實測梁底線形，并與理論計算標高對比。所有節段的高程實測值與理論值的差值均≤2cm；2#墩邊跨合龍段兩端計算高差81mm，實測高差99mm，合龍精度18mm；5#墩邊跨合龍段兩端計算高差36mm，實測高差45mm，合龍精度9mm。

該階段關鍵截面實測應力與計算值對比，差值最大為0.6MPa，≤9%，變化規律一致。

（1）溫度測點布置。季節溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對撓度進行觀測，最大程度消除日溫差影響。

3.4.2 邊跨合攏階段

邊跨合攏后，實測梁底線形與計算設定標高對比。所有節段的高程實測值與理論值的差值均≤2cm；中跨合龍段兩端計算高差2mm，實測高差20mm，合龍精度18mm。

該階段關鍵截面實測應力與計算值對比，差值最大為0.58MPa，≤8%，變化規律一致。

（1）溫度測點布置。季節溫差可采集各施工階段的溫度，分析其對撓度的影響。日溫差可通過早晨太陽出來前對撓度進行觀測，最大程度消除日溫差影響。

3.4.3 中跨合攏階段

中跨合攏后，實測主梁梁底線形，并與計算設定標高對比。所有節段的高程實測值與理論值的差值均≤2cm。合攏成橋后梁面標高實測值與設計值對比基本吻合。大部分測點的標高與設計值的差值在規范值10mm 內，線形整體較為平順。

該階段關鍵截面實測應力與計算值對比，差值＜0.57MPa，相差＜8%，變化規律一致。

4 結論

通過對洪山大橋主橋進行施工監控分析，調整糾偏，取得了良好的施工效果，針對空腹式預應力混凝土連續梁，結論如下：

（1）通過數值建模分析和施工監控調整，懸臂施工可得到較好控制。主橋合攏高差≤12mm，主梁線形整體平順，實測標高與設計標高差值＜10mm，滿足規范要求；應力實測值與設計值誤差＜10%，變化規律符合施工過程的結構體系變化，成橋應力分布符合設計預期。

（2）施工應加強空腹梁段的控制。支架和模板應具備較大的剛度，正確預測其變形量，控制好立模標高和混凝土用量。施工過程要避免掛籃吊桿鏍帽松動、墊塊受損壞等原因造成掛籃變形超標，進而造成主梁線形下撓。

（3）建模時要做好混凝土和預應力的本構關系、混凝土收縮徐變、預應力損失、T 構剛度等參數的修正；并充分考慮溫差、基礎沉降、施工荷載等因素的影響。

（4）施工過程中要嚴格控制立模標高、混凝土澆筑量、預應力張拉力等關鍵參數；要校核掛籃和模板的剛度。施工后要做好主梁養護工作，保持合理溫度和濕度，保證預應力張拉時的混凝土齡期。

（5）立模標高計算按“寧高勿低”的原則，多考慮一定的下撓變形量，多施加少量預應力，抵消混凝土養護齡期不足、混凝土收縮徐變和預應力損失等引起的下撓。