刚构连续组合体系一座大跨度高墩弯梁桥的施工监控

1、刚构-连续组合体系一座大跨度高墩弯梁桥的施工监控吴雄飞I向学建2（1.广东清连公路发展有限公司 清远5115152.交通部公路科学研究院北京100088）摘要：结合一座大跨度预应力混凝土刚构-连续组合体系桥梁，基于有限元分 析方法和现代监测手段，对主墩和箱梁的线形和应力等进行了施工监控，确保大桥 在施工过程中的安全性和成桥后的线形及应力状态符合设计要求。关键词：刚构-连续组合体系；施工监控；线形；应力0概述近年来，随着我国交通和城市建设的发展，弯梁桥在高速公路和城市立交桥 的应用愈来愈多，跨径愈来愈大，墩子越来越高，曲率半径愈来愈小，桥型也愈来 愈轻巧、经济。代表性的大跨度高墩弯桥如表1所示。

2、表1代表性的大跨度高墩弯桥序桥名跨径/m平曲线半径/m备注%1奴格沙大桥210+150R 二 2009祥临高速K194+46055+100+55R二258. 5大桥磨黑侧R二260最大墩咼103m3云南阿墨江大桥70+2X130+70元江侧R二302. 579A元墨高速K306 +77 + 140 + 77部分R二260,反185大桥向曲线5福建马宅顶大桥30+2X50+30部分R二350超高7%大保高速K442+66577+140+77部分R二3880大桥78910111213141516171819202122板其二号弯梁桥44+72+44部分R二450最大墩咼53m九砂希大桥52. 5+

3、2 X部分R二48693+52. 5陕西长武亭口黑河60+6X100+60R二582. 963矩形空心薄壁单墩大桥57m刘家沟大桥64+115+64R 二 600贵州上瑞线沙银沟68+120+68R 二 620墩咼80m大桥广东清连高速路杜60+4X100+60部分R二635最大墩咼81m步3号桥湾沟大桥64+115+64部分R二700北二高碧潭桥主跨160部分R二750石嵯山大桥65+115+155+3X115+65部分R二762绍兴斗门江大桥50+80+50R 二 800福建船龄泰大桥85+155+85R 二 830最大墩高58. 4m厦门海沧大桥西航78+140+78R二900及缓和曲道

4、辅桥线广东清连高速路杜60+7X100+60部分R二1100最大墩咼92m步2号桥贵州朱昌河大桥106 + 200 + 106部分R=1100最大墩咼151m陶家沟特大桥70+120+120+70部分R=1200太平沟大桥7X50部分R=1381顶推施工23山西阳城2#桥75+135+75部分R二3200广东清连高速路杜75+6X125+75部分R二3750最大墩咼110m24步1号桥广东虎门辅航道桥150+270+150R二7000在建时跨径居同类25桥梁世界第一刚构-连续组合体系大跨度连续弯梁桥属超静定结构，对于这种结构，它的成桥 线形、结构内力和施工过程密切相关，不同的施工方法和施工工序

5、会导致不同的成 桥线形和结构内力。在设计过程中，设计参数（如：曲率半径、混凝土弹性模量、混 凝土的收缩、徐变、预应力损失、施工荷载、温度）往往是根据规范或设计经验设定 的，这样一些参数的取值难以和实际情况完全吻合。对中、小跨度的桥梁，这些偏 差上的影响还不大，但对大跨度连续弯梁桥（多采用悬臂施工），由于这些偏差的影 响，在施工过程中随着悬臂长度的增大主梁的线形有可能会明显偏离设计值从而造 成合龙困难，在合龙后，由于对混凝土收缩、徐变等因素计算的不准确，也会导致 主梁线形偏离设计值，同时还可能导致次内力而改变结构的内力状态。当上述因素 和设计不符，在施工中又不能及时识别时，必然导致目标的偏离，造

