某连续刚构桥施工监控实例分析

(重庆文理学院 重庆 402160)

一、工程实际概述

某大桥施工监控项目范围为北岸水中区引桥上部结构和北副航道桥上部结构，起止里程为K43+975～K48+975，全长5000m。孔跨布置为：7×(5×70)m+(70+2×120+70)m+5×(5×70)m+(6×70)m。

北岸水中区引桥上部结构为70m等跨径预应力混凝土连续刚构箱梁，均采用单箱双室斜腹板箱梁形式。施工时，采用短线法预制进行梁段分节段预制场地预制，架桥机进行现场拼装的方法施工。下部结构采用大直径单桩独柱结构形式。

北副航道桥(70+120+120+70)m连续刚构采用挂篮悬浇方法施工，上部结构为一联单箱双室斜腹板预应力混凝土连续刚构箱梁，下部结构为群桩承台基础加薄壁墩。

二、北岸水中区引桥

(一)桥梁结构概述。北岸水中区引桥B13#～B18#、B18#～B23#、B23#～B28#、B28#～B33#、B33#～B38#、B38#～B43#、B43#～B48#、B52#～B57#、B57#～B62#、B62#～B67#、B67#～B72#、B72#～B77#、B77#～B82#～Z1#墩之间70m跨预应力混凝土连续刚构共有十三联，合计66孔；下部结构采用大直径单桩独柱结构形式。北岸水中区引桥5×70m跨立面布置如图1所示，北岸水中区引桥6×70m跨立面布置如图2所示。

箱梁采用单箱双室斜腹板箱梁形式；梁高为4.0 m，箱梁顶板宽19.8m，底板宽10.9m，翼缘悬臂长为3.2m，顶板厚为28cm，从墩顶至跨中，节段底板厚依次为50cm、43cm、37cm、31cm、27cm，两侧腹板厚依次为70cm、63cm、57cm、51cm、45cm，在墩顶设3.6m厚中横梁，梁端设端横梁，其他位置均不设横隔梁，箱梁顶面设有2%横坡，采用箱梁腹板高度变化形成，箱梁底板下缘横向保持水平。预制箱梁节段及现浇横隔墙材料采用C55混凝土，现浇湿接缝采用C55早强微胀混凝土。箱梁标准截面如图3所示。

图1 北岸水中区引桥5×70m跨立面布置图

图2 北岸水中区引桥6×70m跨立面布置图

图3 北岸水中区引桥箱梁标准截面图

(二)施工监控的重点。短线法施工控制的核心是对施工全过程中的误差进行预测、分析和消除，对每个施工阶段的结构几何构型和内力状态进行预测和控制，从而保证结构在成桥后达到设计要求的几何构型和内力状态。在短线法施工过程中，各种误差的积累效应显著，前期一个小的误差可能对后期的结构产生不可忽视的影响。因此，其施工控制应在结构的制造和安装之前开始。

施工过程中，因设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如制造误差、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等种种原因，将导致施工过程中桥梁的实际状态(线形、内力)与理想目标存在一定的偏差，这种偏差累积到一定程度如不及时加以识别和调整，成桥后的结构安全状态将难以保证。而且，已施工梁段上一旦出现线形误差时，限于调整手段有限，误差将永远存在，甚至会导致成桥状态偏离设计理想状态。各阶段的重点如下：

1.结构计算。在预制阶段，根据设计图纸及施工组织设计方案，利用桥梁结构专用软件进行结构施工阶段计算及运营期活载计算，得到预制线形。

在节段预制施工过程，采用短线匹配法几何线形控制软件，以预制线形为目标，根据现场预制情况，提供监控指令，指导节段预制施工。

在悬臂拼装阶段，以设计成桥线形为控制目标，根据节段预制和现场拼装的实际具体情况，采用有限元软件Midas/Civil的施工节段计算结果指导悬臂拼装施工。

2.节段预制。通过匹配节段的坐标调整实现预期的预制线形，并且通过误差分析将梁段线形制造误差通过后续的坐标匹配予以修正；其中误差的识别和调整方法是重点内容。该阶段线形控制的好坏将直接关系到架设拼装阶段的线形。

