摘要：該文介紹以預(yù)應(yīng)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(jié)構(gòu)內(nèi)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(dá)到了規(guī)范及設(shè)計要求。

　　關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)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(diǎn)大地坐標(biāo)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(jié)構(gòu)為(71.5+130+71.5)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁(見圖1)，全橋長280.5m，下部結(jié)構(gòu)為板式墩，肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。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(shè)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(jié)構(gòu)分析模型誤差等種種原因，將導(dǎo)致施工過程中橋梁的實際狀態(tài)(線型、內(nèi)力)與理想目標(biāo)存在一定的偏差，這種偏離如不及時加以識別和調(diào)整，累積到一定程度后將對施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全帶來嚴(yán)重影響，并導(dǎo)致成橋后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)偏離設(shè)計要求。為此，就必須進(jìn)行施工過程的控制，即根據(jù)設(shè)計文件和施工方案，進(jìn)行施工過程計算，以確定每個懸澆階段的立模標(biāo)高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對誤差進(jìn)行分析、預(yù)測和調(diào)整后續(xù)梁段的立模標(biāo)高，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全，確保合龍精度以及成橋后的橋面線型、內(nèi)力符合設(shè)計要求。

　　3.施工監(jiān)控的內(nèi)容

　　施工控制的內(nèi)容是校核主要的設(shè)計數(shù)據(jù)，提供施工各理想狀態(tài)線形及內(nèi)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(jìn)行比較分析，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)識別與調(diào)整，對成橋狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測與反饋控制分析，對結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力(應(yīng)力)進(jìn)行監(jiān)測，防止施工中出現(xiàn)過大位移和應(yīng)力，確保施工朝預(yù)定目標(biāo)順利進(jìn)行。

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

　　1)結(jié)構(gòu)幾何尺寸;

　　2)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重;

　　3)混凝土材料的彈性模量;

　　4)掛藍(lán)自重以及支點(diǎn)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(jìn)行，主要利用橋梁博士(Dr.Bridge)做平面計算，分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形狀況。考慮到本橋自身特點(diǎn)，采用MIDAS/ Civil軟件進(jìn)行計算作為復(fù)核。

　　2 監(jiān)控計算內(nèi)容

　　(1)成橋狀態(tài)的計算及復(fù)核

　　成橋狀態(tài)是施工監(jiān)控計算的目標(biāo)狀態(tài)。本項內(nèi)容就是形成成橋狀態(tài)，并對設(shè)計計算進(jìn)行復(fù)核。

　　(2)設(shè)計參數(shù)識別

　　在本橋施工控制中，設(shè)計參數(shù)的識別就是通過量測施工過程中實際結(jié)構(gòu)的行為，分析結(jié)構(gòu)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(shè)計參數(shù)，經(jīng)過修正設(shè)計參數(shù)，來達(dá)到控制橋梁結(jié)構(gòu)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(jìn)行參數(shù)調(diào)整。

　　(3)施工各階段的架設(shè)計算

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

　　(4)主橋箱梁施工預(yù)拱

　　在大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁懸臂澆筑施工中，隨著箱梁的延伸，結(jié)構(gòu)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(jìn)行精確的計算和嚴(yán)格的控制。通過實測和計算分析，對設(shè)計部門給定的預(yù)拱值在一定的范圍作適當(dāng)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(biāo)高由幾部分組成

　　H施=H0-fs+fm+fg (1)

　　H施—主梁梁頂立模標(biāo)高;

　　H0—主梁梁頂設(shè)計標(biāo)高，即成橋狀態(tài)設(shè)計線形;

　　fs—從梁段安裝到成橋狀態(tài)累計位移，向下為負(fù);

　　fm—主梁的活載預(yù)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(yù)拱的預(yù)測和調(diào)整