6、成扭曲线形或 强行合龙的后果，因此为确保此类桥梁安全施工和实际线形和目标线形吻合良好, 进行施工监控很有必要。施工监控目的有两个：（1）采取科学有效的措施对箱梁挠度 实施监控，预测分析、实时调整，以达到大桥实际线形尽可能地吻合设计线形； 通 过在箱梁、主墩关键部位埋设应力传感器进行大桥应力监控，确保大桥的安全施工。1工程概况广东清连高速路杜步3号桥（图4,图5）是B5标合同段上一座大型预应力混凝 土刚构-连梁组合桥，跨径组成为60+4X100+60 （m）,全长874. 46m,上部采用三 向预应力混凝土变截面箱梁，下部采用空心薄壁桥墩、钻孔灌注桩基础，悬臂浇筑 施工。平面位于R二1100m、

7、Ls=134. 654m及Ls二140m、R=635m的反向S型缓和曲线 及圆曲线内，桥梁跨径按桥梁中心线布置，桥墩、台按径向布设，引桥采用调整预 制梁长的方法适应线形变化。该桥集弯桥、坡桥、高墩、大跨径于一身，是典型的 山区刚构-连续组合体系桥，因此无论从桥梁设计、施工还是监控都比一般刚构桥要 难。2施工监控方法及主要内容杜步3号桥施工监控应用现代控制理论中的自适应控制方法，即对施工过程的 标高和内力的实测值和预测值进行比较，对桥梁结构的主要参数进行识别，找出产 生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到监控的目的。这种方法的重点在于对影 响结构变形和内力的主要设计参数的识别上，而一般只要及时对

8、产生偏差的主要参 数进行修正,施工中，严格按照确定的施工步骤进行施工，同时,严密监测桥梁结构的3 / 10线形和应力状况,一旦出现超出设计值或限值的情况，立即重新进行施工步骤调整, 最终使线形和内力状态符合设计要求。监控的主要内容：（1）线形监控线形包括主墩和箱梁，主墩线形主要指主墩的 垂直度；箱梁线形，由于杜步3号桥是弯桥，上部结构各梁段重心不在一条直线上, 使主墩承受偏心压缩、各梁段自重所形成的扭矩、弯桥的转角较大的增加了预应力 的摩阻力使主墩和主梁发生横向倾斜，为保证主墩、主梁建成后的空间位置满足设 计要求，施工中的主墩、主梁横向和竖向都应监控，所以平面和高程线形同样重要。 线形监控的目

9、的是通过数据处理、预测分析和实时调整，以达到大桥实际线形尽可 能地吻合设计；应力监控应力同样包括墩身和箱梁，应力监控的目的是保证大 桥各部分应力状况符合设计要求，从而保证大桥安全施工，并为今后运营阶段的长 期监控做准备；温度监控监测温度监控包括两部分内容：箱梁温度挠度关系 曲线的实际观测和箱梁温度场观测。前者为确定立模标高提供温度修正依据；后者 为合龙提供可靠温度；三个试验监控：混凝土材性试验，管道摩阻系数试 验，挂篮静力荷载试验。3施工监控的实施3.1主墩线形监控杜步3号桥有5个桥墩，其中1号墩高34. Om, 2号墩高73. Om, 3号墩高78. Om, 4号墩高81.0m, 5号墩高5

10、2.0m。每个墩面设置两个观测点。主墩清远侧正墩面用 A表示，按顺时针方向其它各墩面分别用B、C、D表示。Al、A2表示一个墩面上的两 个基准点，A1-1.A2-1表示一个墩面上的两个测点，依次类推。首次测量高度为15m, 之后每隔5m观测一次。主墩线形监控方法是使用国产苏州一光制造的DZJ2激光垂 准仪现场实测主墩的垂直度，并作好原始记录，备查。从垂直度监测结果来看： 高墩墩身线形垂直度最大偏差19mm,不大于20mm； （2）随着施工墩身高度的增加， 施工工艺的完善和施工水平的提髙，墩身线形趋向好转。3. 2箱梁线形监控3. 2.1理论线形计算设计线形由大桥设计单位提供，目标线形（图1）则

