摘要：該文介紹以預應力連續(xù)梁橋的懸臂施工過程為背景，介紹了施工監(jiān)控的方法和影響成橋線形及結構內力的主要因素。通過施工監(jiān)測和采取一定的控制措施，大橋懸臂施工順利合龍，很好地達到了規(guī)范及設計要求。

　　關鍵詞：預應力混凝土橋,連續(xù)梁,懸臂施工,施工監(jiān)測,控制

　　1.工程概況

　　漫流東北公路橋，位于魯山縣。軸線與總干渠中心線交點大地坐標為：X=3742662.080，Y=501461.125，樁號為K0+518.540，橋梁斜度為0度。全橋共1聯(lián)，上部結構為(71.5+130+71.5)m預應力混凝土連續(xù)箱梁(見圖1)，全橋長280.5m，下部結構為板式墩，肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎。采用掛籃懸臂灌注法施工。

　　2. 施工監(jiān)控的目的和必要性

　　施工過程中，因設計參數(shù)誤差(如材料特性、徐變系數(shù)等)、施工誤差(如制造誤差、安裝誤差等)、測量誤差及結構分析模型誤差等種種原因，將導致施工過程中橋梁的實際狀態(tài)(線型、內力)與理想目標存在一定的偏差，這種偏離如不及時加以識別和調整，累積到一定程度后將對施工過程中結構的可靠度和安全帶來嚴重影響，并導致成橋后的結構狀態(tài)偏離設計要求。為此，就必須進行施工過程的控制，即根據(jù)設計文件和施工方案，進行施工過程計算，以確定每個懸澆階段的立模標高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對誤差進行分析、預測和調整后續(xù)梁段的立模標高，以確保施工過程中結構的可靠度和安全，確保合龍精度以及成橋后的橋面線型、內力符合設計要求。

　　3.施工監(jiān)控的內容

　　施工控制的內容是校核主要的設計數(shù)據(jù)，提供施工各理想狀態(tài)線形及內力數(shù)據(jù)，對施工階段狀態(tài)控制數(shù)據(jù)實測值與理論值進行比較分析，進行結構設計參數(shù)識別與調整，對成橋狀態(tài)進行預測與反饋控制分析，對結構線形及內力(應力)進行監(jiān)測，防止施工中出現(xiàn)過大位移和應力，確保施工朝預定目標順利進行。

　　在施工監(jiān)控計算及監(jiān)測過程中須進行基礎數(shù)據(jù)的收集，基礎數(shù)據(jù)包括：

　　1)結構幾何尺寸;

　　2)結構構件的自重;

　　3)混凝土材料的彈性模量;

　　4)掛藍自重以及支點反力;

　　5)施工臨時荷載。

　　4. 監(jiān)控計算

　　1 監(jiān)控計算軟件

　　本橋監(jiān)控計算擬采用多套軟件進行，主要利用橋梁博士(Dr.Bridge)做平面計算，分析結構的內力和變形狀況。考慮到本橋自身特點，采用MIDAS/ Civil軟件進行計算作為復核。

　　2 監(jiān)控計算內容

　　(1)成橋狀態(tài)的計算及復核

　　成橋狀態(tài)是施工監(jiān)控計算的目標狀態(tài)。本項內容就是形成成橋狀態(tài)，并對設計計算進行復核。

　　(2)設計參數(shù)識別

　　在本橋施工控制中，設計參數(shù)的識別就是通過量測施工過程中實際結構的行為，分析結構的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識別引起這種偏差的主要設計參數(shù)，經(jīng)過修正設計參數(shù)，來達到控制橋梁結構的實際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差的目的。本橋采用最小二乘法進行參數(shù)調整。

　　(3)施工各階段的架設計算

　　施工架設過程計算與施工同步進行，包括施工前的預測計算及施工后的校核計算。施工前的預測計算包括參數(shù)識別、理論計算和預測控制參數(shù)等內容。施工后的校核計算是本階段施工完畢后，將架設計算結果與施工監(jiān)測結果進行比較.

