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裕溪河特大桥（70+125+70）m预应力混凝土连续梁悬臂施工线形监控技术

作者：唐坤尧

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第01期

摘 要： 随着我国交通事业的不断发展，急需修建更多的高墩桥梁跨越大江大河和深谷，而这些桥梁多数采用挂篮悬臂浇筑。作为施工质量保证的安全监控一方面是保证各个施工阶段能安全、可靠地进行；另一方面是结合测试分析和模拟计算，对施工过程中结构状态的变化进行有效的预测和控制，优化施工工序、保证工程质量。论文以在建的裕溪河特大桥

（70+125+70）m预应力混凝土连续梁悬臂施工为工程背景，对该预应力混凝土连续梁悬臂施工进行了现场监测，指导了该工程的施工，确保了桥梁的施工质量。 关键词： 桥梁工程；预应力混凝土连续梁；悬臂施工；现场监测 1. 工程概况

裕溪河特大桥298#～301#墩桥型布置为（70+125+70）m三跨变截面预应力混凝土连续梁。连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构，全长266.5m，顶宽12m，底宽7m。梁体中支点处梁高9.2m，跨中直线段及边跨直线段梁高为5.2m，梁底下缘按圆曲线R=467.125m变化。顶板厚50cm，腹板厚分别为45cm、65cm、85cm，底板厚由跨中的48.5cm按圆曲线变化至中支点梁根部的107.5cm，中支点处加厚到123.8cm。全桥共设5道横隔梁，分别设置于中支点、端支点和中间跨跨中截面。中支点处设置厚2.4m的横隔板，边支点处设置厚1.75m的端隔板，跨中合龙段设置厚0.8m的中横隔板。0#梁段长度为9m，悬浇梁段从1#～16#段长度分别为3.0×7m+4×9m，边跨现浇段长度为7.25m，边、中跨合龙段均为2m。裕溪河特大桥连续梁结构示意如图1所示。主梁采用悬臂法施工，箱梁单“T”共分16段悬臂浇注，0#块段长9.0m，1～7#梁段分段长3.0m，8～16#梁段分段长4.0m，合龙段均为2.0m。边跨现浇段长7.25m ，采用搭设托架浇筑完成。0# 梁段在主桥桥墩上设托架现浇，其余1～16#梁段采用对称平衡悬臂逐段现浇施工，悬浇最重梁段为2325.52kN。全桥合龙顺序为先边跨后中跨，在边跨合龙后、中跨合龙前进行体系转换。裕溪河特大桥采用的技术标准如下：设计车速：350km/h；桥梁宽度：顶板 12m，底板 7m；地震烈度：7度；设计使用年限：100年。 本桥主桥125m悬浇连续梁为大规模连续结构，为保证工程质量和施工安全，应进行施工控制，包括主梁悬浇、合龙及体系转换的应力、挠度测试及线形控制。大跨径桥梁的施工控制一般有两种方法：（1）采用纠偏终点控制的方法。即在施工过程中，对产生主梁线形偏差的因素跟踪控制，随时纠偏，最终达到理想线形，这种常用Kalman滤波法和灰色理论等。显然，这种方法工作量大，效果不一定理想。（2）应用现代控制理论中的自适应控制方法。即对施工过程中标高、内力的实测值与预测值进行比较，对桥梁结构的主要参数进行识别，找出产生偏差的因素，从而对参数进行修正，达到控制的目的。这种方法的重点在于对影响结构变

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形和内力主要设计参数的识别上，而一般只要及时对产生偏差的主要参数进行修正，则实测值与预测值拟合的就非常理想。裕溪河特大桥施工控制主要采用后一种方法，在部分区段采用前一种方法校验。

2. 施工控制主要工作内容及方法 2.1理论计算

复核设计计算所确定的成桥状态和施工状态。按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，采用相应计算程序对施工过程进行仿真计算，得到各施工状态及成桥状态下的结构受力和变形等控制数据。与设计相互校对确认无误后再作为本桥施工控制的理论数据。

（1）施工状态下以及成桥状态下各状态变量的理论数据：主梁标高、控制断面的应变； （2）施工控制数据理论值：立模标高。 2.2变形控制

主桥变形控制包括平面线形监测和挠度（高程）监测。本桥平面线形控制主要是控制每施工一个箱梁节段，桥轴线实际平面坐标是否与设计平面坐标吻合。平面线形控制精度要求为：桥轴线平面偏差≤5mm。具体测量要求：全站仪测距精度：±（2mm+2ppm）；测角精度：±2s。平面线形控制属常规测量监控，比高程控制要简单，因为其影响因素相对较少，容易控制。平面测点布置于每梁段前端顶板顶面中心（可兼作高程测点）。平面线形监测操作流程如图2所示。

