猴子河特大桥连续刚构施工监控方法

杨正成

（贵州省桥梁工程总公司，贵州 贵阳550001）

1 工程概况

猴子河特大桥是厦蓉高速（贵州境）榕江格龙至都匀段第BT7合同段的一座特大桥，位于三都县都江镇千秋村，桥分左右线桥，左线桥长879m，桥型为3×50m先简支后连续预应力混凝土T梁+115+220+115m悬浇预应力连续刚构+5×50m先简支后连续预应力混凝土T梁+1×25m预应力混凝土箱梁，右线桥长911m，桥型为4×50m先简支后连续预应力混凝土T梁+115+220+115m悬浇预应力连续刚构+5×50m先简支后连续预应力混凝土T梁。左右线主桥均采用三跨预应力混凝土连续刚构，跨径设置为115m+220m+115m，主桥长450m，主桥下部结构为空心薄壁式桥墩、桩柱式桥墩，主桥边跨4#墩高102.86m，主跨5#墩高132m，主跨6#墩高135m，边跨7#墩高65.86m。连续刚构桥采用单箱单室截面，箱梁为三向预应力结构。箱梁顶板宽13m，底板宽7m，外翼板悬臂长3m，箱梁顶板设置成2%的单向横坡。箱梁跨中及边跨支架现浇段梁高5m，墩与箱梁相接的根部断面处梁高为13.5m。图1为猴子河特大桥主桥桥型布置图。

主桥采用悬臂施工法，两对挂蓝对称现浇施工，并且两个“T”构同时施工，箱梁0号段长13m，每个“T”构纵桥向划分为26个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为10×3.0m、8×4m、8×5m，累计悬臂总长102m，如图2所示。1号~26号梁段采用挂蓝悬臂法浇筑施工，全桥共有3个合拢段，分别是两个边跨合龙段和中跨合龙段，合龙段长度均为2m，边跨现浇段长4.5m。

对于这样一座大跨度连续刚构桥，由于采用悬臂施工，施工过程中会发生体系转换，虽然设计会提供各节段主梁的施工预拱度，但由于设计值都是基于规范来确定设计参数，这可能会与施工现场实际的材料存在一定的误差，从而导致设计计算与施工实际有出入，另外，环境温度的变化，以及具体施工机具的差异等都会对桥梁的施工带来影响。

2 施工监控的目标和主要内容

对桥梁施工过程进行监控的主要目标有两个：一是施工过程中结构的安全性，即保证混凝土和钢筋的应力和应变，以及结构的挠度，均在设计控制的范围内；二是控制施工合龙的精度，即保证桥梁的成型尺寸在设计范围之内。

对于猴子河特大连续刚构桥，由于采用悬臂分节段施工，是自架设体系，其施工过程复杂，包括主墩施工、主梁0号块施工、主梁悬臂节段施工、合龙段施工等阶段，主梁各节段施工又包括立模、绑扎钢筋、混凝土浇筑、预应力钢束张拉与灌浆及挂蓝行走等工序。各施工阶段是一个连续、系统的施工体系，前期工作的成果直接影响后期阶段的结果，特别是施工标高偏低的情况是很难在后续阶段予以弥补的。总体而言，施工控制的主要内容有确定控制方法和建立控制系统、施工控制分析、施工监测及信息反馈、实施控制等。具体内容包括如下几个方面。

箱梁高程控制。主桥高程控制是施工监控的重点。高程控制的目的是准确提供每个箱梁节段的立模标高。由于悬臂施工中箱梁挠度受混凝土密度、弹性模量、收缩徐变、日照温差、预应力、结构体系转换、施工荷载和桥墩变位等因素影响，导致箱梁计算挠度有差异。实际立模标高应根据实测结果，分析挠度产生差异的主要因素后调整给出。

箱梁平面线形控制。主桥平面线形控制是监控每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合。由于影响因素相对少，因此，平面线形控制比箱梁高程控制简单，属常规测量监控。

主桥应力监控。主桥应力监控的目的是确保桥梁安全施工。弯矩和剪力是主梁中起控制作用的内力，根据主桥在各施工阶段的受力特征和相应的内力分布，可知主梁各截面的上、下缘正应力和支点附近至四分之一跨段内的主控应力是应力控制的重点。

结构的稳定性控制。要保证各施工中结构的安全，需要对桥梁各施工工况进行稳定性计算，并结合现场应力监测数据进行分析判断，确保桥梁的稳定安全系数能满足要求。

材料参数的测试。反映材料特性的参数，如弹性模量、强度、密度、热膨胀系数等对结构内力以及变形影响很大。因此，在施工过程中对桥梁所用混凝土、钢筋和钢绞线等主要受力材料进行物理和力学参数检测，将检测结果应用于施工监控分析，从而保证监控分析结果符合实际情况。

温度测试。对于大跨度连续刚构桥梁，温度对施工过程中箱梁挠度的影响，以及对合龙后全桥内力的影响都不可忽视。有资料表明，在长悬臂施工阶段，由于温度变化而在悬臂端产生的挠度可超过40mm,这对施工阶段挠度观测结果会产生很大的干拢。

3 施工监控的方法

针对猴子河特大连续刚构桥的具体情况，对其进行施工控制的方法应该是以预测控制为主，辅以后期调整修正。猴子河特大桥连续刚构的施工监控重点应是主梁标高即线形的控制，同时进行应力检测以保证结构安全。具体监控的方法包括：