　　(4)主橋箱梁施工預拱

　　在大跨度預應力混凝土箱梁懸臂澆筑施工中，隨著箱梁的延伸，結構自重將逐步施加于已澆筑的節(jié)段上，使其撓度逐漸增大而變化。撓度控制將影響到合龍精度和成橋線形，故對其必須進行精確的計算和嚴格的控制。通過實測和計算分析，對設計部門給定的預拱值在一定的范圍作適當修正。否則，多跨橋梁將可能出現(xiàn)較明顯的起伏現(xiàn)象。

　　箱梁澆筑時各節(jié)段立模標高由幾部分組成

　　H施=H0-fs+fm+fg (1)

　　H施—主梁梁頂立模標高;

　　H0—主梁梁頂設計標高，即成橋狀態(tài)設計線形;

　　fs—從梁段安裝到成橋狀態(tài)累計位移，向下為負;

　　fm—主梁的活載預拱度，本橋考慮活載最大位移的1/2;

　　fg—掛籃變形產(chǎn)生的撓度。

　　(5)主橋箱梁預拱的預測和調整

　　實際測量值與理論計算值的偏差可通過物理—力學模型予以分析，其手段是通過前期預測和后期調整來實現(xiàn)。預拱控制實際上是對成橋線型的預測，需要通過實際的橋面標高測量結果，不斷反饋比較，用實踐來檢驗理論計算的準確性與調整方案的合理性。

　　5.施工監(jiān)測

　　施工監(jiān)測就是通過在施工現(xiàn)場設立實時測量體系，對施工過程中結構的內力、位移(線形)和溫度進行現(xiàn)場實時跟蹤測量，為施工監(jiān)控工作提供實測數(shù)據(jù)，以保證主梁施工過程中結構的安全及為監(jiān)控計算提供實測結構參數(shù)和校核。

　　本橋的施工監(jiān)測內容主要包括：線型測量(主要包括箱梁線形和橋墩偏位)、結構應力測試、溫度場測量三個方面。

　　5.1主橋線形測試：

　　1.箱梁線形測量

　　為了保證箱梁軸線高程施工精度，應通過現(xiàn)場實測，及時準確地控制和調整施工中發(fā)生的偏差值。選用精密水準儀(誤差≤1mm/km)，高程控制以精密水準高程控制測量標準為控制網(wǎng)。測量控制程序如圖2所示。

　　(1)墩頂坐標測量和基準點的設立

　　利用大橋兩岸導線控制點，用全站儀測出墩頂測點的三維坐標。將墩頂標高值作為箱梁高程的水準基點，每一墩頂布置一個水平基準點和一個軸線基準點(做好明顯的紅色標識，施工單位做好嚴格保護措施)。

　　(2)主梁撓度的觀測

　　a、測點布置：施工單位在每一梁段懸臂端梁頂設立四個標高觀測點和一個箱梁軸線的控制點。0#塊的高程觀測點不但是本塊件箱梁頂板設計標高的控制點，同時也是后續(xù)各懸澆節(jié)段高程觀測的基準點，因此每墩頂箱梁頂面的高程控制點作加密布置，具體見圖3。

　　箱梁每一截面的控制點的位置如圖4所示。控制點N01、N02、N03、N04測點采用φ16鋼筋制作，在垂直方向上與箱梁頂板的上下層鋼筋點焊牢固，并保持垂直，頂部磨圓并露出砼面3cm，采用紅油漆標記，見圖4中的“○”所示的位置。控制點C用鋼板100×100×12mm預埋，鋼板頂面與相應箱梁截面頂面混凝土表面的對應位置平齊，它既是箱梁頂面撓度的控制點，也是箱梁軸線的控制點。控制點須用紅油漆標明編號，并采取相應的保護措施，各控制點橫向間距350cm。

　　b、測量方法：用精密水平水準儀測量測點標高。

　　c、測量頻率：施工單位每一節(jié)段按四種工況(即：掛籃模板安裝后、縱向預應力張拉前、縱向預應力張拉后、掛籃前移后)對主梁撓度進行平行獨立測量，監(jiān)理單位對立模、預應力張拉后的主梁撓度進行復測，監(jiān)控單位以預應力張拉后的狀態(tài)為監(jiān)控狀態(tài)進行測量。

　　d、測量時間：一般在清晨無日照、溫度較為恒定的時間進行測量。

　　(3)箱梁軸線抽測

　　a、測點布置：施工單位在每一梁段懸臂端梁頂中線設立一個軸線觀測點。測點見圖4點C所示的位置。

　　b、測量方法：使用全站儀和鋼尺等，采用測小角法或視準法直接測量其前端偏位。

　　c、測量時間：一般在清晨無日照、溫度較為恒定的時間進行測量。

　　(4) 主梁頂面高程的測量

　　在預應力張拉完畢后，對主梁頂面混凝土進行直接測量。在測量過程中，同一截面測三點，根據(jù)其橫坡取其平均值，這樣可得到主梁頂面的高程值。同時，根據(jù)不同的工況觀察主梁的撓度(反拱)變化值，按給定的立模標高(含預拱度)立模，也可得到主梁頂面的高程值。兩者進行比較后，可檢驗施工質量。

