施工監控技術在大橋的運用范文

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摘要:

以吉水贛江特大橋的施工控制項目為背景，對大橋施工過程的計算分析、施工監測及參數識別等方面進行研究。從吉水贛江特大橋工程實際出發作出了分析和總結，為今后同類型橋梁的施工監控提供了有意義的參考。

關鍵詞:

多跨預應力連續梁橋;施工監控;撓度監測;應力監測

0前言

吉水贛江特大橋位于江西省撫吉高速，是跨越贛江的又一重要橋梁。施工監控對該橋質量控制及后期營運安全至關重要。該橋面寬度29．5m，橫斷面組成:0．25m(欄桿)+1．5m(人行道)+0．5m(防撞墻)+0．70m(中央分隔帶)+0．5m(防撞墻)+11．65m(行車道)+0．5m(防撞墻)+1．5m(人行道)+0．25m(欄桿)。吉水贛江特大橋總長2019m，吉水贛江特大橋全橋由主橋及引橋組成。上部結構主孔布置為:65m+2×100m+65m連續梁，箱梁采用變截面三向預應力單箱單室連續箱梁結構。下部結構主墩采用壁厚3m的實體墩，基礎為鉆孔灌注樁基礎。橋臺采用肋式橋臺，基礎為鉆孔灌注樁基礎。設計荷載標準:公路－I級。

1計算模型的建立

在進行仿真計算時，按懸臂施工階段(梁段)離散了箱梁單元(1#～12#塊每個施工梁段劃分為一個單元，0#塊劃分為五個單元)，采用了橋梁博士軟件進行仿真計算。從計算結果中可以反應箱梁變形、應力情況，吉水贛江特大橋整個橋梁現離散為193個梁單元，其結構計算簡圖見圖1所示。由于連續梁橋在施工合龍前是靜定結構體系，并且合龍前后在墩頂和梁的接觸位置處始終是固接狀態形成剛臂。因而吉水贛江特大橋在邊界條件的處理上，采用了墩梁固接處以墩頂單元節點為主節點，上部的梁單元節點為從屬節點形成固接狀態。在墩底的邊界處理上，采用固定約束的簡化處理。

2控制測點布置

2．10#塊布置高程測點0#塊是箱梁懸臂法施工的起始部位，吉水贛江特大橋將它的頂面作為測量的基準點(面)，在這布設測點可以控制頂板的設計標高，同時也是各懸澆節段高程測量的基準點。

2．2各懸臂澆筑節段高程觀測點控制成橋線形的基本數據和關鍵來自撓度的測量。吉水贛江特大橋在預應力混凝土連續箱梁懸臂澆筑過程，在每個懸臂澆筑的梁段端點布置了3個高程測點，目的是為了觀測箱梁的豎向撓度變形及扭轉變形情況。測點預留約5～8cm長的鋼筋在頂板上緣，對稱布設在懸臂澆筑梁段端頭20cm的截面。鋼筋頂端作好標記以免破壞，測點布置見下圖2、圖3。

2．3應變測點布置根據吉水贛江特大橋懸臂施工方案及該橋受力特點，將測試重點放在預應力混凝土箱梁的縱向應力上。設置縱向箱梁應力測試截面在懸臂澆筑各T構根部、1/4L、3/4L處。各控制截面分別布置了8個測點，見圖4所示。

3吉水贛江特大橋施工控制過程

在吉水贛江特大橋施工過程中對每一截面都要在立模前后、澆筑混凝土前后、張拉預應力筋前后、移掛籃后進行觀測，觀察各控制點的撓度和箱梁撓曲變形軌跡。從而就確保了懸臂澆筑的精度，為最后合龍和成橋線形提供了有效保障。

4誤差分析及措施

4．1混凝土彈性模量誤差由于混凝土材料、養護、施工實際狀態和混凝土齡期等多方面的原因，實際工程的彈性模量與設計規范規定會有較大的區別。吉水贛江特大橋混凝土彈性模量E的取值采用同齡期混凝土的實際彈性模量來分析來減少該誤差。

4．2溫度影響誤差懸臂施工時雖然這一階段的主體結構為靜定結構。然則由于預應力鋼筋束和混凝土力學機制差異很大。在環境溫度發生變化時，預應力鋼筋束和混凝土的變形量不同且不能各自自由變形。應力重新分布致懸臂段產生溫度應力。為研究溫度場影響效應，在吉水贛江特大橋的施工過程中，我們對長懸臂箱梁標高在溫度變化時影響規律觀測，也進行了箱梁應變24h連續采集，再通過實體結構溫度場力學模擬修正誤差。

4．3鋼弦應變計的安裝誤差為了確保智能鋼弦式數碼應變計安裝可靠和穩定，我們預先采用細扎絲將其捆扎固定在上下緣的縱向鋼筋上，鋼弦式應變計的位置距離箱梁頂底面還約10cm左右。那么測試應變與箱梁頂底面的外緣應變間就有些差異。而且由于安裝的關系智能應變計安裝與橋梁縱向線也不可能完全重合。另外在混凝土澆筑與振動搗實的時候，智能鋼弦式數碼應變計會受到不同方向的非平衡荷載的擠壓，也可能使得應變計的方向偏差。因此我們加強施工管理確保安裝誤差最小。

