中建二局第二建筑工程有限公司 鄭州 450000

1 工程概況

鄭州市隴海路高架快速通道跨南水北調(diào)特大橋工程位于鄭州市隴海路跨南水北調(diào)總干渠處，跨越南水北調(diào)中線工程總干渠及賈魯河，與總干渠斜交角度為19.5°，采用斜交正做，跨徑布置為：

地面連續(xù)梁：（32 m+32 m）西側(cè)引橋+（94 m +160 m +94 m）主橋=412 m；

地面北輔道橋：（22 m +22 m）西側(cè)引橋+（90 m +150 m +90 m）主橋+（22 m +22 m）東側(cè)引橋=418 m；

主線主橋：90 m +150 m +90 m =330 m。

南輔道連續(xù)梁為變高預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，梁高按二次拋物線變化。南輔道主橋橋梁凈寬18.5 m，主橋跨徑組合為94 m+160 m+94 m=348 m，單箱雙室直腹板截面，箱梁底寬12.5 m，中支點平均梁高11 m；跨中及端支點梁，平均梁高3.8 m。全橋設(shè)置3 個2 m合龍段。

2 施工監(jiān)控任務(wù)

2.1 監(jiān)控的難點和重點

本工程4 幅橋均采用掛籃懸臂施工。施工階段與成橋階段存在體系轉(zhuǎn)換，隨著施工階段的推進(jìn)，橋梁結(jié)構(gòu)形式、支承約束條件、荷載作用方式等都在不斷變化，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是逐工況逐階段累計形成的，中間每個施工階段或最終成橋狀態(tài)的結(jié)構(gòu)受力是已經(jīng)完成的各個工況或各個階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的疊加結(jié)果。如何保證關(guān)鍵截面應(yīng)力和沉降控制在允許范圍內(nèi)，確保線形符合設(shè)計要求是監(jiān)控的難點和重點。

圖1 橋梁總體布置示意（單位：m）

圖2 主梁截面

2.2 監(jiān)控任務(wù)

監(jiān)控任務(wù)包括應(yīng)力監(jiān)測、線形監(jiān)控、溫度監(jiān)測、沉降監(jiān)測和整體穩(wěn)定性監(jiān)測。全橋共埋設(shè)了13 個應(yīng)力監(jiān)測截面的65 個振弦式傳感器、84 個截面的336 個高程觀測標(biāo)、2 個溫度場觀測截面的26 個溫度傳感器、2 個墩身的8 個沉降觀測標(biāo)和8 個臨時支墩的8 個整體穩(wěn)定性監(jiān)測傳感器。

3 連續(xù)梁應(yīng)力監(jiān)控

大橋連續(xù)梁采用掛籃懸臂施工。除0#塊和22#塊采用支架現(xiàn)澆外，其余1#～21#塊均采用掛籃對稱懸臂逐段澆筑，懸臂長度達(dá)79 m，21#塊為邊中跨合龍段，采用掛籃施工。主跨、邊跨各設(shè)置2.0 m合龍段，先進(jìn)行邊跨合龍，再進(jìn)行中跨合龍，懸臂階段劃分如圖3所示。

其施工順序：主墩0#塊（支架現(xiàn)澆）→1#～20#塊（3 m×5+3.5 m×4+4 m×11，掛籃懸臂澆筑）→邊跨現(xiàn)澆段及21#塊邊跨合龍段澆筑→解除臨時支座和臨時支墩的約束→21#塊中跨合龍（掛籃就位、配重、澆筑混凝土）→體系轉(zhuǎn)換（張拉合龍段預(yù)應(yīng)力）→橋面系施工。

圖3 懸臂階段劃分示意（半橋）

3.1 測點布置

根據(jù)連續(xù)梁懸臂施工時的受力特點和施工控制的主要目的，綜合整幅橋的施工特點和進(jìn)度安排，將箱梁的墩頂截面、L/4、L/2和合龍段和中墩底部橫截面定為監(jiān)測截面。連續(xù)梁布置13 個監(jiān)測截面，每個監(jiān)測截面布置5 個應(yīng)變測點，共計65 個測點。

3.2 實測應(yīng)力

各觀測截面的應(yīng)力變化如圖4、圖5所示。

圖4 監(jiān)測截面4（懸臂梁根部）實測應(yīng)力

圖5 監(jiān)測截面6（懸臂梁中腹部）實測應(yīng)力

通過全橋應(yīng)力數(shù)據(jù)觀測計算，全橋在施工期間，監(jiān)測截面頂板應(yīng)力最大為-14.9 MPa；底板應(yīng)力最大為-11.8 MPa。預(yù)應(yīng)力張拉對澆筑梁體特別是合龍塊的受力有明顯作用，梁體的受力變化趨勢合理且在許可變化之內(nèi)。

