文明特大桥高墩大跨连续刚构施工监控技术

文明特大桥高墩大跨连续刚构施工监控技术

黄惠平

中铁五局机械化公司湖南衡阳421002

摘要：本文主要围绕着文明特大桥高墩大跨连续刚构施工展开分析，探讨了文明特大桥高墩大跨连续刚构施工过中的监控要点，提出了监控的主要指标和技术要点，希望可以为今后的类似工程施工监控提供参考。

关键词：文明特大桥，高墩大跨连续刚构，施工监控

一、前言

在文明特大桥高墩大跨连续刚构施工的过程中，如何提升桥梁结构的稳定性，如何保证桥梁结构的线性平衡及受力合理等问题，都是施工队伍需要思考和应对解决的问题，因此，必须要对大桥施工各个环节展开监控。

二、高墩大跨连续刚构施工监控的目的和必要性

1、监控的意义、必要性及内容

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，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给施工带来较大的麻烦。

大跨径连续刚构桥梁施工控制内容主要有：1.箱梁的高程线形；2.箱梁的平面线形；3.薄壁墩及箱梁的截面应力；4.箱梁的温度控制。在一般情况，施工控制的重点在于线形以及应力的控制，因此主要分析这两者的控制方法。

2、监控方案和控制目标

根据自适应控制理论，高墩大跨度连续刚构桥进行施工控制组成有：跟踪测试和测量、数据采集及整理分析、结构分析及反馈

测试主要工作是通过在结构控制截面预埋测试设备读取各施工阶段数据。通过对试验数据、温度以及结构设计参数的采集分析，取得对结构分析有用的变形、应力数据。结构分析与反馈的主要工作是对采集的数据进行精度判断、误差分析，对结构计算参数进行调整，提出下一施工阶段的立模标高和施工指导建议。

三、文明桥施工监控实施控制要点与效果

汝郴高速公路14合同段起点K66+291位于文明乡快乐村，终点K68+200位于文明乡新东村，线路全长1.909km，工程主体为K67+184文明特大桥及少量桥头路基填挖方。主桥采用大跨径的高墩多跨连续刚构，属大规模悬浇结构，结构复杂、施工难度大、安全风险高。左幅桥跨径布置为：(1×25m)T梁+(20×40m)T梁+(66m+6×120m+66m)连续刚构十(2×40m)T梁，桥长l775.38m；右幅桥跨径布置为：(1×25m)T梁+(19×40m)T梁+(66m+6×120m+66m)连续刚构+(2×40m)T梁+(1×25)T梁，桥长1750.88m。合同工期为42个月，工程总造价为3.41亿元。

1、高程及线形监测结果

（1）箱梁的高程线形监控

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，应使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和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。

针对箱梁高程线形的控制，常用的方法有BP网络法、自适应监控法以及卡尔曼滤波法等几种。但相较而言自适应监控法更能易掌握，因此被广泛应用于连续钢构桥梁的高程线形施工控制中，本文所研究的该座大桥其施工控制也选用了自适应监控法。监控过程中，主要的技术点有：计算箱梁的理论标高；测试箱梁的挠度；箱梁的立模标高预测、数据处理、参数识别，现分析如下：