11、是在设计线形的基础上，计 入活载和长期徐变的作用。一般活载效应按设计规范，长期徐变作用则根据计算和 国内已建成的同等跨径桥梁设置经验确定。本桥长期徐变效应和活载部分预留预拱 度总和最后确定为中跨跨中10cm,边跨2cm。预拱度线形的计算要在大桥施工图中 施工阶段基础上进一步细化，利用有限元模拟分析，单元的划分依据图纸，共划分 T 144个桥面单元，36个主墩单元，节点总数为181个。预应力束全桥共计151个 类型。把箱梁一个节段施工过程划分为三个阶段进行，即挂篮移动、浇注混凝土和 张拉预应力。杜步3号桥上部结构共有12个节段箱梁，其预拱度曲线计算分50个 阶段进行。东济逢鬲速牡步r弓商期锁监陞

12、文宦（结版）.川Dx|文件09 査石电）田係迓直救据测民救抠立根标高工貝和肋QP 目标线羽-预拱度线形一实际进皮統形理论进度红形一设计线形 拦标 高线形图1杜步3号桥线形监控软件3. 2. 2箱梁线形监控方法箱梁线形监控包括平面和高程线形监控。平面线形监控主要是监控每施工一个 箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否和设计平面坐标吻合。高程监控是重点，高程 监控的最终目的是使箱梁实际施工线形尽可能地吻合目标线形。高程测量的基准点 设在各主墩墩顶0号块，悬臂箱梁上的测点布置在顶板（图2）。测点纵向位置：距 现浇段前端10cm,横向位置：截面由箱中间向两边3.5m。测点桩由20钢筋制作。 测量时采用精密水

13、准仪（DS1）和因瓦钢精密水准尺。梁段图2箱梁高程测点如置示意箱梁悬臂施工的挠度观测分为三个阶段（如图3 ）：挂篮移动后；张拉预应 力前；张拉预应力后。阶段、的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度 效应；阶段、的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应；阶段 、（1）的测量数据之差反映挂篮移动产生的挠度效应。通过三个阶段单项实测值和 理论数值的比较可以看到问题出现在哪里，哪个阶段吻合，哪个阶段偏差大一些。若有问题,挂蓝移动后：1指挂蓝移动祖位、模板安装完毕:2.测址位逍如图所示。张拉预应力前：1指本节段张拉预应力前:2.测址位逍如国所示。图3箱梁悬臂浇筑三阶段测量的位置 和内容3.

14、2. 3温度对线形监控的影响温度对箱梁挠度的影响不可忽视，这已成为共识。有资料表明，在长悬臂施工 阶段，由于温度变化产生的悬臂挠度往往超过40mm, 40mm的影响量对挠度观测结果 会产生很大干扰，因此施工监控中必须重视温度对箱梁挠度的影响。表2杜步3号桥箱梁温度挠度随气温变化观测结果测试时间温度测量标高测量墩左箱梁/C墩右箱梁/C大气温度/C墩左标高/m28293031GDGDGDGD6:0021.821.921.7281.735281. 749281. 789281.763281. 842281.816281.896281.8708:0023. 123.225. 1281. 732281.

15、 747281. 785281. 761281.839281.813281.894281.86510:0024.925. 128.2281. 729281. 745281. 781281. 759281.836281.810281. 892281. 86012:0027.627.830.8281. 726281. 743281. 777281. 757281.832281.807281.89281.85814:0031.531. 735. 3281. 723281.741281. 775281. 753281. 828281. 804281.888281.85616:0034. 134.337

16、.0281. 720281.739281. 773281. 749281.827281.803281. 884281.85418:0034.534. 735.7281.721281. 737281. 773281. 750281. 829281.803281. 882281.853最大挠度/mm1512161415131417墩右标咼/ in49505152GDGDGDGD6:0021.821.921.7282.921282. 68282.979282. 733283. 038282. 785283. 093282.8398:0023. 123.225. 1282. 92282. 676282