　　實際測量值與理論計算值的偏差可通過物理—力學(xué)模型予以分析，其手段是通過前期預(yù)測和后期調(diào)整來實現(xiàn)。預(yù)拱控制實際上是對成橋線型的預(yù)測，需要通過實際的橋面標(biāo)高測量結(jié)果，不斷反饋比較，用實踐來檢驗理論計算的準(zhǔn)確性與調(diào)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(shè)立實時測量體系，對施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、位移(線形)和溫度進(jìn)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(jié)構(gòu)的安全及為監(jiān)控計算提供實測結(jié)構(gòu)參數(shù)和校核。

　　本橋的施工監(jiān)測內(nèi)容主要包括：線型測量(主要包括箱梁線形和橋墩偏位)、結(jié)構(gòu)應(yīng)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(yīng)通過現(xiàn)場實測，及時準(zhǔn)確地控制和調(diào)整施工中發(fā)生的偏差值。選用精密水準(zhǔn)儀(誤差≤1mm/km)，高程控制以精密水準(zhǔn)高程控制測量標(biāo)準(zhǔn)為控制網(wǎng)。測量控制程序如圖2所示。

　　(1)墩頂坐標(biāo)測量和基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)立

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

　　(2)主梁撓度的觀測

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

　　箱梁每一截面的控制點(diǎn)的位置如圖4所示。控制點(diǎn)N01、N02、N03、N04測點(diǎn)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(diǎn)焊牢固，并保持垂直，頂部磨圓并露出砼面3cm，采用紅油漆標(biāo)記，見圖4中的“○”所示的位置。控制點(diǎn)C用鋼板100×100×12mm預(yù)埋，鋼板頂面與相應(yīng)箱梁截面頂面混凝土表面的對應(yīng)位置平齊，它既是箱梁頂面撓度的控制點(diǎn)，也是箱梁軸線的控制點(diǎn)。控制點(diǎn)須用紅油漆標(biāo)明編號，并采取相應(yīng)的保護(hù)措施，各控制點(diǎn)橫向間距350cm。

　　b、測量方法：用精密水平水準(zhǔn)儀測量測點(diǎn)標(biāo)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(yù)應(yīng)力張拉前、縱向預(yù)應(yīng)力張拉后、掛籃前移后)對主梁撓度進(jìn)行平行獨(dú)立測量，監(jiān)理單位對立模、預(yù)應(yīng)力張拉后的主梁撓度進(jìn)行復(fù)測，監(jiān)控單位以預(yù)應(yīng)力張拉后的狀態(tài)為監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)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(jìn)行測量。

　　(3)箱梁軸線抽測

　　a、測點(diǎn)布置：施工單位在每一梁段懸臂端梁頂中線設(shè)立一個軸線觀測點(diǎn)。測點(diǎn)見圖4點(diǎn)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(zhǔn)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(jìn)行測量。

　　(4) 主梁頂面高程的測量

　　在預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，對主梁頂面混凝土進(jìn)行直接測量。在測量過程中，同一截面測三點(diǎn)，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(biāo)高(含預(yù)拱度)立模，也可得到主梁頂面的高程值。兩者進(jìn)行比較后，可檢驗施工質(zhì)量。

　　2.控制精度

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

　　(1)立模標(biāo)高允許偏差：±5mm

　　(2)局部線形控制要求

　　相鄰節(jié)段相對標(biāo)高誤差：±10mm。

　　(3)已澆梁段以及成橋后主梁系統(tǒng)控制誤差

　　標(biāo)高誤差：±L/5000，其中L為跨徑;

　　(4)軸線偏位：±10mm;

　　(5)同跨對稱點(diǎn)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(zhǔn)儀：萊卡水準(zhǔn)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(yīng)力控制

　　構(gòu)的應(yīng)變—應(yīng)力測試結(jié)果一方面用來評價施工質(zhì)量，另一方面還可用于橋梁結(jié)構(gòu)施工過程中以及竣工后的跟蹤監(jiān)測，進(jìn)一步完善橋梁設(shè)計理論。因此，在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變實際測試中，通過系統(tǒng)識別、誤差分析與處理，使測試應(yīng)力盡可能地接近于實際，從而較準(zhǔn)確地掌握結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)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(diǎn)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(jìn)度，鑒于同類橋梁施工監(jiān)控的經(jīng)驗，擬選用內(nèi)埋式鋼弦應(yīng)變傳感器