(1)预埋控制点坐标采集。误差大小通过预制梁段梁顶的预埋点匹配坐标实测值与理论值的差值来计算。因此，预埋点坐标的采集精度将会直接影响匹配误差的计算和调整。

(2)匹配节段的姿态调整精度。通过匹配节段的坐标控制，调整匹配节段相对于待浇筑节段的姿态，从而实现误差调整消除和设计线形的实现。因此，匹配节段的姿态调整精度必须要满足要求，可以通过待浇筑节段顶板和底板的翼缘和中轴线的各三个纵向长度数据的测量来简便而又准确的校核。

(3)已预制节段的误差趋势和大小。每个节段预制完成后，测量顶板和底板的翼缘和中轴线的各三个纵向长度，不断累积、与理论值进行比较，从而可以把握已预制节段的梁段匹配长度上的误差。接下来，对下一箱梁节段或者相邻的几个箱梁节段进行调整，直至回到理论状态。

3.架设安装。将预制阶段控制点实际采集坐标换算为架设阶段整体工程坐标系坐标，根据该坐标进行控制，若与目标线形有差别，则需要采取相应的调整措施予以及时纠正。由于此时调整范围有限，因此对前述节段预制精度提出了高要求。若测量结果超出几何控制数据允许的误差范围，则须对后续梁段的拼装进行调整。

就本桥来讲，根据施工组织方案，主要调整的方法为:通过对上部结构变形特征的评估与计算，在梁段间的某些部位设直径20cm、厚度1mm至3mm的楔形垫片调整；楔形垫片的材质采用环氧树脂垫片，这些环氧树脂垫片也可层层相叠以形成更厚的楔形垫片

三、北岸副航道桥

(一)桥梁结构概述。北副航道桥上部结构为(70+2×120+70)m 跨径布置的变截面预应力混凝土刚构，箱梁由主墩墩顶处6.8m 梁高过渡到跨中或梁端附近4.0m 梁高，底缘采用折线型变化。

箱梁采用单箱双室斜腹板截面型式，分左右两幅布置，两箱中心距为21.50m。每幅箱梁顶宽为19.80m，翼缘悬臂长为3.20m。顶板设2%的横坡，厚度为28cm，底板厚为27cm。在墩顶设3.2m 厚中横梁和梁端设1.65m 厚端横梁，其余部位均不设横隔梁。

桥面铺装采用10cm 厚沥青混凝土构成(4cmSMA-13、6cmSMA-20)。

图4为北副航道桥立面布置图。

图4 北岸副航道桥立面布置图

(二)施工监控的重点

1.混凝土弹性模量。混凝土弹性模量是结构计算中的一个非常重要的参数，实际的弹模与假定值总是存在一定的差距，需要通过试验得出实际的混凝土弹性模量。由施工单位材料试验室负责落实。混凝土弹性模量变化对桥梁线形和内力的影响分析由监控单位结合实测进行计算分析。

2.混凝土容重。混凝土容重大小与混凝土配比、所用石料密度等有关，实际容重与计算取值有一定差异。在主梁施工前几个节段，要求按规范制作试块，测定实际混凝土容重。容重大小由施工单位材料试验室负责落实。

3.截面特性参数。任何施工都可能存在截面尺寸误差，验收规范中也允许出现不超过限值的误差，但这种误差将直接导致截面特性误差，从而直接影响结构内力及变形的分析结果。因此在施工过程中，从立模开始至混凝土浇注成形后，都应进行截面特性参数的控制，一方面及时纠正施工偏差，另一方面及时发现成形后的截面特性偏差，在计算分析中予以适当考虑。截面特性参数由施工单位负责组织，由现场质检员进行监测。

