连续梁高架桥悬臂浇注施工高程监控技术研究

赖小潭,毛兴海

（赣州创新公路开发有限责任公司,江西 赣州 341000）

0 引言

案例连续梁高架桥悬臂浇注施工过程中，从加强预拱度仿真计算、现场高程监测、立模标高计算、高程监控成果用于在建和连续施工梁段的高程检测控制应用等方面，加强施工过程中的高架桥悬臂浇注连续梁高程监控，保证了设计标高和线形的高质量实现，较好完成了桥梁建设任务。该文基于工程实践，系统介绍该高架桥连续梁悬臂浇注施工的高程监控技术，为同类工程应用提供研究和监控技术参考。

1 工程概况

案例是一座交叉跨越公路的高速公路高架桥，混凝土预应力连续梁结构，现场悬臂浇注法施工建造。总长808 m，桥宽39 m，跨线交角90°，双框架设计。

一级公路路桥和城市主干道级别标准，设计车速60 km/h；抗御地震烈度7度，加速度峰值0.15 g；设计年限100年。

上部结构为变断面混凝土预应力连续箱体梁，引桥为安装式混凝土预应力简易箱体梁；下部结构为长方体柱式墩；引桥采取钻孔注灌桩基础；桥台采取钻孔灌注桩基础的钢筋混凝土U形桥台，桥台侧壁与路基挡土墙连接。

主桥为变断面连续箱体梁，40 m+60 m+40 m跨越，采用混凝土C55强度标准，现场悬臂浇注法施工。底板13.49 m宽，顶板19.50 m宽，支座区域梁高为3.70 m，跨中梁高为2.00 m，支座区域底板厚0.70 m，跨中底板厚0.3 m。梁的高度和底板的厚度都以2次抛物线方式渐变[1]。

2 连续梁桥高程施工监控的必要性

连续梁桥采用悬臂浇注法施工时，基本工序通常为：装配吊篮、扎绑钢筋、混凝土筑浇、预应力钢梁张拉、待混凝土强度达到设计要求后前移吊篮。在整个悬臂浇注施工中，仅0#块与墩间存在固结支承，其余桥段将以悬臂状态临时存在，直到整个合拢段完成合拢施工。

因各梁段自重不同，各施工阶段吊篮所承受的载荷也不尽相同，伴随吊篮的施工推进，吊篮额外载荷所引发的梁段形变量也不尽相同。梁段混凝土筑浇后，化学反应、结构体体内水分比变化以及温度变化等会导致混凝土体发生收缩徐变。不同梁段工期不同，混凝土收缩率亦会有所差异。不同的收缩和徐变，会引起梁体不同的挠度反应状态。

总之，混凝土预应力连续梁桥悬臂浇注法施工，其梁体标高受到梁体、混凝土、吊篮、预应力张拉、结构收缩徐变等载荷因素影响，不可避免地会引起梁标高和线形的偏离应变，如果不能采用合理的施工监控和调节方法，过量偏差会导致连续梁线形偏差或结构状态不符合设计要求。所以在连续梁桥悬臂浇注法施工中实时进行标高检测，将标高误差控制在设计标准范围内，是连续梁桥悬臂浇注施工顺利的重要技术环节。

3 连续梁桥高程施工监控的主要技术内容

连续梁桥悬臂浇注法施工过程中，高程监控的主要技术内容包括：

（1）高程理论值前期有限元模拟计算。Midascivil是一款实用性强、操作简单的工程有限模拟技术工具，借助该工具，通过合理选择数理模拟单元，搭建合理模拟节点，恰当给予边界约束和载荷分布条件，可以对施工中桥梁各结构部件进行模拟计算，计算成果可为桥梁施工监控提供数据参照，让施工监控模拟化、数据化、科学化，使施工监控更适用，更有工程指导性。

Midascivil模拟计算过程为，选择模型和材料特性—建立模拟单元和节点—给定边界控制条件一输入控制参数—给定目标作业阶段—运行计算分析—获得和导出计算结果—用于施工监控[2]。

借助Midascivil模拟计算分析，可以获得结构理论位移值，通过系统自动反向计算，获得位移值作为预拱度施工参考值，此是应用Midascivil工具开展桥梁结构有限元分析计算的一大功能优势。在桥梁标高和线形监测上，获得预拱度是重要的数据。预拱度直接决定模板标高的设置和桥梁线形的合理性。要计算获得预拱度，就要模拟计算分析各个施工阶段结构目标位移值。

（2）设计配置测量点，开展施工过程中的梁段标高适时测量。

（3）立模标高预测算。前进分析法是根据既定的连续梁桥施工方案和作业顺序，分析得出各梁段截面高程、位移以及应力状态的计算方法。因为该方法可以较好模拟桥梁施工过程，比较准确地计算出各个施工段的梁段截面高程、位移以及应力状态，为连续梁桥提供施工控制依据，因此连续梁桥施工监控经常应用该技术。高架桥梁段立模标高控制计算公式：

