大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控分析

赵 旭

(中交建冀交高速公路投资发展有限公司 石家庄市 050000)

随着我国交通运输事业的不断发展，大跨度连续刚构桥因可跨越河流、峡谷复杂地质而广泛应用。因此，大跨度连续刚构桥的施工控制显得尤为重要，成为了越来越多国内外专家学者研究的课题[1～3]。在桥梁的施工过程中实行施工监控，可以最大限度地保证桥梁施工顺利进行，确保成桥后线性平顺，受力合理[4]。以某高速公路上大跨度预应力混凝土连续刚构桥为研究背景，详细地介绍连续刚构桥的施工监测方案，并对现场各施工阶段进行指导，保证了桥梁的顺利合龙及施工质量，可为后续类似连续刚构桥的施工监控提供参考依据。

1 工程概况

研究的工程实例为黑龙江省绥满高速一座大跨度预应力混凝土连续刚构桥，该桥桥墩采用柱式墩，桥梁基础采用钻孔桩基础。桥梁跨径布置为10×40m+(70+130+70)m+40m。以(70+130+70)m的一段预应力混凝土连续刚构桥为研究对象，结合该桥实际施工情况对其各施工阶段进行监测。桥梁按上下行分离设置，总宽度25m，设计速度80km/h，设计荷载为公路—Ⅰ级。桥梁立面图、主梁截面图如图1、图2所示。

图1 桥梁立面布置图(单位：cm)

图2 主梁截面图(单位：cm)

2 线性监测

连续刚构桥线性监控主要对桥梁的高程进行监测控制，为了避免温度效应对桥梁的线性影响，本桥测量的时间一般选择在早上太阳还没出来之前进行[5]。线性监控不仅要对单独梁段进行线性监测，而且还要对每个节段浇筑后整体线性进行监测，从而保证桥梁线性准确及成功合龙[6]。

2.1 测点布置

0#号块及1#号块梁段作为悬臂施工的关键部位，后续的施工节段都是在此基础上进行的，因此0#号、1#号梁段的标高为后续施工高程测量的基准点[7]。为了更加准确地测量各梁段的高程，确保桥梁成桥后线性符合规范要求。本次线性监测共布设9个监测点位分别位于0#号块及1#号块梁段，具体布点位置如图3所示。

图3 0#、1#号块标高测点布置图

悬臂梁段测点的位置在布设时应避免阻碍施工，且要保证测点能够准确反应桥梁结构的变形。因此本次监测点位分别在梁顶面轴线位置和两侧翼缘板对称位置处布设，共设置3个测点。这种布点方式不仅可以监测到桥梁沿行车方向的变形，而且还可以监测到横向扭转变形[8]。悬臂浇筑节段测点布置图如图4所示。

图4 悬臂浇筑节段标高测点布置图

2.2 线性监测结果分析

因11#墩与12#墩结构对称，本次线性监控选取11#墩桥梁节段进行施工监测分析，各梁段施工合龙后的标高实测值与理论值对比分析结果如表1所示。

表1 11#墩各梁段标高汇总表 m

由表1可知，各监测点位的实测标高均要比设计标高及预计标高偏大。合龙后各梁段监测点位实测标高与设计标高最大差值为0.014m，实测标高与预计标高最大差值为0.008m。此误差在规范允许范围之内，说明该桥合龙效果比较理想。标高的实测值、预计值、设计值基本相差不大，说明本次桥梁施工监控将线性控制得较好，满足规范设计要求，可为后续类似连续刚构桥施工监控提供参考依据。

2.3 实测线性值与设计值偏差分析

桥梁仍处于施工阶段，二期恒载、混凝土收缩徐变等因素在设计时考虑但还未发挥作用，随着桥梁施工过程的不断推进，上述因素将影响桥梁的实测线性，实测标高值将逐渐接近设计标高值[9]。下列施工因素也会对桥梁的实测标高产生影响：