4.挂篮弹性变形。预拱度的设置应考虑挂篮弹性变形的影响，挂篮弹性变形通过挂篮加载试验获取。

5.混凝土材料的收缩徐变参数。由于混凝土材料的收缩徐变，会导致施工过程中及成桥后梁体线型及内力发生较大变化，因此在施工前及施工过程中的监控计算必须了解混凝土材料的收缩徐变特性。

6.预应力相关参数。预加应力是预应力混凝土结构内力及变形控制考虑的重要结构参数，预加应力的大小受很多因素的影响，需根据现场实际进行测定。

7.温度场测量。施工过程中的温度场测量包括大气环境温度场测量、主梁梁体温度场测量、承台温度场测量及温度对线型、内力的影响测量分析。

8.施工线形控制测量。施工过程中的线形测量包括桥梁施工控制测量网定期复核测量、主墩墩顶沉降测量、各节段施工立模标高测量、施工荷载对线形影响测量、温度对线形影响测量等。

9.施工应力测量。在施工控制截面布置应力测点，以监控施工过程中应力变化及分布情况并与理论计算值对比，在计入误差及变量调整后分析以后每阶段及竣工后结构的实际工作状态。

四、测量内容与测量方法

(一)线形测量。大型桥梁在施工过程中受自身结构体系和外界环境(包括温度、日照等因素)不断变化的影响，结构的线形和内力状态也在不断变化，而线形的变化是最直观，测量精度高。施工过程中线形情况最直接反映结构的安全状况，而且施工过程的线形决定能否最终达到成桥设计线形，因此有必要对线形进行监测。

70m梁段预制施工阶段：在预制梁段混凝土养生完成，抽取30%的梁段进行预制成果的数据采集复查；每节段数据进行理论计算复核。

70m梁段悬拼施工阶段：在悬臂拼装的梁段预应力张拉完成，抽取30%的梁段进行拼装成果的线形测试复查；每节段数据进行理论计算复核，当发生与理论控制目标存在误差较大时，立即采取措施查明原因。

120m梁段悬浇施工阶段：在悬臂浇筑的梁段预应力张拉完成，抽取30%的梁段进行浇筑成果的线形测试复查；每节段数据进行理论计算复核，当发生与理论控制目标差异超出误差许可范围时，立即查明原因。

(二)应力监测。由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力与设计计算预期的结果存在一定差异。因此有必要在施工阶段对梁体控制截面进行施工应力监控测试，为设计、施工控制提供参考数据，以确保大桥安全、优质建成。

70m梁段预制施工阶段：进行应变测点的预埋，并进行初始读数。

70m梁段悬拼施工阶段：在悬臂拼装的梁段预应力张拉完成，进行相关截面的应变数据采集；每节段数据进行理论计算复核，当发生与理论控制目标存在误差较大时，立即采取措施查明原因。

120m梁段悬浇施工阶段：在悬臂浇筑的梁段预应力张拉完成，进行相关截面的应变数据采集；每节段数据进行理论计算复核，当发生与理论控制目标差异超出误差许可范围时，立即查明原因。

(三)温度测量。连续刚构结构温度分布对主梁的悬臂施工期间的结构线形影响较大，故需要加强对温度的监测。

70m梁段预制施工阶段：与应变一同进行温度测点的预埋，并进行初始读数。

70m梁段悬拼施工阶段：在悬臂拼装的梁段预应力张拉完成，进行相关截面的温度数据采集；每节段数据进行理论计算复核，当发生线形、应变等与理论控制目标存在误差较大时，立即采取措施查明原因。

120m梁段悬浇施工阶段：在悬臂浇筑的梁段预应力张拉完成，进行相关截面的温度数据采集；每节段数据进行理论计算复核，当发生线形、应变等与理论控制目标差异超出误差许可范围时，立即查明原因。

五、施工监控精度

预制施工阶段允许误差：

表1 箱梁节段预制允许误差

悬臂拼装施工节段误差：

表2 箱梁拼装允许误差

合龙段两侧允许误差：

表3 合龙段两侧允许误差

挂篮悬臂浇筑施工阶段允许误差：

表4 挂篮悬臂浇筑施工允许误差