位移监测和箱梁立模标高的确定。在每个桥墩承台顶和墩顶各设2个观测点，在悬臂浇筑段前端主梁顶面的腹板中心和箱梁截面中心处布置测点。为了便于分析实测结果，将箱梁悬臂施工分为3个阶段：挂蓝前移；浇筑混凝土；张拉预应力。对于挂蓝前移和浇筑混凝土阶段，需要观测现浇段以及相邻几个已浇节段的标高，对于张拉预应力阶段，现浇和已浇段均要观测。另外，在合龙前、合龙后以及二期恒载加载前后，对全桥的标高要进行全面复测，以保证实测线形与理论线形吻合。

控制主梁线形最直接和最有效的方法是根据实测值对理论值进行修正后确定各箱梁节段的立模标高。各种误差引起主梁标高的变化，都可以通过调整立模标高予以修正，从而使主梁合龙后的成桥线形尽可能吻合设计线形。

箱梁立模标高的理论计算公式（成桥目标线形）：

式中，Hin为第n施工阶段第i节点的立模标高，Hi为i节点的设计高程；fiy为i节点的预拱度；fin为i节点从n施工阶段到成桥的累计挠度。

由于材料特性、荷载偏差、温度变化、混凝土收缩徐变以及预应力筋松驰等因素，实际情况与理论计算有一定差异，因此，需要对理论立模标高进行不断修正。箱梁实际立模标高为：

式中，His为第i节点实际立模标高；fg为挂蓝弹性压缩变形；

Δfi为根据挠度观测结果和悬臂变形的趋势而确定的挠度调整值。

以上Hi和fiy通过成桥设计验算确定，fg通过挂蓝试验得到。，fin通过倒退分析法确定。倒退分析法的基本思路是假定T=T0时刻结构内力分别满足前进分析法T0时刻的结果。在此初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分折每一次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响。fin假定的是一个理想的施工状态，施工过程中，桥梁施工的进度并不是完全按照设计的进度完成的，周围的环境和气温也不是一成不变的，合龙的温度也不一定是设计的合龙温度，因此，fin并不能完全满足实际施工的需要，要用Δfi来调整的。Δfi是基于对施工过程相关材料参数、气温、环境等测试，通过计算分析、挠度观测结果和悬臂变形的趋势而确定的挠度调整值。

在实际立模计算中，如果实测值和理论值偏差不大，并且能从数值偏差中找出规律，则立模标高能比较准确地给出；如果偏差较大或无规律，则需要用线性回归理论和灰色理论来分析和预测。

应力监测。施工监控需要结构关键截面的受力情况进行应力监测，适时发出安全预警以采取处置措施来保证结构安全。主梁应力的测试断面分别选在每跨的支点附近1号块截面、L/4、3L/4和跨中截面，根据施工情况可适当增加测试断面。在每个测试断面的顶板、底板和腹板上布置观测点，预埋观测元件。目前，对应力的监测是通过应变计来完成的。应变计分为两种，一种是钢筋应变计，在浇筑混凝土之前预埋；另一种是混凝土表面应变计，拆模后安贴。

同位移监测一样，在每个标准梁段的施工过程中，观测挂蓝移动、浇筑混凝土以及张拉预应力几个工况下各测点的应力值；在合龙前后和二期恒载加载前后，对全桥所有测点作全面复测。

温度测量。温度是影响主梁挠度的因素之一，温度变化可分为两部分，一部分为体系温差，即桥体随环境温度均匀升降，一部分为日照温差，即箱梁上下缘存在的温差。主梁体系温差一般不产生挠曲，但在环境温度骤热骤冷升降变化时，应引起足够的重视。桥墩的温度升缩则表现为墩顶的竖向位移，会引起主梁标高变化，从而影响梁端挠度。日照温差，即箱梁的上下缘温差与桥墩两侧的温差，可引起主梁与墩身挠曲变形，使主梁产生挠度，同时会引起墩身偏移。在实际温度监测中，一般选择早晨太阳未出来前对挠度进行观测，可以有效地消除日照温差的影响。测点布置：全桥（指左、右幅）选择2个温度测试面，每个截面各布置24个温度测点，全桥共48个温度测点。测温度的温度传感器先固定在钢筋上，测试导线引到混凝土表面。

4 施工监控控制分析及成果要求

主梁线形控制与分析。通过对主梁线形观测结果，掌握观测点水平位移与标高误差是否在允许范围内，尤其是各箱梁块件的实测标高与预测标高和设计标高的变化趋势是否相同，实测标高是否在预测标高周围上下波动，对发生较大变动，要查明原因，给予认真分析处理。

应力控制分析。通过对现场应力应变的测量结果，分析每一阶段受力是否苻合连续刚构桥的受力特点，分析连续刚构的受力特别是弯矩和剪力是否符合设计要求，如果与设计内力发生出入，分析其发生原因，合理处理，并对施工过程中未做好或未注意的地方给予及时的纠正。

温度观测监控分析。通过对体系温差及日照温差的观测，将其与桥梁设计成桥状态进行比较，发现其差异，并将施工过程的温度影响因素考虑到施工监控应力应变分析中，对相应施工阶段在应力应变及立模标高等提出的数据提供支撑，确定桥梁在施工中处于正确的监控状态。

总之，通过施工监控，对影响影响连续刚构桥的各因素进行分析并给予正确的处理，保证桥梁安全顺利地施工，保证桥梁成桥满足设计及规范要求。

5 结束语

连续刚构桥悬臂施工监控是一项系统工程，它涉及了结构分析、预测理论、实测方法以及数据处理等多方面的问题。本文针对猴子河特大桥连续刚构桥的具体情况，对其施工监控应包括的内容及适用方法进行了探讨，期望其能对猴子河大桥顺利建成有所帮助。

[1]徐君兰大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社2002.

[2]武芳方，赵雷薄壁高墩预应力混凝土连续刚构控制[J].四川建筑科学研究2006(2).

[3]陈素君高墩大跨度连续刚构桥的设计与施工监控[J].公路2003(3).