某预应力拱式梁桥的施工监控

丁 然

（霸州市交通运输局公路管理站，河北 霸州065700）

0 引言

对高次超静定桥跨结构（多跨连续梁、连续刚构或斜拉桥），成桥时要达到理想的内力状态和成桥线形，不仅与设计有关，同时还取决于科学合理的施工方法。施工过程中，控制浇筑过程和调整主梁的标高，以达到设计要求的内力状态和线形状态，是在连续梁桥施工中尤其重要的问题[1]。

建设一座大型桥梁是一个复杂且耗时较长的过程。在施工过程中，随着施工的不断进行，结构体系也在不断转变。往往由于设计参数的误差、结构计算分析模型的误差、施工时的误差等多种因素，以及温度变化、湿度变化、时间等的作用，导致桥梁结构实际的内力状态和线形状态与理想设计状态产生偏差。当这些偏差积累到一定程度，如果不能及时识别和调整，当成桥时，将难以保证结构的线形、内力状态，乃至结构安全[2]。

1 工程概况

涪江一桥是合川区一座横跨涪江的预应力拱式梁桥（见图1），沟通着合阳与南屏区。其历史悠久，曾发挥着重要作用。但该桥面相对较窄，桥面宽仅为10m，能通过的车流量和人流量较少。由于荷载标准较低（汽车—13，拖—60级），长期的超载使其梁桥路面变得坑坑洼洼，病害严重，已进行多次加固设计。目前，桥梁采用机动车限重，单向行驶通行，已然成为城市交通的瓶颈地段。因此，城市交通的发展迫切需要进行合川涪江一桥的拆建，来改善南北城的交通瓶颈、排除桥梁结构的安全隐患，使之有利于整体打造两岸城区，提升城市整体形象；有利于实现“商旅活城”的战略目标；有利于增强城区辐射和带动力，带动城镇的繁荣发展。

图1 涪江一桥（预应力拱式梁桥）立面图（单位：cm）

2 主要监控内容

对于采用悬臂浇筑法施工的预应连续梁桥而言，其主要任务是：通过结构参数监测的实测值来进行施工过程中施工阶段的计算。大跨度预应力混凝土连续梁桥施工监控的任务是：控制连续梁桥的施工过程，确保在施工过程中桥梁结构的内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保成桥状态符合设计要求[3]。施工监测服务于施工控制，测试内容也是围绕施工控制进行。为了保证整个施工控制的顺利进行，需要测试如下内容：（1）线型监测；（2）主梁断面应力监测；（3）温度监测；（4）混凝土弹性模量试验。

2.1 线形监测

线形监控的主要目标是对全桥进行线形监控，向施工单位提供预拱度等参数，保证桥梁顺利合龙，使全桥最终线形符合设计要求[4]。

为了监测到测点对应梁底的标高值，预先精确测量出测点钢筋的实际高度，通过水准仪可以测到测点端头的实际标高值，再减去钢筋的实际高度，就可以测量到测点对应梁底的实际标高值。

2.2 应力监测

桥梁施工控制中一个非常重要的监测项目就是应力监测，通过应力监测可以掌握结构的应力状况，及时分析结构应力是否超过规范限制，保证施工安全[5]。因此，在整个施工过程中的每个施工阶段都应该进行应力跟踪监测。

合川区涪江一桥上部结构的一些主要控制截面合理布置应力测点，以方便观察主要控制截面在各个施工阶段的应力分布和应力变化，根据当前施工阶段向前计算至竣工阶段，预测后面施工中可能出现的应力状态，并且预测当进行下一阶段施工时当前已施工的结构构件是否出现应力超过规定范围，以便几时采取措施调整本施工阶段的变量。由于混凝土振捣时电阻应力传感器容易被破坏，即使不破坏，也无法保证电阻应力传感器的绝缘度。此外，贴在混凝土表面的应变片是否可靠也难以保证，易产生漂移，长期监测时也不是很可信。采用钢弦应力计监测主梁主要控制截面的应力，与外界物质不直接相关，是一种密封式保证体系，通过测定钢弦应力计的频率就可以得到混凝土的应力。

2.3 温度监测

在大跨度桥梁的施工和成桥阶段，结构温度变化是一个比较复杂的随机变量，影响因素非常多，如桥梁地理位置、布置方位、自然条件（如当日照辐射强度、周围环境温度、风向风速）等因素，并且彼此有着密切关系。而在结构设计阶段，结构温度的变化很难预测，因此，必须对施工阶段的实际温度实施监测，以保证桥梁最终成桥状态的内力和线形符合设计要求。监测时需要特别注意的是测量整体温度和结构局部温度，必须将两者结合起来[6]。

桥梁结构处于时刻变化的温度场中，由于温度变化常会导致截面标高和应力产生变化，在测量过程中就有了不确定因素，如果要完全解决温度问题难度很大[7]。依据以往施工温度监测的经验，涪江一桥的温度监测工作通过对周围气温的测量，推算出结构温度对结构受力状态的影响，这种方法有较好效果。具体做法是：在进行其他测试任务时，采用气温表测量箱内和箱外的温度，测量精度控制在0.5℃以内。