3.3 實測應(yīng)力和計算應(yīng)力的比較

懸臂階段梁體各監(jiān)測截面考慮混凝土收縮、徐變影響的實測應(yīng)力和其對應(yīng)的計算應(yīng)力比較后，以截面4（懸臂梁根部）為例，其對比情況如圖6所示。

通過全橋?qū)崪y應(yīng)力與計算應(yīng)力的比較，可以看出： 橋梁應(yīng)力分析中，按上述方法計算的實測應(yīng)力與計算應(yīng)力吻合較好。

圖6 監(jiān)測截面4（懸臂梁根部）實測應(yīng)力與計算應(yīng)力比較

綜上所述，通過對施工期監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析和比較可以得出以下結(jié)論：

在影響梁體非力學(xué)應(yīng)變的眾多因素中，混凝土收縮、徐變的影響最大，而收縮、徐變比較復(fù)雜，其變異系數(shù)達(dá)到近30%，因此實測值和計算值間有一定偏差；

各監(jiān)測截面應(yīng)力、應(yīng)變隨施工進(jìn)程發(fā)展?fàn)顩r符合預(yù)期設(shè)計狀態(tài)，各階段施工狀況良好，全橋合龍時各截面混凝土應(yīng)力狀態(tài)均在容許應(yīng)力范圍內(nèi)。

4 線形控制

4.1 線形控制方法

立模標(biāo)高由設(shè)計標(biāo)高、預(yù)拱度、施工調(diào)整值等確定，同時由于溫度、收縮、徐變、非線形及施工誤差等因素的影響，實際情況和理論計算會有差別，因此還要對立模標(biāo)高不斷地進(jìn)行修正。

4.2 預(yù)拱度及掛籃變形值設(shè)置

連續(xù)梁預(yù)拱度中跨跨中設(shè)12 cm預(yù)拱度，邊跨跨中設(shè)11 cm預(yù)拱度，支點不設(shè)預(yù)拱度，預(yù)拱度按二次拋物線變化。掛籃預(yù)壓試驗主要是測量掛籃在各級靜力試驗荷載作用下的變形值，以此來推算出各施工段的掛籃變形值。同時通過預(yù)壓試驗，檢驗掛籃的安全性，消除掛籃主桁、吊帶及底籃的非彈性變形。連續(xù)梁掛籃預(yù)壓加載時按計算預(yù)壓荷載總質(zhì)量的50%、100%、120%分3 個階段進(jìn)行預(yù)壓，靜載2 h后進(jìn)行卸載。

掛籃變形值采用預(yù)壓試驗輔以施工經(jīng)驗取值的方法，建議值為1.1 cm，較預(yù)壓實測值偏小。由后續(xù)施工可知，對節(jié)段最重塊（即1#節(jié)段）掛籃變形值取1.1 cm，其他節(jié)段按混凝土方量進(jìn)行線形插值計算所得的掛籃變形值是合理的。

4.3 觀測斷面及測點布置

梁體每個施工節(jié)段上均設(shè)測試斷面，測試斷面布置在距施工塊端部20 cm的位置處，若有沖突依施工具體情況再進(jìn)行調(diào)整。每一個觀測斷面內(nèi)布置3 個觀測點，不僅可以比較測試結(jié)果，相互驗證，而且可以通過兩側(cè)測點的撓度對比，觀測梁體有無出現(xiàn)橫向扭轉(zhuǎn)。

觀測點采用φ16 mm鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固，端部露出混凝土表面約1.5 cm，鋼筋磨平刻十字絲并用紅漆標(biāo)記。

本橋采用3 階段觀測法。第1階段：掛籃移動后，測現(xiàn)澆段；第2階段：混凝土澆筑后，測現(xiàn)澆段；第3階段：張拉預(yù)應(yīng)力之后，測現(xiàn)澆段和已澆段。

對于線形觀測，比較關(guān)鍵的是固定觀測時間，以減少溫度對觀測結(jié)果的影響和施工對觀測工作的干擾。本橋箱梁線形觀測嚴(yán)格控制在利于觀測的時段內(nèi)，如清晨6：00～8：00時間段內(nèi)，同時記錄空氣溫度。

