陳夢成 顧章川

（華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，330013，南昌∥第一作者，教授）

多跨連續(xù)梁的施工過程中，由于橋梁結(jié)構(gòu)的自重、施工工法以及材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數(shù)、溫度等因素的隨機(jī)影響，成橋的梁部線形和空間位置不斷發(fā)生變化。此外，某些偏差（如主梁的豎向撓度誤差）具有累積的特性，若對(duì)偏差不加以及時(shí)有效地調(diào)整，隨著梁懸臂長度的增加，主梁的標(biāo)高會(huì)顯著偏離設(shè)計(jì)值。因此，為了使成橋后橋梁的線形符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)線形，保證施工質(zhì)量和橋梁精確合攏，必須對(duì)其施工過程中的變形進(jìn)行控制。

現(xiàn)以滬寧城際鐵路五牧河大橋?yàn)槔?，橋孔布置為?8＋80＋48）m連續(xù)梁橋，全長173.2 m（含兩側(cè)梁端至邊支座中心各0.6 m）。該大橋?yàn)樽兘孛?，橋梁跨五牧河，采用掛籃施工，對(duì)施工質(zhì)量控制要求很嚴(yán)格，施工中軸線偏差的誤差容許值為10 mm，主梁標(biāo)高的容許誤差值為±20 mm。大橋在施工階段的安全以及成橋后的線型，是關(guān)系到滬寧城際鐵路完成后是否能正常運(yùn)營的關(guān)鍵。因此對(duì)大橋進(jìn)行施工階段的監(jiān)控與監(jiān)測是有必要的。

1 施工監(jiān)控方案

施工監(jiān)控的目的是要對(duì)成橋目標(biāo)進(jìn)行有效控制，修正在施工過程中各種影響成橋目標(biāo)的參數(shù)誤差對(duì)成橋目標(biāo)的影響，確保成橋后結(jié)構(gòu)受力和線形滿足設(shè)計(jì)要求。因此，連續(xù)梁橋施工控制的原則為以主梁線形控制為主，應(yīng)力控制為輔。這是因?yàn)樵趹冶凼┕るA段梁段是靜定結(jié)構(gòu)，合攏過程如不施加額外的壓重，成橋后內(nèi)力狀態(tài)一般不會(huì)偏離設(shè)計(jì)值很遠(yuǎn)。確保線形滿足設(shè)計(jì)要求是第一位的。施工中以標(biāo)高控制為主，確保順利合攏；主梁截面內(nèi)力的監(jiān)控放到次要位置，主要是通過對(duì)控制截面內(nèi)力（應(yīng)力）監(jiān)測，保證施工過程中內(nèi)力（應(yīng)力）偏差在允許范圍內(nèi)，保證施工過程的安全。

1.1 線型監(jiān)測

橋梁的實(shí)時(shí)線形測量是施工監(jiān)控、監(jiān)測的重要工作之一。線型監(jiān)測包含對(duì)主梁高程和主梁軸線偏位兩部分內(nèi)容。

高程監(jiān)測是指用精密水準(zhǔn)儀對(duì)主梁各塊件控制點(diǎn)的標(biāo)高進(jìn)行測量。如果線型監(jiān)測控制點(diǎn)設(shè)置適當(dāng)（沿梁端橫向三點(diǎn)布置），還可以測出主梁塊件的扭曲程度。另外，應(yīng)使用經(jīng)緯儀對(duì)主梁軸線進(jìn)行測量。主梁的線型監(jiān)測以線型通測和局部塊件標(biāo)高測量相結(jié)合，在主梁塊件澆筑、及支架移動(dòng)后等施工階段進(jìn)行。

特別是在澆筑梁段前后和預(yù)應(yīng)力張拉前后，對(duì)梁段塊件標(biāo)高的測量能反映出實(shí)際施工時(shí)主梁的撓度變化。這些數(shù)據(jù)是進(jìn)行施工控制分析的最重要因素之一。

1.2 力學(xué)監(jiān)測

力學(xué)監(jiān)測主要是指主梁及橋墩混凝土應(yīng)力。力學(xué)監(jiān)測需要在主梁的控制斷面處，埋設(shè)應(yīng)力測試元件，以測定各施工階段主梁的混凝土應(yīng)力。可采用混凝土應(yīng)變計(jì)或鋼筋計(jì)等元件來測定主梁的應(yīng)力狀況。把應(yīng)力監(jiān)測的結(jié)果與施工監(jiān)控、監(jiān)測中其它監(jiān)測結(jié)果相結(jié)合，能更全面地判斷全橋的內(nèi)力狀態(tài)，形成一個(gè)較好的預(yù)警機(jī)制，從而更安全可靠地保障橋梁施工。