　　2.控制精度

　　按《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F801-2004)，施工控制精度如下：

　　(1)立模標高允許偏差：±5mm

　　(2)局部線形控制要求

　　相鄰節(jié)段相對標高誤差：±10mm。

　　(3)已澆梁段以及成橋后主梁系統(tǒng)控制誤差

　　標高誤差：±L/5000，其中L為跨徑;

　　(4)軸線偏位：±10mm;

　　(5)同跨對稱點高程差≤L/5000mm;

　　(6)合龍段相對高程差≤10mm;

　　(7)斷面尺寸偏差：-10≤h≤5(mm);-30≤w≤30(mm)。

　　3.測量儀器

　　自動安平水準儀：萊卡水準儀，精度≤1mm/km。

　　全站儀：拓普康GTS-601全站儀，精度: ±1" 、±(2mm+2ppm)。

　　5.2主橋箱梁應力控制

　　構的應變—應力測試結果一方面用來評價施工質量，另一方面還可用于橋梁結構施工過程中以及竣工后的跟蹤監(jiān)測，進一步完善橋梁設計理論。因此，在預應力混凝土結構的應變實際測試中，通過系統(tǒng)識別、誤差分析與處理，使測試應力盡可能地接近于實際，從而較準確地掌握結構的真實應力狀態(tài)。

　　1.傳感器選擇

　　基于漫流東北公路橋施工工期長、工作量大(測量頻繁且須多點同時讀數(shù))、在整個監(jiān)測監(jiān)控期間，為了不影響橋梁現(xiàn)場施工進度，鑒于同類橋梁施工監(jiān)控的經(jīng)驗，擬選用內埋式鋼弦應變傳感器

　　2. 傳感器布置方案

　　應力測試斷面的選擇主要考慮以下因素：①結構受力的關鍵截面;②施工流程;③本橋自身特點;④結構的對稱性;⑤兼顧荷載試驗。基于此，箱梁共布置7個應力測試斷面，兩個墩身共布置2個應力測試斷面。

　　斷面布置見圖5，測試截面位置分別為邊跨1/2、中跨在1/2跨及0#塊處(墩頂附近箱梁根部截面)。為補償混凝土內部的無應力應變，在應力斷面附近制作混凝土試塊，將應力元件埋入試塊中作為應力補償。

　　3. 鋼弦應變計埋設

　　為保證埋設的鋼弦應變計有較高的成活率和測量精度，需對埋設的應變計特殊處理和進行多項檢查。在操作中盡可能準確地使鋼弦應變計與縱向應力方向保持一致。為防止混凝土澆筑過程中傳感器的竄位和角度改變，埋設時用扎絲將傳感器較牢捆扎在鋼筋上。

　　4. 主橋箱梁結構應力測量

　　混凝土箱梁結構在懸澆過程中，按下述三個工序循環(huán)推進：①掛籃前移、立模;②混凝土澆筑;③預應力張拉。應力測量考慮到施工中特殊工況和溫度大幅變化等情況，因此，按混凝土澆筑后和預應力張拉后(或預應力張拉掛籃前移后)，分別對箱梁混凝土的應力進行跟蹤監(jiān)測，然后對體系轉換后箱梁結構各工況改變后的應力監(jiān)測，直至箱梁竣工。測量時間選定在每一工況結束后8小時為宜，同時，在每一施工階段，各工況測量時的溫度變化不能太大。

　　5. 測試應力誤差分析

　　混凝土結構的應力是通過應變測量獲得的式中 ——載荷作用下混凝土結構的彈性應力;E——混凝土彈性模量; 彈——載荷作用下混凝土結構的彈性應變。

　　混凝土的應變可分為受力應變和非受力應變，在實測的應變中它們是混雜在一起的。根據(jù)CEB—FIP(1990)標準規(guī)范，在時刻t承受單軸向、不變應力 的混凝土構件,在時刻t測量總應變 可分解為式中 ——加載時初應變; ——時刻t>τ時的徐變應變; ——收縮應變; ——溫度應變; ——系統(tǒng)應變誤差