　　2. 傳感器布置方案

　　應(yīng)力測試斷面的選擇主要考慮以下因素：①結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵截面;②施工流程;③本橋自身特點(diǎn);④結(jié)構(gòu)的對稱性;⑤兼顧荷載試驗。基于此，箱梁共布置7個應(yīng)力測試斷面，兩個墩身共布置2個應(yīng)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(bǔ)償混凝土內(nèi)部的無應(yīng)力應(yīng)變，在應(yīng)力斷面附近制作混凝土試塊，將應(yīng)力元件埋入試塊中作為應(yīng)力補(bǔ)償。

　　3. 鋼弦應(yīng)變計埋設(shè)

　　為保證埋設(shè)的鋼弦應(yīng)變計有較高的成活率和測量精度，需對埋設(shè)的應(yīng)變計特殊處理和進(jìn)行多項檢查。在操作中盡可能準(zhǔn)確地使鋼弦應(yīng)變計與縱向應(yīng)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(shè)時用扎絲將傳感器較牢捆扎在鋼筋上。

　　4. 主橋箱梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力測量

　　混凝土箱梁結(jié)構(gòu)在懸澆過程中，按下述三個工序循環(huán)推進(jìn)：①掛籃前移、立模;②混凝土澆筑;③預(yù)應(yīng)力張拉。應(yīng)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(yù)應(yīng)力張拉后(或預(yù)應(yīng)力張拉掛籃前移后)，分別對箱梁混凝土的應(yīng)力進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，然后對體系轉(zhuǎn)換后箱梁結(jié)構(gòu)各工況改變后的應(yīng)力監(jiān)測，直至箱梁竣工。測量時間選定在每一工況結(jié)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(yīng)力誤差分析

　　混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力是通過應(yīng)變測量獲得的式中 ——載荷作用下混凝土結(jié)構(gòu)的彈性應(yīng)力;E——混凝土彈性模量; 彈——載荷作用下混凝土結(jié)構(gòu)的彈性應(yīng)變。

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

　　5.3箱梁施工過程溫度場測量

　　結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及線型的變化除與結(jié)構(gòu)外荷載狀態(tài)等因素有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)體系的溫度場相關(guān)。橋梁結(jié)構(gòu)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(nèi)力及線型產(chǎn)生重要影響，因此必須在施工過程中對結(jié)構(gòu)的溫度場進(jìn)行監(jiān)測。

　　(1)測試斷面與測點(diǎn)布置

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

　　(2)測量工作內(nèi)容

　　溫度場的測量工作內(nèi)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(dǎo)體智能型溫度傳感器結(jié)合點(diǎn)溫計進(jìn)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(jié)果可不受接長導(dǎo)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(dǎo)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(jié)構(gòu)變形和內(nèi)力的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對截面特征參數(shù)進(jìn)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(jìn)行分析。

　　1.3溫度及混凝土收縮徐變。溫度變化對橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(jìn)行觀測)來盡量減小溫度影響。混凝土收縮徐變與橋梁結(jié)構(gòu)的形成歷程有著密切的關(guān)系，在混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，混凝土收縮、徐變對結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(jié)構(gòu)構(gòu)件自重力(容重)、施工臨時荷載和預(yù)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(jié)構(gòu)體系中的有效預(yù)加力，由于預(yù)應(yīng)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(fù)雜的巨系統(tǒng)工程，涉及建設(shè)、設(shè)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(diào)、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(yùn)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(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位和監(jiān)控單位有關(guān)人員組成的“施工控制領(lǐng)導(dǎo)小組”，負(fù)責(zé)施工控制工作過程中的總體協(xié)調(diào)工作。

　　8.現(xiàn)場監(jiān)控監(jiān)測實施體系

　　結(jié)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(zhì)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(biāo)高的確定更加合理，保證了橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和線形符合設(shè)計要求;(3)施工監(jiān)控可以掌握實際結(jié)構(gòu)的真實應(yīng)力狀態(tài)，為橋梁的運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

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