2 施工監(jiān)控方案的實(shí)施

2.1 主橋撓度變形監(jiān)測

2.1.1 立模標(biāo)高的設(shè)定

主梁在懸臂澆筑過程中，梁段立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主梁的線型是否平順，是否符合設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問題，如果在確定立模標(biāo)高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確的控制，則最終橋面線型較好。否則，最終橋面線型會(huì)與設(shè)計(jì)線型有較大的偏差。

立模標(biāo)高并不等于設(shè)計(jì)中橋梁建成后的標(biāo)高，總要設(shè)置一定的預(yù)拱度，以抵消施工中產(chǎn)生的各種變形（撓度）。其計(jì)算公式如下：

式中：

H立模標(biāo)高——施工j梁段時(shí)i梁段的立模標(biāo)高（梁段最前端某確定位置）；

H設(shè)計(jì)標(biāo)高——i梁段設(shè)計(jì)標(biāo)高；

f預(yù)拱度——模擬施工過程的恒載（包括結(jié)構(gòu)自重、預(yù)加力、混凝土收縮徐變影響、二期恒載及施工臨時(shí)荷載等）引起的撓度與0.5靜活載引起的撓度反向；

f掛籃變形——施工i梁段掛籃的變形值（修正值是為了保證橋梁的實(shí)際標(biāo)高在設(shè)計(jì)標(biāo)高的上下波動(dòng)，避免出現(xiàn)始終低于或者高于設(shè)計(jì)標(biāo)高的值，常常在1號(hào)塊的時(shí)候取0.002，然后隨著塊數(shù)的增加而增加，在跨中合攏時(shí)達(dá)到最大值）。

2.1.2 測點(diǎn)布置

撓度測量數(shù)據(jù)是控制成橋線形最主要的依據(jù)。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋箱梁懸臂施工中，通過在每個(gè)懸澆梁段上布置3個(gè)對(duì)稱的高程觀測點(diǎn)，可以同時(shí)觀測箱梁的豎向撓度及扭轉(zhuǎn)變形情況。觀測點(diǎn)為預(yù)留露出混凝土（約5cm）的鋼筋頭，頂板鋼筋頭布置在中心和翼緣邊緣（見圖1）。在0#塊箱梁頂板處設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)，測試節(jié)段如圖2所示。

圖1 測點(diǎn)布置

圖2 （48＋80＋48）m連續(xù)梁高程測點(diǎn)縱向布置圖

2.1.3 測試方法

為了減小溫度的影響，撓度的觀測安排在清晨進(jìn)行。測量工況包括立模、澆筑混凝土后、張拉預(yù)應(yīng)力筋前后、移掛籃后。通過這些撓度觀測資料對(duì)施工進(jìn)行有效控制。對(duì)每一工況，用精密水準(zhǔn)儀測定測點(diǎn)標(biāo)高；立模時(shí)，測定底模板最前端高程，并在必要時(shí)作出調(diào)整（達(dá)到立模標(biāo)高允許誤差范圍）。

2.2 控制界面混凝土應(yīng)變觀測

在施工箱梁的過程中在0號(hào)塊、5號(hào)塊（四分之一截面）以及主跨跨中（合龍段）埋應(yīng)變計(jì)，溫度是影響主梁撓度的主要因素之一。埋設(shè)截面與混凝土應(yīng)變計(jì)埋設(shè)截面相同，如圖3。

圖3 混凝土應(yīng)變和溫度測點(diǎn)布置示意圖

2.3 應(yīng)力的計(jì)算

（1）混凝土彈性模量的計(jì)算公式如下：

式中：

Ec——某階段混凝土彈性模量；

fcu——混凝土立方體抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度。

（2）溫度修正應(yīng)變計(jì)算公式如下：

式中：

ε——測量的應(yīng)變值；

T——測量溫度，℃；

T0——初讀數(shù)時(shí)溫度，℃；

F——一般情況下鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)；

F0——鋼弦的線膨脹系數(shù)。

（3）應(yīng)力的計(jì)算公式如下：

式中：

ε修——溫度修正應(yīng)變；

ε初——澆混凝土前的初始應(yīng)變；

Ec——混凝土的彈性模量。

下面以94號(hào)墩C截面為例，每個(gè)階段的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 （48＋80＋48）m連續(xù)梁橋94#墩C截面各測點(diǎn)混凝土應(yīng)力對(duì)比表 MPa