　　5.3箱梁施工過程溫度場測量

　　結構受力狀態(tài)及線型的變化除與結構外荷載狀態(tài)等因素有關外，還與結構體系的溫度場相關。橋梁結構在橋位處各種環(huán)境因素的影響下，其溫度場的變化主要體現(xiàn)在長期季節(jié)溫差和短期體系溫差兩種形式上。

　　在施工過程中，這兩種形式的溫差均將對墩身和箱梁的內力及線型產(chǎn)生重要影響，因此必須在施工過程中對結構的溫度場進行監(jiān)測。

　　(1)測試斷面與測點布置

　　溫度場測試斷面的選擇及測點布置主要考慮以下因素：①一般認為，橋梁沿長度方向的溫度變化比較小;②結構的對稱性;③結構或構件溫度場的分布特征;④合龍精度控制需要。

　　(2)測量工作內容

　　溫度場的測量工作內容主要包括：①環(huán)境溫度測量;②箱梁溫度場測量;③墩身溫度場測量。

　　(3)測試儀器及元件

　　溫度場測量元件采用JMT-36半導體智能型溫度傳感器結合點溫計進行。

　　JMT-36智能型溫度傳感器主要性能：精度±0.5℃，穩(wěn)定性±0.5℃，測量范圍-40℃～150℃，線性誤差±0.3℃;其測量結果可不受接長導線長度影響。

　　6. 施工控制影響因素分析：

　　1.1截面特征參數(shù)。橋梁施工可能存在截面尺寸誤差，這種誤差將直接導致截面特征參數(shù)(截面面積、截面慣性矩等)的誤差，控制過程中通過結構變形和內力的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對截面特征參數(shù)進行動態(tài)修正并作誤差分析。

　　1.2材料特性參數(shù)。材料特性參數(shù)主要指材料的彈性模量E，對于混凝土材料來說，彈模在施工過程中會有一定的波動，在橋梁施工計算中要按照實測值進行分析。

　　1.3溫度及混凝土收縮徐變。溫度變化對橋梁結構的內力和變形有較大影響，一貫作法是通過定時觀測(如每天早晨日出前進行觀測)來盡量減小溫度影響。混凝土收縮徐變與橋梁結構的形成歷程有著密切的關系，在混凝土橋梁結構中，混凝土收縮、徐變對結構的內力與變形都有明顯的影響。

　　1.4荷載參數(shù)。荷載參數(shù)主要是指結構構件自重力(容重)、施工臨時荷載和預加力。由于施工組織不合理材料堆放引起的施工臨時荷載，也會有較大的誤差。對于結構體系中的有效預加力，由于預應力損失的變化也常常引起不小的誤差。

　　7. 施工監(jiān)控組織體系

　　施工控制工作是一個復雜的巨系統(tǒng)工程，涉及建設、設計、施工、監(jiān)理和監(jiān)控等多個部門和單位，且各個部門和單位在施工控制過程中也發(fā)揮著不同的作用。因此，為確保監(jiān)控過程中各項工作的有序、協(xié)調、有效開展，必須事先建立完善的施工控制組織體系

　　1.組織體系

　　為保障施工控制工作的高效運作，必須明確施工控制實施過程中的各項工作制度和組織制度。為此，在施工控制階段，成立由大橋的建設單位、設計單位、施工單位、監(jiān)理單位和監(jiān)控單位有關人員組成的“施工控制領導小組”，負責施工控制工作過程中的總體協(xié)調工作。

　　8.現(xiàn)場監(jiān)控監(jiān)測實施體系

　　結束語

　　(1)施工過程監(jiān)控對于懸臂澆筑施工安全性具有重要的意義，是保證橋梁建造質量的重要手段;(2)通過施工監(jiān)控，施工工藝參數(shù)更具合理性，各節(jié)段立模標高的確定更加合理，保證了橋梁結構內力和線形符合設計要求;(3)施工監(jiān)控可以掌握實際結構的真實應力狀態(tài)，為橋梁的運營和養(yǎng)護提供基礎資料。

　　參考文獻：

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