1、1高墩大跨连续刚构桥的施工监控摘要：结合黄韩侯铁路大浴河特大桥，上部结构形式为 80 m+144 m+80 m 的预应力混凝土连续刚构桥施工监控实践,介绍大跨连续刚构桥监控的必要性、任务和目的，以使桥梁高精度自然合龙,并达到成桥经济合理、美观适用的目的。 关键词：连续刚构；施工监控；标高监测；应力监测 中图分类号：TU71 文献标识码： A 1 连续刚构桥施工监控的必要性 预应力混凝土连续刚构桥是一种结构合理的预应力桥式，它能使材料充分发挥各自的特长，因此，这一特点使其成为中等跨度桥梁中最具竞争能力的桥型之一。但它们的施工却是一项比较困难的任务。按设计指定的施工方法和施工工序进行施工的过程中，
2、由于桥梁结构的空间位置随着施工的进展不断变化，再考虑到施工过程中结构自重、施工荷载以及混凝土材料的收缩、徐变、材质特性的不稳定性和周围环境温度变化等因素的影响，所有这些都使施工过程中桥梁结构各个施工阶段的内力和变形不断发生变化，结果出现结构体系的各类响应值与预期值不一致的情况。国内外已有不少桥梁在建成后主梁的最终外形曲线与设计严重不符合。这样不仅严重影响桥梁的美观和行车舒适，同时也使桥梁的最终内力状态偏离设计值，影响桥梁使用寿命，并且为纠正线形往往会2给施工带来较大的麻烦。 2 工程概况 2.1 主梁上部构造 本桥梁体为单箱单室变高度直腹板箱型截面，中墩墩顶处梁高10.5m，合龙段及边墩现浇段
3、梁高 5.5m，梁底曲线为 1.8 次抛物线；箱顶宽度为 11.5m，箱梁底宽 7.2m；翼缘板单侧悬臂长 2.15m，悬臂端厚25cm，悬臂根部厚 85cm；箱梁腹板厚 50110cm，顶板厚 45cm，顶板设12040cm 的梗肋，底板设 4040cm 的梗肋；箱梁在两个中墩墩顶对应空心墩墩壁各设置两道厚 150cm 横隔墙，横隔墙设置(高)250(宽)150cm 的过人洞，边墩墩顶各设置厚 180cm 横隔墙，横隔墙设置(高)250(宽)150cm 的过人洞；在箱梁腹板上沿桥纵向每隔 4m 左右设置直径 10cm 通风孔，在各主墩墩顶 0 号梁段底板最低处及箱梁纵向底板较易积水处设置直径
4、 16cm 的泄水孔，在箱梁顶面悬臂处沿桥纵向每隔 4m 左右设置直径 12.5cm 的桥面排水管。 2.2 下部构造 本桥主墩 24、25 号墩采用双线圆弧端矩形空心墩，墩身高度均为89m。桥墩纵向宽度为 6.2m，纵向直坡；横桥向在墩顶设置 5.0m 的直线段，直线段以下 84.0m 范围内外轮廓均按照二次抛物线变化,桥墩横向外侧曲线方程为 Y=5.1+5.9X2/842，内侧曲线方程为 Y=2.6+4.4X2/842，墩顶设置 2.0m 实体段和 3.0m 的墩壁厚变化段，墩底设置 5.0m 实体段和9.0m 的墩壁厚变化段。 3 大跨连续刚构桥施工监控的工作内容及方法 3桥梁施工控制的
5、目标就是要根据施工过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预期值的差异并找出其原因，提出修正对策指导施工，确保施工过程的桥梁安全和成桥内力和外形曲线与设计值相一致。 黄韩侯铁路大浴河特大桥（80+144+80）m 连续刚构桥进行施工监测与监控主要有以下几个目标： （1）保证施工过程和成桥后主桥箱梁的应力在设计容许的应力范围之内。 （2）保证成桥后主桥箱梁的线形满足设计线形的要求。 （3）保证各跨的合拢精度（包括平面合拢精度和竖向合拢精度）满足设计合拢精度的要求。 3.1 建立施工控制体系 预应力混凝土连
6、续刚构桥的施工控制与其设计和施工有密切的联系。根据此类特大桥施工的特点，参考国内外施工控制工作的开展情况，我们施工控制体系进行主梁的施工控制。 施工控制体系主要由实时测量体系、现场测试体系和施工控制计算体系组成。 桥梁的施工控制过程实质上是一个信息的采集、处理、反馈的控制过程。实时测量体系和现场测试体系是施工控制信息的采集系统。在信息采集之后，按照控制理论对施工信息进行分析处理，对施工过程中的施工误差进行评价分析，并根据情况提出控制的目标量以及调整、修正4的对策，反馈给施工单位以指导下阶段施工。 3.2 理论计算 黄韩侯铁路大浴河特大桥（80+144+80）m 连续刚构桥施工监控的理论计算主要
