大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控分析

趙 旭

(中交建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司 石家莊市 050000)

隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋因可跨越河流、峽谷復(fù)雜地質(zhì)而廣泛應(yīng)用。因此，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋的施工控制顯得尤為重要，成為了越來越多國內(nèi)外專家學(xué)者研究的課題[1～3]。在橋梁的施工過程中實(shí)行施工監(jiān)控，可以最大限度地保證橋梁施工順利進(jìn)行，確保成橋后線性平順，受力合理[4]。以某高速公路上大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯勘尘埃敿?xì)地介紹連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)測(cè)方案，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各施工階段進(jìn)行指導(dǎo)，保證了橋梁的順利合龍及施工質(zhì)量，可為后續(xù)類似連續(xù)剛構(gòu)橋的施工監(jiān)控提供參考依據(jù)。

1 工程概況

研究的工程實(shí)例為黑龍江省綏滿高速一座大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，該橋橋墩采用柱式墩，橋梁基礎(chǔ)采用鉆孔樁基礎(chǔ)。橋梁跨徑布置為10×40m+(70+130+70)m+40m。以(70+130+70)m的一段預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋?yàn)檠芯繉?duì)象，結(jié)合該橋?qū)嶋H施工情況對(duì)其各施工階段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。橋梁按上下行分離設(shè)置，總寬度25m，設(shè)計(jì)速度80km/h，設(shè)計(jì)荷載為公路—Ⅰ級(jí)。橋梁立面圖、主梁截面圖如圖1、圖2所示。

圖1 橋梁立面布置圖(單位：cm)

圖2 主梁截面圖(單位：cm)

2 線性監(jiān)測(cè)

連續(xù)剛構(gòu)橋線性監(jiān)控主要對(duì)橋梁的高程進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制，為了避免溫度效應(yīng)對(duì)橋梁的線性影響，本橋測(cè)量的時(shí)間一般選擇在早上太陽還沒出來之前進(jìn)行[5]。線性監(jiān)控不僅要對(duì)單獨(dú)梁段進(jìn)行線性監(jiān)測(cè)，而且還要對(duì)每個(gè)節(jié)段澆筑后整體線性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而保證橋梁線性準(zhǔn)確及成功合龍[6]。

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

0#號(hào)塊及1#號(hào)塊梁段作為懸臂施工的關(guān)鍵部位，后續(xù)的施工節(jié)段都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此0#號(hào)、1#號(hào)梁段的標(biāo)高為后續(xù)施工高程測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)[7]。為了更加準(zhǔn)確地測(cè)量各梁段的高程，確保橋梁成橋后線性符合規(guī)范要求。本次線性監(jiān)測(cè)共布設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分別位于0#號(hào)塊及1#號(hào)塊梁段，具體布點(diǎn)位置如圖3所示。

圖3 0#、1#號(hào)塊標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置圖

懸臂梁段測(cè)點(diǎn)的位置在布設(shè)時(shí)應(yīng)避免阻礙施工，且要保證測(cè)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的變形。因此本次監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分別在梁頂面軸線位置和兩側(cè)翼緣板對(duì)稱位置處布設(shè)，共設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。這種布點(diǎn)方式不僅可以監(jiān)測(cè)到橋梁沿行車方向的變形，而且還可以監(jiān)測(cè)到橫向扭轉(zhuǎn)變形[8]。懸臂澆筑節(jié)段測(cè)點(diǎn)布置圖如圖4所示。

圖4 懸臂澆筑節(jié)段標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 線性監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

因11#墩與12#墩結(jié)構(gòu)對(duì)稱，本次線性監(jiān)控選取11#墩橋梁節(jié)段進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)分析，各梁段施工合龍后的標(biāo)高實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比分析結(jié)果如表1所示。

表1 11#墩各梁段標(biāo)高匯總表 m

由表1可知，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)標(biāo)高均要比設(shè)計(jì)標(biāo)高及預(yù)計(jì)標(biāo)高偏大。合龍后各梁段監(jiān)測(cè)點(diǎn)位實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高最大差值為0.014m，實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)計(jì)標(biāo)高最大差值為0.008m。此誤差在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，說明該橋合龍效果比較理想。標(biāo)高的實(shí)測(cè)值、預(yù)計(jì)值、設(shè)計(jì)值基本相差不大，說明本次橋梁施工監(jiān)控將線性控制得較好，滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，可為后續(xù)類似連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控提供參考依據(jù)。

2.3 實(shí)測(cè)線性值與設(shè)計(jì)值偏差分析

橋梁仍處于施工階段，二期恒載、混凝土收縮徐變等因素在設(shè)計(jì)時(shí)考慮但還未發(fā)揮作用，隨著橋梁施工過程的不斷推進(jìn)，上述因素將影響橋梁的實(shí)測(cè)線性，實(shí)測(cè)標(biāo)高值將逐漸接近設(shè)計(jì)標(biāo)高值[9]。下列施工因素也會(huì)對(duì)橋梁的實(shí)測(cè)標(biāo)高產(chǎn)生影響：

(1)在進(jìn)行有限元模擬分析時(shí)所采用的混凝土容重、彈性模量等參數(shù)與實(shí)際施工時(shí)采用的材料參數(shù)不完全相同。

(2)各梁段的重量和掛籃錨固度可能與理論計(jì)算值存在誤差，使掛籃的實(shí)際變形值與理論變形值不同。

(3)在澆筑完的主梁上堆放臨時(shí)荷載，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量存在誤差。

(4)模板的剛度降低會(huì)產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致立模標(biāo)高存在偏差。

(5)預(yù)應(yīng)力鋼束在進(jìn)行張拉時(shí)，施加的張拉控制應(yīng)力不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致標(biāo)高在測(cè)量時(shí)存在偏差。