17、.977282. 729283. 036282. 783283. 091282. 83610:0024.925. 128.2282.916282. 672282.975282. 727283. 032282. 78283. 089282. 83312:0027.627.830.8282.912282. 668282.973282.725283. 028282. 777283. 087282. 8314:0031.531. 735.3282. 908282. 664282. 971282.723283. 024282. 774283. 085282. 82716:0034. 134.337.02

18、82.904282. 661282. 969282. 721283. 02282. 771283. 081282. 82418:0034.534. 735.7282.905282. 662282. 967282. 72283. 022282. 772283. 081282. 825最大挠度/mm1719121318141215备注1.测量时间：2008年10月5日；2.本计算未考虑收缩徐变的影响。从表2实测数据，可以得到以下结论：温度变化，箱梁挠度不是马上跟着变化，具有滞后的现象，即当温度升高了， 箱梁不是立即跟着下挠；左右两侧在观测时间内的最大挠度有一定差别，这有可 能和薄壁墩由于温差的变化

19、产生的弯曲变形有关；从表4-10实测数据来看，温度 每升高1C,悬臂的挠度约1mm；由于温度的升高，箱梁有普遍下挠的规律，因而 对施工阶段挠度观测结果产生很大的误差。为此，施工控制观测应在气温基本相同 的情况下进行。根据上述温度观测数据并应用上述温度挠度变形测量成果，对立 模标高的确定进行修正，取得较好的效果。3. 2. 4合龙高差2008年10月3号最后一个悬浇段的标高提供完，18号开始合龙（图4）。表3合龙阶段主要结果合龙合龙时间合龙温度设计合龙高差实际合龙高合龙精度段/C/cm差/ cm/cm12008. 10. 18214.46.01.622088. 10. 31202.54.52.0

20、32008. 10. 23212.53. 10.642008. 10. 23212. 11.01. 111 / 101. 1 2.05.60.95 2008. 10.31203. 16 2008. 10.21214.7图4杜步3号桥箱梁合龙后英姿3. 3主桥应力监控应力监控的目的是保证大桥安全施工，通过对箱梁顶、底板以及主墩应力的监 测来了解结构的实际应力状态，那么箱梁和薄壁墩的应力测点应本着“少而精”的 原则布置在结构最不利位置上。箱梁和薄壁墩应力测点布置见图5。全桥共有15个 断面，其中上部10个断面，下部5个断面，断面的应力传感器布置见图6,总共100 个测点。主墩的1-15-1测试断面

21、是墩底离承台2. 0m,箱梁顶板上的测点、箱梁 底板上的测点均顺桥向水平布置，腹板上的测点纵向按45度方向布置；墩底、墩顶 断面测点均按竖向布置。图5应力监控断面布置/m12.255/:. |主壊断面箱梁断面图6应力监控断面测点布置/m应力计随混凝土浇注埋于结构内，对要使用的应力传感器进行标定，筛选出质 量可靠、性能稳定的。对埋入的应力传感器应注意以下儿点：应力计应和主筋同 一位置深度、同一走向，且尽量放置于主筋下方以防震捣时损坏；应力计埋设时 选择好合适的初频；应力计在和主筋焊接时要注意洒水冷却，防止高温传导损坏 应力计；温度传感器应和应力计置于同一位置深度，真实反映应力计埋设位置的 混凝土即时温度；应力计引出导线都应编号并制作专门的硬套管和保护盒。通过施工阶段的应力监控，可以得到如下结论：底板、腹板位置的主拉应力、 顶板实测数值和理论值相比，基本吻合，变化规律正确；后期偏大，规律性基本一 致。这在其他它桥上也有类似情况，分析原因：空间分析和平面分析的差异； 局部应力影响，比如测点正好靠近某根预应力束；扭矩的影响，弯桥外边缘弯曲 应力大于内边缘，受力不均匀；薄壁墩的应力实测数值和理论数值相比，吻合较 好，略有波动，随着全桥合龙及通车运营，结构应力将趋于平稳；无论箱梁还是 薄壁墩，在悬臂箱梁块