7、包括施工过程中的内力（应力）和变形计算。施工过程主要包括支架施工（各个墩顶的 0#块及边跨直线段） 、挂篮施工（悬臂段） 、吊篮施工（中跨合拢段）和结构的体系转换（包括各跨合拢段）等阶段，各个阶段的荷载主要包括临时施工荷载、结构自重、纵向预应力（包括一次张拉预应力和二次张拉预应力，预应力损失单独考虑） 、吊篮重量、混凝土的收缩与徐变、二期恒载和二分之一设计活荷载等。其中临时施工荷载根据相关规范取值，实际施工时根据具体情况进行进一步修改，结构自重、二期恒载和二分之一设计活荷载根据设计文件取值，挂篮及施工荷载总重（包括模板）按实际设计取值计算，吊篮重量按设计设计取值计算，预应力为实际预应力减去预应
8、力的损失值。 3.2.1 计算模型 根据结构的具体情况，本次采用有限元法对黄韩侯铁路大浴河特大桥(80+144+80)m 米连续刚构桥施工监测与监控过程进行计算，单元形式采用平面梁单元，除合拢段每一施工段取为 1 个梁单元外，其余每一施工段（包括 0#块）均划分为 2 个梁单元。各个单元的截面特性根据设计资料的实际尺寸进行计算。施工过程中结构的荷载组合根据每一施工阶段的实际情况进行叠加。 3.2.2 计算程序 根据施工监测监控的具体要求和结构的实际情况，本次采用标准程5序和自编程序相结合的方法进行计算。标准程序为国际大型通用有限元数值模拟软件ANSYS 程序和 MIDAS 程序，主要用来进行加
9、载和结构计算。主要用来进行截面特性计算、预应力损失计算、混凝土收缩徐变计算、内力与变形组合和应力应变计算等。 3.2.3 设计计算与施工控制计算的校核 桥梁施工控制的目的就是使施工与设计尽可能一致。在连续刚构桥设计计算中通常会采用一些假定参数用于计算，比如：梁段块件材料的弹性模量、容重、施工时间等。另外，在设计计算中还有大量的指定计算参数，比如：施工顺序、预应力张拉等。 由于连续刚构桥的设计和施工中存在着两种既不相同又相互联系的计算过程，并且在实际工作中这两类计算可能采用不同的计算模型，由不同的单位来完成，因此，为达到使施工控制指导的施工能与设计结果相一致，首先要校核设计计算与施工控制计算的闭
10、合性。这一校核过程主要是在施工控制计算初期，根据设计图提供的资料，建立施工控制计算模型，采用设计计算的主要参数和设计计算中假定的施工时间进行计算，利用此过程下的施工控制计算结果与设计计算结果相核对，以校核二者是否在计算模型及施工方法模拟间存在实质性差异。只有在二者计算结论基本一致的前提下施工控制的开展才有实际意义，否则要与设计人员一起仔细核对两种计算过程，找出并解决存在的问题。 3.3 施工控制中的现场测试 实时测量测点布置与测试手段 连续刚构桥的施工控制过程实际上是一个信息的采集、处理、反馈6的过程。从施工现场采集的信息除了现场测试的参数以外，大量的是现场的实时测量的数据：物理测量包括时间、
11、温度等；线形测量主梁线形；力学测量主梁应力。 这部分数据的准确采集、及时传递是施工控制工作有效进行的保障。为此应根据施工的具体特点制定出一系列施工控制表格，要求施工测量人员在关键施工环节中进行数据测量，并将结果填写于表格交由施工负责人及监理签字认可后报给施工控制组进行分析。对其中一些明显或可疑数据经提出后进行及时复测。施工控制组采用现场测试参数和实时测量数据进行计算分析，将结果以指令的形式发布于施工控制表格中指导施工单位进行下一步施工。 3.3.1 时间测量 连续刚构桥施工各工序完成时间的数据在施工控制计算中直接影响到对混凝土收缩徐变的计算。在设计计算中这部分数据只能按通常施工水平进行评估。而