3 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

為了保證橋梁的設(shè)計(jì)應(yīng)力與實(shí)際應(yīng)力相符，需要對(duì)主梁及橋墩的關(guān)鍵截面設(shè)置應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各施工階段進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。若發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)應(yīng)力值存在偏差時(shí)可及時(shí)進(jìn)行糾偏，偏差過大時(shí)應(yīng)立即停止施工。本次橋梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)對(duì)橋梁懸臂施工各節(jié)段均進(jìn)行了應(yīng)力監(jiān)測(cè)，從而確保橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計(jì)要求[10]。

3.1 測(cè)點(diǎn)布置

為了反映橋梁的實(shí)際受力情況，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)主要布置在主要控制截面上。本次主梁施工監(jiān)測(cè)每個(gè)斷面設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器，主墩施工監(jiān)控每個(gè)斷面布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位[11]。具體測(cè)點(diǎn)布置如圖5～圖8所示。

圖5 主橋應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

圖6 懸臂端測(cè)點(diǎn)布置圖

圖7 跨中截面測(cè)點(diǎn)布置圖

圖8 主墩應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.2.1主梁應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

僅對(duì)11#墩附近的主梁斷面3的頂板監(jiān)測(cè)點(diǎn)1和底板監(jiān)測(cè)點(diǎn)4的應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值進(jìn)行了對(duì)比分析，兩監(jiān)測(cè)點(diǎn)位各施工階段應(yīng)力值變化趨勢(shì)如圖9所示。

由圖9可知，斷面3頂板及底板在整個(gè)施工過程中一直保持受壓狀態(tài)，且本次監(jiān)測(cè)的應(yīng)力實(shí)測(cè)值大部分均大于理論值。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)值與理論值的變化規(guī)律基本一致，隨著施工的澆注和預(yù)應(yīng)力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環(huán)境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實(shí)測(cè)應(yīng)力和理論應(yīng)力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規(guī)范允許范圍內(nèi)。在張拉預(yù)應(yīng)力的作用下上緣應(yīng)力呈增大的趨勢(shì)，下緣應(yīng)力呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。隨著施工的逐漸進(jìn)行，頂板應(yīng)力和底板應(yīng)力都會(huì)逐漸增大。頂板應(yīng)力均大于底板應(yīng)力，本橋主梁最大實(shí)測(cè)壓應(yīng)力為15.34MPa。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位誤差值均小于規(guī)范允許值，說明該橋主梁具有一定的安全儲(chǔ)備，本次橋梁主梁施工監(jiān)控效果較好。

圖9 斷面3頂板、底板應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖(施工階段)

3.2.2主墩應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

11#墩和12#墩構(gòu)造相同，僅對(duì)11#墩最底部附近的B斷面的1和4兩個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。得到的應(yīng)力監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖10所示。

圖10 11#墩斷面B應(yīng)力理論值與實(shí)測(cè)值對(duì)比圖(施工階段)

由圖10可知，11#墩斷面B始終保持受壓狀態(tài)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)應(yīng)力值較為接近理論應(yīng)力值，最大誤差為0.23MPa，在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，符合橋梁監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范。且實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論應(yīng)力值契合度較高，說明本次橋梁主墩施工監(jiān)控較為成功。

3.3 實(shí)測(cè)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)值偏差分析

根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以看出,實(shí)測(cè)應(yīng)力與理論應(yīng)力之間存在一定的誤差,引起誤差的因素主要包括以下幾個(gè)方面[12]:

(1)實(shí)際施工情況與有限元模擬的情況存在誤差,實(shí)際施工及人為等因素不確定性會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)值與理論值產(chǎn)生偏差。

(2)因混凝土的收縮徐變會(huì)使橋梁應(yīng)力產(chǎn)生重分布的情況，從而導(dǎo)致應(yīng)力實(shí)測(cè)值與理論值產(chǎn)生誤差。

(3)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器存在測(cè)量誤差，溫度效應(yīng)會(huì)引起應(yīng)力變化。

4 結(jié)語

詳細(xì)介紹了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工監(jiān)控的實(shí)施過程，主要從線性監(jiān)控和應(yīng)力監(jiān)控兩個(gè)方面進(jìn)行研究。主要得出如下結(jié)論：

(1)主梁頂部各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)標(biāo)高均要比設(shè)計(jì)標(biāo)高及預(yù)計(jì)標(biāo)高偏大。合龍后各梁段監(jiān)測(cè)點(diǎn)位實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高最大差值為0.014m，實(shí)測(cè)標(biāo)高與預(yù)計(jì)標(biāo)高最大差值為0.008m。此誤差在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，說明該橋合龍效果比較理想，驗(yàn)證了本橋線性監(jiān)控是成功的。

(2)主梁各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論值的變化規(guī)律基本一致，隨著施工的澆注和預(yù)應(yīng)力的張拉線性呈鋸齒形變化。受施工環(huán)境、人為、溫度、混凝土收縮徐變等因素影響，實(shí)測(cè)應(yīng)力和理論應(yīng)力之間存在一定的誤差，最大誤差為0.52MPa，在規(guī)范允許范圍內(nèi)，驗(yàn)證了本橋主梁應(yīng)力監(jiān)控是成功的。

(3)主墩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的實(shí)測(cè)應(yīng)力值較為接近理論應(yīng)力值，最大誤差為0.23MPa，在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，符合橋梁監(jiān)測(cè)相關(guān)規(guī)范。且實(shí)測(cè)應(yīng)力值與理論應(yīng)力值契合度較高，說明本次橋梁主墩應(yīng)力監(jiān)控較為成功。