從該橋控制截面應(yīng)力測試結(jié)果看，在支架澆注施工階段，箱梁截面上下緣應(yīng)力基本上處于全截面受壓狀態(tài)，各工況下理論設(shè)計(jì)值和實(shí)測值變化趨勢基本吻合，都在設(shè)計(jì)規(guī)范允許范圍之內(nèi)，施工誤差較小。施工各階段應(yīng)力增量的數(shù)據(jù)和變化規(guī)律基本相符，實(shí)測值在控制范圍內(nèi)。施工中頂板和底板應(yīng)力的演變過程均比較正常，沒有出現(xiàn)產(chǎn)生危險(xiǎn)狀態(tài)的應(yīng)力異常現(xiàn)象。

3 實(shí)測撓度分析

3.1 實(shí)測撓度分析

分析滬寧城際鐵路工程連續(xù)梁橋施工階段的實(shí)測撓度資料，可以發(fā)現(xiàn)其撓度變化具有很強(qiáng)的規(guī)律性，這些規(guī)律可以概括為以下幾點(diǎn)：

（1）撓度變化規(guī)律。澆筑混凝土之后，懸臂梁呈下?lián)献冃危粡埨A(yù)應(yīng)力后，懸臂梁呈上撓變形；掛籃前移后，懸臂梁呈下?lián)献冃?。上述各工況中撓度變形均隨著懸臂長度的增加而增大。

（2）對(duì)稱性。各種工況下，所監(jiān)測的連續(xù)梁橋橋墩兩側(cè)的懸臂端的撓度變化基本對(duì)稱。

（3）無橫向扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。各工況下，同一梁段上的3個(gè)撓度監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測撓度變化幾乎相等，說明在各工況下，箱梁沒有出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

（4）實(shí)測撓度與設(shè)計(jì)計(jì)算撓度比較。所監(jiān)測連續(xù)梁橋各節(jié)段在混凝土澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉及掛籃移動(dòng)三階段撓度值觀測值與理論值吻合較好，除個(gè)別點(diǎn)因頂板混凝土面不平造成差值較大外，其余點(diǎn)差值均介于10～15mm之間。

3.2 實(shí)測應(yīng)變分析

（1）從混凝土澆筑到混凝土初凝這個(gè)過程中，由于溫度、收縮徐變等因素的影響，混凝土內(nèi)測點(diǎn)的應(yīng)變均無規(guī)律；

（2）在施工過程中，由于剪力滯效應(yīng)的影響，腹板與頂?shù)装逑嘟惶帨y點(diǎn)的應(yīng)變變化較大，頂板中心線處測點(diǎn)應(yīng)變次之，翼緣處測點(diǎn)應(yīng)變變化最??；

（3）澆注混凝土使已有梁段頂面受拉，底面受壓，邊跨合攏前張拉預(yù)應(yīng)力使已有梁段頂面受壓，底面受拉，澆注和張拉預(yù)應(yīng)力筋共同作用下箱梁全截面受壓。

總之，梁底線形平順，標(biāo)高合理，符合設(shè)計(jì)要求；主梁結(jié)構(gòu)受力狀況良好，符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，主梁結(jié)構(gòu)安全可靠。

4 結(jié)語

（1）橋梁施工中的主梁應(yīng)力觀測是一項(xiàng)長期、煩瑣的現(xiàn)場監(jiān)測工作，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對(duì)整座橋的線形和應(yīng)力的控制至關(guān)重要。

（2）在掛籃變形的觀測過程中，通過模板觀測由于澆注混凝土產(chǎn)生的掛籃變形，而通過鋼筋頭來觀測由于張拉產(chǎn)生的高程變化，達(dá)到了較為精確的測量結(jié)果。

（3）計(jì)算應(yīng)力時(shí)，必須考慮溫度的影響，溫度修正應(yīng)變的計(jì)算必不可少。

（4）施工監(jiān)控理論分析表明，滬寧城際鐵路工程連續(xù)梁橋體預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，混凝土的收縮徐變將會(huì)引起主跨標(biāo)高向下回落，向設(shè)計(jì)標(biāo)高靠攏。因此，建議在滬寧城際鐵路工程連續(xù)梁橋的營運(yùn)階段，加強(qiáng)對(duì)大橋的長期監(jiān)測，密切關(guān)注連續(xù)混凝土梁橋的各項(xiàng)參數(shù)變化，定期檢測，確保滬寧城際鐵路工程連續(xù)梁橋在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，始終處于良好的工作狀態(tài)。

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