式中，Hsj——桥梁挂篮底板的高程设计值；Hlm——桥梁挂篮底板高程理论值；Hygd——经有限元模拟计算获得的预拱度理论值；H(sg)lm——作业过程中桥梁挂篮底板的实际高程值；Hgl——经试验获得的桥梁挂篮底板形变理论值；Hwcx——实测高程值与设计理论值的误差修正值[3]。

连续梁桥施工过程中，需要考虑温度变化、混凝土收缩徐变等影响，需要动态把握分析各作业段的实测高程与理论高程间的误差状态，以保证合理有效地提供施工高程监控。对作业过程中梁底板立模标高的控制过程如下：

1）梁底板立模初始标高H(sg)lm按照公式Hlm给予计算。

2）一个梁段完成施工后，通过监控测量获得实际高程Hs值。

3）对比分析高程实测Hs值与理论Hl值。允许误差范围：

则连续施工梁段梁底板立模标高无须任何纠正，可以继续施工。

如果超出了允许误差范围：

则连续施工梁段梁底板立模标高须及时给予纠正。将误差修正值Hwcxz应用至连续施工梁段梁底板立模标高控制中，即：

（4）对比分析，给出梁段立模标高控制数据或施工控制建议。综合上述计算、测量成果，根据施工中相关梁段的理论高程值、实际测量值，调整正在进行的工程操作。在此基础上通过公式计算，获得连续梁段立模标高调整参考值，应用于连续梁段的立模标高工程控制[4]。

4 连续梁高架桥施工高程监控的实施

4.1 预拱度仿真计算

基于工程有限元计算工具Midascivil系统，在连续梁高架桥正式施工前开展预拱度模拟计算，为施工中的梁高程施工控制提供参考数据[5]。

4.1.1 模拟计算主要技术参数

混凝土材料和预应力钢束模拟计算主要技术参数（如表1、表2）。

表1 混凝土材料参数

表2 预应力钢束的料材料参数

4.1.2 单元、节点及边界定义

桥梁结构每幅划分50个单元，总计存在59个节点。边界条件配置见表3所示。

表3 边界条件配置

通过模拟计算，获得了案例高架桥各梁段的预拱度模拟计算值，通过系统自动反向计算，获得了预拱度施工控制参考值。

4.2 现场高程施工监测

案例高架桥各梁段各测量截面，均设计配置5个测量点，其中设置在底板2个，顶板3个，各梁段施工中和施工结束后，均要监测梁段的标高状态。

4.3 前进分析法计算立模标高

考虑到施工过程中混凝土温度、徐变收缩等因素的影响，采用前进分析法开展标高监测控制过程中，修正误差按如下原则进行。

案例高架桥施工标高监控过程中，对左幅12#、13#墩，右幅12#、13#墩监控，获得梁底板标高具体监测数据、误差与修正值，其中左幅12#梁底板标高的监测数据见表4所示。

表4 左幅12#梁底板标高的监测数据

案例高架桥合拢工序，遵循先边跨、后中跨顺序进行，结构体系转换，在合拢段施工操作过程中即得以完成。中跨完成合拢后，按照施工监控方案的要求，对整桥开展了综合测试。其中合拢后左幅底板高程检测结果如表5所示。

表5 合拢后左幅底板高程检测结果

4.4 案例高架桥高程监控成果分析

（1）案例高程检测数据表明，在施工监测过程中，因正向分析法计算，高程理论值的误差得到了补偿。在高程检测数据中，误差均控制在允许标准内，不存在误差太大等异常工况。结合误差值的变化可知，当高度误差值太大时，连续施工段的高程误差会被控制在一定范围内。因此，采用正向分析法，修正控制高程误差，对桥梁线形控制非常有效。

（2）从标高监测数据可以看出，案例高架桥的6个合拢断面中，最大合拢断面的标高误差仅7 mm，表示合拢标高控制完美，符合合拢标高精度控制要求。

（3）设计标高与实际测量标高值比较可以看出，案例高架桥合拢后，实测标高几乎完美接近设计标高，符合合拢标高质量要求。合拢后的桥梁线形与设计一致，保证了案例高架桥成桥后的线形合理和美观。

5 结语

开展了连续梁高架桥悬臂浇注施工高程监控技术研究，主要包括：

（1）分析了连续梁桥高程施工监控的必要性。梁体标高受到梁体、混凝土、吊篮、预应力张拉、结构收缩徐变等载荷因素影响，不可避免地引起梁标高和线形的偏离应变；实时进行标高检测，将标高误差控制在设计标准范围内，是连续梁桥悬臂浇注施工成败的至关重要的技术环节。

（2）阐述了连续梁桥高程施工监控的主要技术内容。包括高程理论值前期有限元模拟计算、设计配置测量点现场实时测量、前进分析法立模标高预测算、实测数据与理论值对比分析、给出梁段立模标高控制数据或施工控制建议等。

（3）介绍了案例连续梁高架桥施工过程的高程监控操作，开展了案例高架桥高程监控成果分析。