4．4混凝土應變滯后誤差受力混凝土應變滯后性主要是出現預應力鋼筋束張拉后，由于混凝土材料和施工狀況等，應變傳播速度在梁體各截面隨懸澆臂階段不同而不同。預應力鋼筋束短應變滯后性尚不明顯。預應力鋼筋束長，應變的滯后時間與截面距張拉端的距離相。靠近張拉端的截面基本無滯后，遠端則相反。如果應變測試時機過早，有可能未能捕捉到外力對應發生的應變，應變測值偏小，但應變測試時機太晚則不便施工。吉水贛江特大橋待各截面應變穩定后進行應變測量，通過試驗確定在預應力鋼筋束張拉后約8h測量，這樣就可以最大程度使得這一誤差減小。

4．5混凝土收縮徐變誤差混凝土的收縮和徐變的影響在施工措施中不可能完全消除。那么我們只能在吉水贛江特大橋仿真計算與施工控制中計入混凝土的收縮與徐變的影響，并測量同期試塊來盡量的模擬這一影響。

4．6鋼弦應變計調零誤差智能鋼弦式數碼應變計絕大多數穩定性良好，在同溫度、同工況下測量值有很好的復現性。但初讀數的時機應好好把握，必須減小初讀數產生的誤差。吉水贛江特大橋采用多次初讀，用數理統計的方法確定可靠的初讀數。

4．7預拱度高程測量的誤差高程測量的誤差的產生是多方面的主要有儀器誤差、觀測誤差、外界條件影響及溫度影響等四大方面。在監控實踐中采用了常用減小這些誤差的措施外，還在后期數據處理中采用參數估計的方法甄別篩選及調整分析。主要采用參數估計準則有灰色系統理論法、Kalman濾波法以及最小二乘法。 

5吉水贛江特大橋監控小結

5．1變形監控吉水贛江特大橋全橋共4個合龍段，合龍精度和合龍溫度符合設計要求。下表1為29跨半幅通車前標高測量結果。線形控制基本達到了預期的目標。

5．2應變監控吉水贛江特大橋實測應力值略大于理論值，個別測點實測應力值與理論值偏差稍大，但仍在設計和規范許可范圍內。現將29#墩T構控制截面應力監測結果列于下表2。由表2可見，吉水贛江特大橋實測值于理論值的相關性較好，施工過程應力是受控的。吉水贛江特大橋理論計算采用了平面桿系，而實際結構是空間實體。吉水贛江特大橋箱梁的實測應力測值穩定，數值無異常，現在看來這一計算簡化是合理的。

5．3監控特點

(1)吉水贛江特大橋設計高跨比比較大(1/17)，腹板高度大，自重效應大，需要設置的預拱度大。一般同類型橋梁拱度最大設置為10～20mm，而吉水贛江特大橋比這大了10mm。這樣施工測量及施工張拉控制都不利，因而在建設初期我方建議在大懸臂端將一次張拉措施改為二次對稱張拉，項目部采納了建議，從實際效果來看還是不錯的。

(2)吉水贛江特大橋合龍段原本設計的加勁型鋼設計在澆筑在腹板混凝土中。這樣在合龍段張拉的時候，張拉預應力一部分被型鋼承擔了，就會導致合龍段混凝土預應力不足。為解決這一問題，我方提出方案是在:澆筑前將型鋼置于腹板外與預留的鋼筋頭焊接好，這樣在澆筑時型鋼還是起到了原本的加勁作用，確保了合龍高差的控制。混凝土強度達到100%后進行張拉，待預張拉后(20%張拉力)，持荷盡快將型鋼連接去除，再張拉到100%，這樣就將預加力全部加到合龍段上了。這一方案同樣得到采納，實際效果良好。

6結語

依托了吉水贛江特大橋為工程背景，通過建立吉水贛江特大橋仿真計算模型，對吉水贛江特大橋施工全過程進行了仿真計算，為吉水贛江特大橋的施工監測與控制提供了理論監控數值，在吉水贛江特大橋懸臂澆筑監測與控制中得到了檢驗。同時研究其顯著性參數對吉水贛江特大橋施工過程和成橋狀態受力影響，希望能對其它工程有所借鑒。

參考文獻:

［1］邵容光．關于預應力混凝土連續梁橋中的若干問題［D］．南京:東南大學，2001，(12):20－38.

［2］徐君蘭．大跨徑橋梁施工監控［M］．北京:人民交通出版社，2002:38－43.

［3］范立礎．橋梁工程(上、下冊)［M］．北京:人民交通出版社，1996:23－52.

作者：洪穎 凡漢云 單位：江西省交通科學研究院