(1)在进行有限元模拟分析时所采用的混凝土容重、弹性模量等参数与实际施工时采用的材料参数不完全相同。

(2)各梁段的重量和挂篮锚固度可能与理论计算值存在误差，使挂篮的实际变形值与理论变形值不同。

(3)在浇筑完的主梁上堆放临时荷载，现场测量存在误差。

(4)模板的刚度降低会产生变形，从而导致立模标高存在偏差。

(5)预应力钢束在进行张拉时，施加的张拉控制应力不够准确，导致标高在测量时存在偏差。

3 应力监测

为了保证桥梁的设计应力与实际应力相符，需要对主梁及桥墩的关键截面设置应力监测点，对各施工阶段进行应力监测。若发现实测应力值与设计应力值存在偏差时可及时进行纠偏，偏差过大时应立即停止施工。本次桥梁应力监测对桥梁悬臂施工各节段均进行了应力监测，从而确保桥梁结构应力达到设计要求[10]。

3.1 测点布置

为了反映桥梁的实际受力情况，应力测点主要布置在主要控制截面上。本次主梁施工监测每个断面设置4个监测点位布置应力监测传感器，主墩施工监控每个断面布置6个监测点位[11]。具体测点布置如图5～图8所示。

图5 主桥应力测点布置图

图6 悬臂端测点布置图

图7 跨中截面测点布置图

图8 主墩应力测点布置图

3.2 应力监测结果分析

3.2.1主梁应力监测结果分析

仅对11#墩附近的主梁断面3的顶板监测点1和底板监测点4的应力实测值与理论值进行了对比分析，两监测点位各施工阶段应力值变化趋势如图9所示。

由图9可知，断面3顶板及底板在整个施工过程中一直保持受压状态，且本次监测的应力实测值大部分均大于理论值。各监测点位的实测值与理论值的变化规律基本一致，随着施工的浇注和预应力的张拉线性呈锯齿形变化。受施工环境、人为、温度、混凝土收缩徐变等因素影响，实测应力和理论应力之间存在一定的误差，最大误差为0.52MPa，在规范允许范围内。在张拉预应力的作用下上缘应力呈增大的趋势，下缘应力呈现递减趋势。随着施工的逐渐进行，顶板应力和底板应力都会逐渐增大。顶板应力均大于底板应力，本桥主梁最大实测压应力为15.34MPa。各监测点位误差值均小于规范允许值，说明该桥主梁具有一定的安全储备，本次桥梁主梁施工监控效果较好。

图9 断面3顶板、底板应力理论值与实测值对比图(施工阶段)

3.2.2主墩应力监测结果分析

11#墩和12#墩构造相同，仅对11#墩最底部附近的B断面的1和4两个测点进行数据分析。得到的应力监测结果如图10所示。

图10 11#墩断面B应力理论值与实测值对比图(施工阶段)

由图10可知，11#墩断面B始终保持受压状态，各监测点位的实测应力值较为接近理论应力值，最大误差为0.23MPa，在规范允许范围之内，符合桥梁监测相关规范。且实测应力值与理论应力值契合度较高，说明本次桥梁主墩施工监控较为成功。

3.3 实测应力值与设计值偏差分析

根据应力监测数据分析可以看出,实测应力与理论应力之间存在一定的误差,引起误差的因素主要包括以下几个方面[12]:

(1)实际施工情况与有限元模拟的情况存在误差,实际施工及人为等因素不确定性会导致实测值与理论值产生偏差。

(2)因混凝土的收缩徐变会使桥梁应力产生重分布的情况，从而导致应力实测值与理论值产生误差。

(3)现场监测仪器存在测量误差，温度效应会引起应力变化。

4 结语

详细介绍了大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工监控的实施过程，主要从线性监控和应力监控两个方面进行研究。主要得出如下结论：

(1)主梁顶部各监测点位的实测标高均要比设计标高及预计标高偏大。合龙后各梁段监测点位实测标高与设计标高最大差值为0.014m，实测标高与预计标高最大差值为0.008m。此误差在规范允许范围之内，说明该桥合龙效果比较理想，验证了本桥线性监控是成功的。

(2)主梁各监测点位的实测应力值与理论值的变化规律基本一致，随着施工的浇注和预应力的张拉线性呈锯齿形变化。受施工环境、人为、温度、混凝土收缩徐变等因素影响，实测应力和理论应力之间存在一定的误差，最大误差为0.52MPa，在规范允许范围内，验证了本桥主梁应力监控是成功的。

(3)主墩各监测点位的实测应力值较为接近理论应力值，最大误差为0.23MPa，在规范允许范围之内，符合桥梁监测相关规范。且实测应力值与理论应力值契合度较高，说明本次桥梁主墩应力监控较为成功。