3 施工监控精度要求

（1）施工监控总目标为控制成桥时梁底曲线与设计值的误差不超过20mm。

（2）箱梁每个节段浇筑完成时，浇筑梁段的允许误差应符合以下要求：①梁段轴线偏差在10mm以内；②悬臂梁段的高程偏差在-5～15mm之间；③两悬臂端合龙前相对高差在15mm以内；④梁段顶面高程差在-10～10mm之间。

（3）完成立模时，模板尺寸和位置偏差应符合以下要求：①梁段长度误差在10mm以内；②梁段纵向中线最大偏差控制在10mm以内；③梁段底模标高与预拱度偏差在3mm 以内；④梁段底模同一端两角高差在2mm以内。

（4）张拉完预应力钢束后，如果梁端测点实测标高和控制小组预测标高的偏差超过了±20mm，那么需要分析误差产生的原因，确定下一施工阶段的调整措施。

（5）当平整度和轴线偏差超过允许值范围时，应及时修正，修正满足要求后方可进行下一阶段的施工。

（6）其他允许偏差要求按《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80—2004）[8]检查控制。

（7）如有其他异常情况影响标高和应力控制，调整方案也应经施工监控领导小组分析研究，提出控制意见。

4 施工阶段实测应力分析

针对主要施工阶段，例如中跨根部、1/4 处及跨中截面实测应力。受拉为正，受压为负。

中跨根部截面上缘应力对比见图2，中跨根部截面下缘应力对比见图3。

从图2、图3 可见，中跨根部截面上缘和下缘的应力实测值与理论值吻合度较好，各施工阶段应力变化规律一致，应力误差在设计允许范围内。

图2 中跨根部截面上缘应力对比图

图3 中跨根部截面下缘应力对比图

1/4 处截面上缘应力对比见图4，1/4 处截面下缘应力对比见图5。从图4、图5 可见，1/4 处截面上缘和下缘的应力实测值与理论值吻合度较好，各施工阶段应力变化规律一致，应力误差在设计允许范围内。跨中截面上缘、下缘应力实测值如表1、表2所示。

图4 1/4处截面上缘应力对比图

图5 1/4处截面下缘应力对比图

表1 跨中截面上缘应力实测值

表2 跨中截面下缘应力实测值

跨中截面上缘应力对比图见图6，成桥线形实测值与理论值见图7。从图6、图7 可见，跨中截面上缘和下缘的应力实测值与理论值吻合度较好，各施工阶段应力变化规律一致，应力误差在设计允许范围内。

图6 跨中截面上缘应力对比图

图7 跨中截面下缘应力对比图

5 成桥线形分析

成桥阶段，除个别测点受混凝土收缩徐变、混凝土龄期及温度等因素的影响产生了较大偏差外，其余大部分测点实测值与理论计算值误差均控制在20mm以内（见图8），满足设计规范要求。

图8 成桥线形实测值与理论值对比图

6 结论

（1）根据预应力拱式梁桥的理论计算分析，确定了施工阶段监控的主要内容，即应力监测、线形监测和温度监测，据此布置了各监测内容的测试截面和截面测点。

（2）通过对各施工阶段的应力监测，结合中跨根部、1/4 处及跨中三个控制截面的理论值进行分析，分析表明主要控制截面的应力实测值和理论计算值的变化趋势吻合度较好，符合施加荷载时的应力分布规律。浇筑新节段时，已浇筑节段上缘压应力减小，而下缘压应力增大，而当张拉纵向预应力钢束时，上缘压应力增大，而下缘压应力减小。

（3）施工监控的实测值和理论计算值存在一定误差，少数测点测值误差偏大，在应力曲线图中表现较大的波动性，这是由于结构容易受混凝土龄期、收缩徐变及温度等外界因素的影响，而在理论计算模型中很难合理考虑以上因素。但从整体上看，主要控制截面的实测应力值与理论应力值的变化规律比较一致。

（4）在整个施工过程中，主梁实测压应力最大值为13.54MPa，出现在中跨合龙段的截面下缘，小于规范限值；而测试截面基本没有出现无拉应力的情况。

（5）通过对成桥后标高的测量，成桥后的预拱度与设计预拱度吻合度较好，与设计值相比，少数测点与设计值误差较大，其余测点均控制在20mm以内。

[1] 姚敏红，马保林，崔平如.大跨径预应力连续刚构桥梁竖向变形施工监控[J].公路工程，2010（4）：132-136.

[2] 骆佐龙，董峰辉.连续梁桥悬臂施工状态可靠度分析[J].公路工程，2013（3）：162-164.

[3] 葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4] 徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[5] 张谢东，石明强，蔡素军，等.刚构连续组合梁桥监测监控技术研究[J].公路工程，2008（4）：140-143，147.

[6] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[7] 邓聚龙.灰理论基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2002.

[8] JTG F80—2004，公路工程质量检验评定标准[S].