主桥箱梁挠度（高程）控制是变形控制的重点。挠度控制的目标是准确提供每一个箱梁节段的立模标高。由于悬臂施工中箱梁挠度受混凝土容重、弹性模量、收缩徐变、日照温差、预应力、结构体系转换、施工荷载和桥墩变位等因素影响，导致箱梁计算挠度与实测挠度有差异，因此，实际立模标高应根据挠度实测结果，进行参数识别，正确分析每一个影响挠度的因素后给出。

2.3 主桥挠度（高程）控制

裕溪河特大桥主桥线形施工控制的重点是挠度（高程）控制，挠度控制是为了准确提供每一个箱梁节段的立模标高，其最终目的是使成桥线形尽可能地吻合目标线形。一切计算分析和对实测数据的处理都是围绕这个目标进行。由于实际的施工状态与理想状态有一定的差距，如果按照理论预拱度及挂篮变形值进行施工，将最终导致成桥阶段的线形与目标线形不相吻合，甚至有较大差异。此时，对各个施工阶段的挠度进行控制就显得尤为重要。 2.4 挠度控制具体实施方法

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2.4.1挠度测点布置

为了同时满足主梁挠度和轴线变形观测的需要，将在主梁各梁段前端设观测断面，观测断面距梁端20cm。每断面设3个测点，分别设在主梁顶板轴线及腹板中心处，测点采用Φ16螺纹钢筋（顶部打磨后涂漆），一端埋入箱梁顶板，另一端露出顶板顶面2cm，作为挠度监测的观测点。为了合龙时控制高差，同时正确反映主梁的施工变位，施工控制提供的标高为梁底标高，在挂篮前移阶段，标高为挂篮上现浇梁段底模的前沿中点（箱梁横向底面中点），在浇筑完混凝土后，通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与挂篮底模标记点的梁底标高，建立梁底与梁顶测点的标高关系，这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值推算得出。断面腹板附近横向设置两个测点有两方面的作用，其一是通过两个点的挠度比较，可观测到该节段箱梁有无出现横向扭转现象；其二是同一节段箱梁上有两个观测点，可以比较监测结果，相互验证，以确保各节段箱梁挠度观测结果的正确无误。图3为用红油漆标注的箱梁顶板监控测点。 2.4.2挠度控制精度

为了保证能准确分析测量结果，本桥采用工程三等水准测量的精度要求，这样的精度已能满足监控的要求。根据设计文件，挠度控制精度为：箱梁施工完成后顶面标高与对应设计标高高差≤±2㎝。 2.4.3操作流程

连续梁桥挂篮悬臂浇筑每一个箱梁节段可分为三个阶段，即挂篮前移阶段、浇筑混凝土阶段和张拉预应力阶段。以上三个阶段作为挠度观测的周期，即每施工一个梁节段，应在挂篮前移后、浇筑混凝土后和张拉预应力后，对已施工箱梁上的监测点观测一次，其标高变化就代表了该点所在箱梁在不同阶段的挠度变形全过程。这种观测程序，称为三阶段挠度观测法。为保证所测数据的连续性、稳定性，在每一阶段的测量中均选取最近施工完成的五个块段的测点进行量测。其具体操作过程详见图4所示。本桥在监控过程中严格按照三阶段挠度观测法的要求进行挠度监测工作（见图5所示），对每一节段的标高均进行了三个阶段的测量，并且在第八、第十、第十二、第十四、第十六箱梁节段预应力束张拉完成后以及体系转换后分别对全桥所有块段的测点进行了全面量测，以保证对全桥线形适时、实时监测，确保成桥线形尽可能地吻合目标线形。挠度观测，比较关键的是固定观测时间，以减少温度对观测结果的影响和施工对观测工作的干扰。本桥箱梁挠度观测严格控制在夜间11时以后至凌晨日出前这一时间段内进行，同时记录空气温度。尽量使测量时间相对固定，这更有利于进行数据分析。在标高控制中强调梁纵向曲线的顺滑，即使在某个阶段实际标高与理论计算不一样时，不必强行在下一梁段施工中立即全部调整过来，可以在以后几个梁段施工中逐步调整。重要的是保证梁的竖曲线和理论竖曲线近似，均匀连续，无局部的突起或下挠。边跨合龙段高程的预测是难点，因为现浇段高程已经确定，而且一般施工中已不可再变更，因此合龙段另一端即箱梁悬臂端高程的确定就十分棘手。本桥经验，至少要在三个箱梁节段前就要开始预测合龙段高程，否则万一出现偏差已无法调整只能强行合龙。