①计算箱梁的理论标高

在进行正式的施工控制之前，首先准备好箱梁预拱度线形、目标线形等线形的设计。并在确定其理论曲线之后，根据预拱度的曲线来决定箱梁的立模标高：

Fi竣工+fi后期徐变+fi½的静载量+Hi设计=Hi立模

其中：Fi竣工指的是连续钢结构的某一个部分立模后，因为后期施施工工艺的影响而导致变形，而这一变形一直存在到桥梁的竣工时；

fi后期徐变指的是在连续钢结构桥梁成桥竣工之后由于混凝土而产生的变形，且可以运用刚结构的计算而获得；

fi½的静载量指的是由于二分之一静载量的作用而导致桥梁的变形；

Hi设计指的是连续钢结构桥梁在i阶段中的设计标高，这一标高主要从设计方案中获得；

Hi立模指的是连续钢结构桥梁在i阶段中的立模标高。

实施标高控制应在实际情况与理论模型相一致的前提下，可运用上述的计算式来确定立模标高，并于阶段施工中确保立模标高放样的准确性，以便顺利完成施工监控的目的。

②测试箱梁的挠度

在该座大桥箱梁挠度的测试中，分4次对箱梁的悬臂浇注环节进行测量，其顺序为：1.挂篮在移动之后；2.节段的混凝土浇筑结束后；3.预应力筋在张拉之前；4.预应力张拉之后。4次测量不但能够对施工的关键环节进行严格的控制，同时更实现了施工监控的全面需求。

③箱梁的立模标高预测、数据处理、参数识别

在大跨径连续刚构桥梁的施工过程中，这3个环节有着互相连接、相互制约的关系。进行施工控制时，要求能够准确及时地处理实测数据，针对可依数据应及时复查、复测；参数识别则是以箱梁挠度4次测量所得的结果作为根据来分析设计参数，在参数修正后运用控制计算式来重新计算桥梁结构的变形值及内力值，从而减少实测值与理论值之间的偏差；而标高的测量以参数识别为基准。

（2）高墩垂直度控制

高墩墩身垂直度关系到主梁各施工阶段主梁线形、内力分布及行车舒适度等。因此，桥墩施工过程中加强墩身垂直度监测，垂直度偏差不得大于允许偏差1/l000，墩身顶、墩身底平面中心位置与设计偏差不得大于1cm。通过在墩低截面埋设应变计，测试同一截面不同位置处应变，上部结构施工中应注意跟踪观测高墩墩底的应力情况来保证工程的施工安全。

2、应力监控结果

（1）大跨径连续刚构桥梁截面应力的施工控制

对文明特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。

在进行施工控制的过程中应注重对桥梁重点截面进行严格的应力控制，以便及时发现安全隐患，并给予争取的处理，从而确保桥梁结构的安全性、可靠性。应力控制主要是通过比较计算值及实测值来实现，在得出两者之间的偏差后对计算模型进行修正，同时重新设置设计参数，以便满足应力控制的需要。针对应力的监测，目前常用的主要方法有检测应变法，即将钢筋式的应力计算以及钢弦式的应力计算来作为应变检测的主要内容。其中值得注意的是钢弦式的应力计算具有受温度变化的影响小、使用方便、性能稳定等的特点，十分适用于长期观测。为了缓解温度变化对检测的影响，尽量将检测工作安排与早上实施，从而降低由于温度变化而造成的误差。

（2）稳定性控制和温度观测

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。

结构失稳是指结构或构件丧失整体稳定性，失稳也称为屈曲。在施工中，通过预测各种不利工况，采取必要的措施，防止结构失稳的过程称为稳定性控制。

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。

对第一类温度观测工作，在箱梁未合拢前的长悬臂状态，结合变形观测进行。观测采用24小时的定时温度观测，并与相应变形观测同步进行。对第二类温度观测工作，在混凝土浇筑后即开始观测，之后持续定时观测。观测时间控制如下：混凝土浇筑后，1次；混凝土浇筑后1到2日，1次/2小时；混凝土浇筑后3到7日，1次/4小时；混凝土浇筑后第2周，1次/1日；混凝土浇筑后第3周，1次/2周。

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测定结构表面温度，接触式温度计测试精度为±0.1°C，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）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。

四、结语

(1)在文明特大桥高墩大跨连续刚构施工之前，必须要进行有效规划，制定合理的施工方案，明确施工过程中的控制指标和方法，在施工过程中进行落实，严控质量。

(2)桥梁的监控要从多方面展开，文明特大桥高墩大跨连续刚构施工监控技术的应用提升了桥梁的施工整体品质，为今后桥梁建成后的监控和维护奠定了基础。

(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。

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