高速公路上跨高速鐵路橋梁安全監(jiān)控方案解析

某工程高速公路橋梁施工安全監(jiān)控方案

大跨連續(xù)剛構(gòu)橋施工過程較為復(fù)雜，利用對橋梁施工全過程的跟蹤監(jiān)控，對控制參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整，以確保施工中結(jié)構(gòu)受力安全可靠、成橋狀態(tài)結(jié)構(gòu)線形平順、受力合理符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求，使施工過程處于控制之中，結(jié)構(gòu)最大限度地接近理想狀態(tài)。本文以廣東地區(qū)某高速公路為例，介紹橋梁施工的安全監(jiān)控方案的編制方法，對施工安全監(jiān)控方案的工作計劃、目標(biāo)內(nèi)容進(jìn)行闡述，詳細(xì)說明項目的監(jiān)控方法及監(jiān)控流程。

某特大橋主橋轉(zhuǎn)體連續(xù)梁位于廣東省英德市英紅鎮(zhèn)，轉(zhuǎn)體半徑為75m，單幅轉(zhuǎn)體重量為13000t，于鐵路里程K2139+803.989處上跨京廣高速鐵路（對應(yīng)公路里程為K217+757.682），橋面寬度31.7m，采用墩梁固結(jié)的形式，主橋上部為（90+90）m 全預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，實現(xiàn)了分幅預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T構(gòu)同步轉(zhuǎn)體，該轉(zhuǎn)體橋在廣東省乃至全國都是首例雙幅高速公路同步轉(zhuǎn)體跨越雙幅高速鐵路的轉(zhuǎn)體橋。

某特大橋上部結(jié)構(gòu)采用懸灌澆筑的方法施工，在進(jìn)行施工的過程之中，橋梁結(jié)構(gòu)及荷載狀態(tài)始終處于不斷變化的狀態(tài)中，同時結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形也會伴隨著出現(xiàn)變化。在這種情況下，就必須要對施工的每一個階段都開展詳盡的分析及實測驗證，同時還需要通過合適的方法有效控制結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力，以此來確保設(shè)計的施工過程或者是通過適當(dāng)調(diào)整后的施工過程可以準(zhǔn)確實現(xiàn)。

為保證橋梁的施工質(zhì)量，達(dá)到橋梁監(jiān)控的目的，在施工時，橋梁監(jiān)控的主要內(nèi)容包括以下方面：根據(jù)施工方案，合理選擇計算參數(shù)，施工全過程的仿真分析，并與設(shè)計單位核對，對各階段的施工監(jiān)控參數(shù)進(jìn)行預(yù)測；用反饋信息修正計算，為調(diào)整施工過程出現(xiàn)的偏差提供依據(jù)；主墩垂直度監(jiān)測、基礎(chǔ)沉降監(jiān)測及既有橋梁墩頂位移監(jiān)測；主梁線形監(jiān)控；主梁控制截面應(yīng)力監(jiān)測；某特大橋主橋轉(zhuǎn)體過程中梁端標(biāo)高、水平位移等進(jìn)行實時監(jiān)測，并對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時，及時預(yù)警。

圖1 某特大橋跨型布置大樣圖

施工監(jiān)控方法

施工階段的仿真分析計算

根據(jù)設(shè)計資料結(jié)合施工方案建立力學(xué)分析模型進(jìn)行模擬計算分析，科學(xué)預(yù)測、指導(dǎo)施工行為，通過對成型結(jié)構(gòu)的實時監(jiān)測，對比理論計算分析結(jié)果，判斷成型結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)，預(yù)測下一施工階段的理想狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)的發(fā)展軌跡進(jìn)行控制。

擬采用有限元分析計算軟件Midas Civil 2015進(jìn)行。Midas Civil對橋梁施工階段的模型計算分析及模型優(yōu)化分析，以滿足本項目需要。

監(jiān)控計算的主要內(nèi)容

進(jìn)行設(shè)計復(fù)核，確定監(jiān)控目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)：成橋主梁線形、關(guān)鍵截面應(yīng)力等；上部結(jié)構(gòu)理想施工全過程的仿真分析，計算各施工階段結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力等，確定各施工階段主梁標(biāo)高；進(jìn)行設(shè)計參數(shù)或誤差敏感性分析，確定主要施工誤差因素。

設(shè)計復(fù)核、確定監(jiān)控目標(biāo)參數(shù)

設(shè)計復(fù)核。結(jié)構(gòu)設(shè)計是橋梁質(zhì)量的根本，也是監(jiān)控方實施施工監(jiān)控的基礎(chǔ)，要求對設(shè)計施工圖進(jìn)行驗算，分析橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理且滿足規(guī)范要求。

