徐善中 张彩燕 李求源

1 概述

连云港疏港航道工程204国道桥主桥采用75 m+125 m+75 m变截面预应力混凝土单箱单室连续梁桥,桥面宽15 m,箱梁在中支点处高度为7.3 m,跨中处高度为2.9 m,箱梁高度从距墩中心2.5 m处到跨中合龙段处按照二次抛物线变化。预应力混凝土箱梁采用三向预应力结构,纵向、横向均采用预应力钢绞线,竖向采用高强精轧螺纹钢筋。箱梁临时固结采用在墩顶设置钢筋混凝土临时支座的方案。主桥主墩采用钢筋混凝土矩形桥墩,钻孔灌注桩基础。主桥箱梁采用菱形挂篮(重590 kN)对称悬浇法施工,各单“T”箱梁除0号梁段和边跨直线段分别采用墩旁托架和支架现浇外,其余均采用对称平衡移动挂篮逐段浇筑法施工。箱梁边、中跨合龙段长度均为2.0 m,边跨现浇段长度为11.5 m,墩顶0号梁段长度13.0 m,纵向悬浇分成15个梁段,长度分别为3×3.0 m+4×3.5 m+8×4.0 m。

2 主梁施工监控实施

2.1 监控组织与管理

根据204国道桥的施工工艺特点,专门成立监控项目组,同时成立专家顾问组对施工监控重大技术问题提供建议,指导监控项目组更好的完成施工监控工作。监控项目组下设计算分析小组、应力测量小组、变形测量小组、温度测量小组等,实时采集施工现场荷载信息和结构相关信息并对采集的各种信息进行误差分析、筛选,通过分析和不断修正计算参数使计算分析参数反映结构实际状况。把握住施工过程,预估施工状况,达到施工控制的目的。

2.2 结构计算模型的建立与分析

204国道桥计算软件采用“桥梁博士”V3.0,根据确定的施工方案采用前进法建立平面杆系模型进行计算。整个桥梁结构离散为90个单元共有91个节点,根据施工程序对施工过程进行模拟计算。孔道摩阻系数 μ=0.25,偏差系数k=0.001 5,锚具一端回缩值按6 mm考虑。模型中的计算参数取值如表1所示。

表1 材料特性表

2.3 监控工作实施

204国道桥主梁施工监控是一个施工→量测→判断→修正→预告→施工的循环过程,主要通过在主梁结构各主要部位埋设传感器和相关的测试仪器,按照施工工艺流程和施工工况不间断地测试,采集施工监控相关结构几何和力学相关信息,同时收集结构温度场、混凝土材料常规试验信息和混凝土超方情况等;并通过对数据和信息进行筛选和误差分析,不断修正计算参数,反复计算,使计算模型更接近实际结构,指导施工控制工作。204国道桥作为大跨径预应力混凝土连续梁桥,采用挂篮悬臂浇筑的施工工艺,桥梁施工监控工作主要包括两方面内容：变形监控和应力监控。

2.3.1 变形监控

204国道桥主梁施工过程中的挠度计算考虑了施工一期恒载、施工临时荷载、大自然温度湿度变化、桥墩变位、基础沉降、施工误差等因素的影响按照弹性和徐变挠度两部分进行计算和控制;预拱度的设置是将从施工开始到完工后5年时间每一节段端点的弹性和徐变总挠度曲线及数值反向设置[1];为了施工的简化,该桥在主跨跨中设置了10 cm的预拱度,其他节点按照二次抛物线内插确定。204国道桥变形监测工作根据主梁节段划分和施工工艺,主要包括挂篮变形监测、主梁变形监测和主墩沉降监测等。该桥主梁悬浇施工挂篮采用菱形挂篮(重590 kN),主梁零号块施工结束后在梁顶组拼挂篮并按照最大梁段施工重量的120%分级预压,检验施工挂篮可靠性的同时,获得挂篮的荷载—变形曲线,为梁段施工过程预测挂篮变形值提供参考。为实时监测主梁在整个施工过程中的变形,主梁变形监测截面位置和测点布设如图1,图2所示。

主梁悬臂浇筑施工过程中的变形监测工况按照标准的节段梁三阶段施工划分,即浇筑混凝土前挂篮定位后、浇筑混凝土后、张拉预应力钢束后安排进行各梁段变形监测;主梁边、中跨合龙段施工过程和体系转换过程中的变形监测工作则根据施工进度每个工况对主梁全部变形监测点和沉降监测点进行监测。变形监测和沉降监测均安排在气温比较稳定的早晨进行,测试工作由专人负责,使用固定仪器采用同样的观测路线进行,并定期对测量控制桩进行复核。

2.3.2 应力监控

为了准确计算出成桥状态的结构受力状态,204国道桥按照实际结构构造及其形成过程逐阶段进行计算,最终确定成桥状态的几何线形和内力状况[2]。204国道桥应力监测工作根据主梁结构形式和施工工艺进行。为实时监测主梁在整个施工过程中的应力情况,选用适合长期施工过程观测并能保证足够精度、长期性和稳定性较好的振弦式混凝土应变计和配套的振弦式读数仪进行应力测试。结合连续梁桥结构受力特点和悬臂浇筑施工工艺特点,在主梁设置6个应力监测截面对该桥施工过程实施应力监测,主梁应力监测截面位置和截面内测点布置如图3所示。

主梁悬臂浇筑施工过程中的应力监测工况结合主梁悬臂浇筑施工工艺和变形监测工作进行,在进行变形监测和沉降监测的同时对主梁关键截面实施应力监测。

2.4 监控成果

累计挠度是指各梁段浇筑混凝土完毕开始到主梁悬臂浇筑施工结束产生的总挠度。该指标直接反映了主梁的线形变化情况。204国道桥悬臂浇筑施工过程中梁段的实际变形值与理论计算分析结果变化趋势基本保持一致,主桥边、中跨合龙段合龙误差满足规范要求(分别为2 mm,6 mm,11 mm),成桥线形良好。以11号墩悬浇施工为例,图 4为11号墩悬臂施工过程中“T”构累计挠度与理论挠度对照图。

3 结语

204国道桥主桥施工过程中主梁线形控制和应力监测工作是本次施工监控工作的主要内容。该桥施工监控工作根据该桥结构形式和施工工艺特点,建立了完善的监控组织和专家顾问组,实时收集监控相关信息,不断修正计算参数反复计算使计算结果更能反映实际结构状态。204国道桥施工过程中主梁结构变形和应力情况处于受控状态,施工监控工作达到了施工控制的目的。

[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社,2000：2-3.

[2]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京：人民交通出版社,2003：2-5.

[3]姚辉光.大跨度连续钢构桥悬臂施工监控方法[J].山西建筑,2008,34(11)：327-328.