4.4 基于Access軟件的立模標(biāo)高管理系統(tǒng)

為了提高了立模標(biāo)高管理工作效率，確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和安全性。建立基于Access軟件的立模標(biāo)高管理系統(tǒng)，在Access窗口中，制作調(diào)整值輸入/輸出可視化窗口，將每一階段的墩號、節(jié)段、節(jié)點、梁頂立模標(biāo)高、梁高、梁底立模標(biāo)高以施工聯(lián)系單的形式給出。

4.5 懸澆箱梁線形控制的主要措施

1）建立觀測制度，提高測量精度，及時準(zhǔn)確地實施并檢查平面控制測量和高程控制測量。

2）對每節(jié)梁塊施工跟蹤觀測，發(fā)現(xiàn)實測值與設(shè)計或計算值有較大差別時，及時糾偏，并在下節(jié)梁段作適當(dāng)調(diào)整，使結(jié)構(gòu)撓度偏離設(shè)計值之誤差控制在最小范圍，保證了合龍精度。

3）重視施工荷載計算和保持施工荷載穩(wěn)定，重視立模高程的計算和實測、施工氣溫的把握。重視對相關(guān)實測參數(shù)的收集整理、匯總并與計算值對比分析，密切注意施工過程中的線形變化。

4）主墩承臺為連體式，主梁左右幅施工時懸澆塊件無錯開，減小了對連體承臺的影響。掛籃前移、鋼筋綁扎和混凝土澆筑對稱施工，材料設(shè)備對稱堆放在墩頂塊件上，保證施工荷載總量不變。

4.6 合龍后線形

在中跨掛籃沒有拆除前，成橋后線形如圖7所示。

圖7 連續(xù)梁全橋合龍后線形

從圖中可以看出，除中跨受掛籃影響導(dǎo)致高程有些偏低外，其他部位的實測高程和（設(shè)計標(biāo)高+成橋預(yù)拱度）吻合得非常好。

5 溫度效應(yīng)監(jiān)控

溫度是影響梁體產(chǎn)生變形的主要因素之一。溫度變化會引起梁體頂板、底板產(chǎn)生溫度差，使主梁發(fā)生撓曲。同時，日照溫度也會引起墩身兩側(cè)產(chǎn)生溫度差，使墩身產(chǎn)生偏移。由于日照溫度變化的復(fù)雜性，理論分析難以考慮日照溫度的影響，只能通過觀測對立模標(biāo)高加以修正。

溫度觀測分箱梁溫度-撓度關(guān)系曲線觀測和箱梁溫度場觀測。前者觀測方法與高程觀測一致，后者則通過在箱梁斷面中埋設(shè)溫度傳感器得到箱梁隨氣溫變化的溫度場。

本工程4 幅橋中受日照影響最大是主線南橋，其溫度～撓度關(guān)系觀測結(jié)論是：箱梁線形對溫度變化不敏感，可以不考慮溫度變化引起的箱梁撓度變化。

6 整體穩(wěn)定性監(jiān)控和沉降監(jiān)測

為了保證懸臂施工時T構(gòu)兩側(cè)受力均衡，防止梁體發(fā)生傾覆，通過外貼JMZX-212型表面智能數(shù)碼弦式應(yīng)變計，對T構(gòu)兩側(cè)的臨時支墩的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)控。即在中間主墩處選擇4 個臨時支墩進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)控，分布在墩柱4 個角處。

為避免傳感器被破壞，待梁體中腹部節(jié)段澆筑完成后再布置傳感器，并對其進(jìn)行初始讀數(shù)。由監(jiān)測結(jié)果可以看出，東、西兩側(cè)變形基本一致。

綜上所述，T構(gòu)兩側(cè)梁體均衡性良好，不會發(fā)生傾斜現(xiàn)象；兩墩沉降亦比較小，兩側(cè)沉降基本均勻。

7 實施效果

通過線形監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，鄭州市隴海路特大橋連續(xù)箱梁所有合龍段全部順利合龍，成橋狀態(tài)的線形和內(nèi)力均滿足設(shè)計要求，合龍段高程差亦控制在20 mm以內(nèi)，中線偏差均控制在規(guī)范規(guī)定的10 mm以內(nèi)，施工線形控制的效果非常好。經(jīng)工后實測，箱梁應(yīng)力滿足設(shè)計要求，墩柱沉降滿足設(shè)計要求，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均正常。