橋梁設(shè)計主要參數(shù)均依據(jù)相關(guān)規(guī)范取用，在實際橋梁施工過程中，很多參數(shù)如施工荷載的施加、臨時荷載的大小及分布、偶然荷載的出現(xiàn)、混凝土彈性模量、實際環(huán)境(溫度、濕度、風(fēng)荷載等)、實際施工進(jìn)度等由于各種原因都與設(shè)計存在差異，為確認(rèn)結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足施工要求，監(jiān)控工作開展初期在施工現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)試驗或?qū)嵉財?shù)據(jù)采集，結(jié)合施工方的施工組織方案，對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行復(fù)算，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足施工要求，各項指標(biāo)滿足規(guī)范要求，同時可以驗證施工方案的可行性，并可以根據(jù)施工監(jiān)控經(jīng)驗，對施工和設(shè)計提出合理的修改建議。

確定監(jiān)控目標(biāo)參數(shù)。模擬計算分析的另一個任務(wù)是確定合理的結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控目標(biāo)參數(shù)，主要包括成橋主梁目標(biāo)線形狀態(tài)、支座反力、結(jié)構(gòu)受力分布情況等，作為施工監(jiān)控倒拆分析的目標(biāo)參數(shù)。

穩(wěn)定分析。穩(wěn)定分析的內(nèi)容應(yīng)包括：橋墩自體穩(wěn)定性分析，可考慮按僅有自重荷載及自重與風(fēng)荷載共同作用下的穩(wěn)定性；最大懸臂狀態(tài)穩(wěn)定性分析。

確定主梁合龍、體系轉(zhuǎn)換等方案。主梁的合龍、結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換施工步驟是本橋施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對結(jié)構(gòu)的最終成型質(zhì)量有非常重要的影響，也是施工監(jiān)控重點關(guān)注的施工環(huán)節(jié)，監(jiān)控方將在實際橋梁監(jiān)控過程中根據(jù)橋梁的實際情況，結(jié)合橋梁實時的應(yīng)力、線型（標(biāo)高）、溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過分析計算，為施工方主梁合龍段施工、體系轉(zhuǎn)換等提供專項方案，保障橋梁施工目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

施工監(jiān)測試驗測量項目

托架、掛籃荷載試驗。托架、掛籃作為本橋施工過程中主要的輔助設(shè)施，其在施工過程中的可靠性、變形對結(jié)構(gòu)施工安全、質(zhì)量有非常重要的影響，在上部結(jié)構(gòu)節(jié)段施工前必須對托架、掛籃進(jìn)行荷載試驗，本項試驗的主要目的是檢驗托架、掛籃的承載能力，驗證托架、掛籃施工的可靠性，并通過試驗消除托架、掛籃的非彈性變形、實測各部位的彈性變形，為箱梁立模高程提供依據(jù)。試驗由施工方進(jìn)行，監(jiān)控方根據(jù)施工監(jiān)控經(jīng)驗做技術(shù)指導(dǎo)。

混凝土彈性模量試驗。在澆筑主墩及梁段施工現(xiàn)場各制作三個15cm、15cm、30cm的同標(biāo)號混凝土試件(與實際狀況同條件養(yǎng)護(hù))，按照規(guī)范《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》（JTG E30-2005)要求進(jìn)行現(xiàn)場彈模試驗。并根據(jù)不同齡期的實測混凝土彈性模量繪制出混凝土齡期為3天、7天、14天、28天、90天混凝土的彈性模量Eh的變化曲線。

主墩施工監(jiān)控監(jiān)測。主墩基礎(chǔ)沉降監(jiān)測：本項目主橋為連續(xù)剛構(gòu)體系，基礎(chǔ)的沉降變形對結(jié)構(gòu)施工期間的穩(wěn)定性影響很大，通過對橋墩承臺進(jìn)行沉降觀測，確定其在施工過程中隨加載所產(chǎn)生的沉降及不均勻沉降過程，并通過觀測結(jié)果可以分析不均勻沉降對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，確保施工過程的安全。

墩頂位移監(jiān)測：在各主墩承臺的4個角點位置各布設(shè)一個永久性觀測點，每個墩頂各設(shè)4個永久沉降觀測點，測點位置選在墩邊角便于觀測的可靠位置處。測點須用短鋼筋預(yù)埋設(shè)置并用紅漆標(biāo)明編號。

主梁監(jiān)控。主梁線形監(jiān)控：施工線形控制的目標(biāo)一是保證主梁高精度合龍，二是使成橋線形平順、美觀，符合設(shè)計要求。另外成橋的線形與結(jié)構(gòu)內(nèi)力也有密切的關(guān)系，通過施工線形監(jiān)控，使結(jié)構(gòu)成橋線形順暢，結(jié)構(gòu)受力合理。

主梁應(yīng)力監(jiān)測方案：測點設(shè)置，各橋主梁應(yīng)力監(jiān)測擬在測試斷面布設(shè)內(nèi)埋式鋼弦應(yīng)變計，采用自動數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控量測。英紅特大橋單幅主梁設(shè)置6個監(jiān)測截面，全橋共設(shè)置12個主梁應(yīng)力監(jiān)測截面，單截面設(shè)置應(yīng)力測點4個，英紅特大橋主梁共設(shè)置應(yīng)力測點48個，配套自動數(shù)據(jù)采集設(shè)備6套。