12、施工控制计算进行的是实时计算，必须按实际的施工时间参与计算。时间的测量按年、月、日、小时来计量，由此可得到各关键施工工序的周期。 3.3.2 温度测量 连续刚构桥施工过程中环境温度的大小即日照温差直接影响到结构体系的内力分布。并且温度因素使结构体系发生变形还影响到施工中构件的架设精度及主梁标高测量的结果。特别在大跨度连续刚构桥施工中日照温差影响较大，一般要求施工单位的标高测量在清晨日出前进行。在实际施工中，某些工序的标高测量由于工期限制需要立即进行，这部7分的测量数据就必须在施工控制分析中考虑温度的影响导致的修正量。 对环境温度的测量通常是用普通温度计进行测量。对梁的温度测量采用接触式温度计来
13、测定结构表面温度，接触式温度计测试精度为0.1C，主梁内部的温度则通过预埋高灵敏度温度传感器进行测量。 3.3.3 截面内力（应力）监测 对黄韩侯铁路大浴河特大桥(80+144+80)m 连续刚构桥施工过程中各个控制截面的内力进行监测时，采用预埋测试元件的方法进行监测，即绑扎好构造钢筋网后、浇筑混凝土前，在预先选择的点上布设好测试元件，用导线引出，当混凝土浇筑完成后，测试元件与结构形成整体，随着结构的变形一起变形，根据其变形情况，采用专门的测试设备通过测出测试元件的受力情况即可得到结构的内力。在埋设应力测点的同时，还要在选取两个断面布置温度传感器，以此反映主梁的顶、底板温度场的变化情况。 根据
14、黄韩侯铁路大浴河特大桥(80+144+80)m 连续刚构桥具体的结构形式和内力影响线，可以确定出其内力（应力）控制截面分别为 24#墩、25#墩墩顶截面、边跨合拢段截面和 3/4 截面、中跨 1/2 截面、1/4 截面，全桥共设 11 个内力（应力）控制截面，每个控制截面上共布置 4 个振弦式应变计，全桥共布置 44 个振弦式应力计。 3.3.4 空间位置（线形）测量 线型监测包含主梁高程和主梁轴线偏位两部分内容。高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量。如果线型测量控制点设置适当,还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外,应使用经纬仪对主8梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和
15、局部块件标高测量相结合,在主梁块件浇筑及挂篮移动后等施工阶段进行。浅筑梁段前后和预应力张拉前后对梁段块件标高的测量特别能反映出实际施工时主梁的挠度变化,这些数据是进行施工控制分析的最重要因素之一。空间位置（线形）监测的控制点为各个施工块（梁段）前端的左、中、右三点。 3.4 施工监控控制误差分析 在施工过程中，我们将根据现场采集的实测数据，对计算参数进行修正，重新对结构进行计算，以使计算模型与实际结构更趋一致。本桥监控拟采用正装迭代分析，即按实际的施工过程对桥梁结构进行正装计算，若计算的成桥状态与理想状态的差别在允许范围之内则停止，否则，再修正初始状态进行迭代计算。 4 结语 (1)在高墩大跨
16、连续刚构桥施工前，应该制定好详细的控制方案，掌握设计要点，明确了控制的指标、控制的方法，并在施工中加强对监测的工作，严把施工质量关。 (2)桥梁运营期间的应力和挠度监测能进一步检验施工控制效果,能完善和提高设计及施工控制技术水平,同时能预测和预报桥梁运营期间可能出现的病害。 (3)桥梁施工控制是桥梁建设的安全保证,对于监控、监测的重要性应该引起足够的重视,有必要对大跨度桥梁建立全面的监控系统。 参考文献 1周军生,楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋9势 J. 中国公路学报 , 2000,13(1). 2马保林.高墩大跨连续刚构桥.北京:人民交通出版社,2001. 3雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计.北京:人民交通出版社,2000. 4黄建跃,王树林,刘成龙.大跨度连续刚构桥施工主梁变形监测的必要性与方法J.桥梁建设,2003(1):48-51. 5陈素君.高墩大跨连续刚构桥的设计与施工监控 J.公路,2003, (3). 6顾安邦,常英,乐云祥.大跨径预应力连续刚构桥施工控制的理论与方法J.重庆交通学院学报, 1999, 18(4).
