连续桥梁施工质量控制要点解析

近年来，在大跨度连续梁桥施工中，一般采用自架设的悬臂浇筑施工方法，整个施工过程是一个结构逐渐形成，线形、应力不断变化的过程。虽然可以采用各种分析方法计算出各施工阶段的预抛高、应力等，但在实际施工过程中，由于施工条件的变化、混凝土收缩徐变、制作误差、施工临时荷载、挂篮定位及变形、预应力束张拉、量测误差和环境干扰等因素必将使结构实际状态偏离设计状态。如不及时有效地对系统加以控制和调整，随着主梁悬臂施工长度的增加，线形和内力可能会显著偏离设计目标。桥梁施工监控可以有效的避免和消除桥梁实际状态与设计状态之间误差，保证结构安全，对桥梁的施工质量和运营状态起着重要作用。

一、工程概况

某大桥主桥采用预应力混凝土连续箱梁，桥梁位于直线上，中跨跨中斜交角度为24度。上部构造均为变截面单箱双室，垂直腹板。单箱顶宽19.3m，底宽12.3m，翼缘板长3.5m，支点处梁高5m，跨中梁高2.5m，梁底缘按1.8次抛物线变化。腹板变厚度80cm(支点)~40cm(跨中)，底板变厚度75cm(支点)~25cm(跨中)，顶板箱室内厚度25cm，悬臂端厚20cm，根部厚60cm。设支点横隔梁，主墩顶处横隔梁厚度为200cm，梁端横隔梁厚度为150cm。

二、施工质量监控

施工监控主要有三方面的作用：①桥梁在建筑过程中，其变形控制在设计变形范围内，桥梁建成后，桥面标高及桥梁几何线形达到设计形状。②使桥梁在建筑过程中和建成后，各控制截面内力达到合理的状态。③在施工过程中保证桥梁的安全。根据以上要求，本桥拟定监控主要内容包括以下几方面：施工挂篮静力荷载试验;混凝土弹模、容重、强度的测定;桥跨结构变形监测;结构截面的应力监测;截面温度监测等。

1、施工挂篮静力荷载试验

挂篮荷载试验由监测单位配合施工单位进行，其目的是通过加载试验，实测挂篮的变形值，验证设计参数和承载能力，以指导施工，保证安全，为悬臂浇注施工高程控制提供参数，同时消除挂篮的塑性变形，改善挂篮的工作状况。挂篮在使用前，要求进行试压，试压目的是消除挂篮的非弹性变形和实测弹性变形值，对实测数据进行线性回归分析，推算出各梁段的竖向变形值，为悬臂浇筑时设置预拱度提供依据。

2、混凝土弹模、容重、强度的测定

混凝土弹性模量是混凝土的物理参数，高标号混凝土弹性模量的增长往往滞后于混凝土强度的增长，所以当箱梁块件施工周期较短时对梁端挠度的影响非常显著。对于混凝土受力状态，目前采用应变传感器，由应变转换至应力量需引入被测试结构材料的弹性模量。而实际混凝土弹性模量与所用骨料和混凝土强度等级有关，如果不了解实际结构混凝土的弹性模量及变化，就很难进行正确地换算

混凝土弹性模量具体测定工作的进行应根据桥梁所在自然环境情况、所用材料情况、施工工艺及工序情况来加以测定，需测定的参数如下：采取现场取样，分别测定混凝土在3天、7天、14天、28天龄期的弹模，为主桥预拱度修正提供数据。混凝土容重的测定也采用现场取样，在实验室用常规方法测定。

3、箱梁悬臂施工挠度监测与标高控制

位移监测应分为竖直面内的线形及变位监测及绕桥梁中心线的扭转两个部分，通过两个部分的测量才能准确掌握主跨的真实状况，有效地控制主跨的施工质量，保证施工安全。为尽量减少温度的影响，观测均安排在早晨太阳出来之前进行。

挠度的观测资料是施工控制中控制成桥线形最主要的依据。根据以往的经验，在每个施工块件上布置两个对称的高程观察点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每一个截面都需要进行立模时、混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、张拉前、张拉后的标高观测，以便观测各点的挠度及箱梁曲线的变化历程，以确保箱梁悬臂端的合拢精度及桥面的成桥线形。

4、箱梁控制截面应力监测

主跨结构应力监测是施工控制的一个重要监测内容，通过对箱梁控制截面混凝土应力监测，可以了解在节段悬臂浇筑、预应力张拉、移动挂篮以及体系转换前后控制截面混凝土应力变化情况，及时判定主跨应力是否超限，了解主跨安全状况，确定施工过程中截面应力是否在设计范围内。

主跨应力控制截面为墩顶部悬臂根部截面、最大悬臂的1/2断面以及悬臂合拢处。根据该桥特点在桥梁的根部、L/4以及边跨现浇段、中跨合龙段布置应力测试断面，每个断面在腹板的上下缘布置6个测点。

5、箱梁温度监测

温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节性温变和日温变化两部分。日温变化比较复杂，尤其是日照作用，会引起主梁顶底板温度差，使主梁产生挠曲，同时，也会引起墩身偏移。选择早晨太阳出来前对挠度进行观测，可以有效地消除日照温差的影响。但考虑到日照温差不可能完全避免，应在桥上布置测点，进行适时观测，并分析箱梁日照温度的情况。季节温差对主梁挠度的影响比较简单，其变化是均匀的，可采集各节段在各施工阶段的温度，输入计算机，分析其对挠度的影响。

本桥施工阶段主梁温度测试主要是为了：①消除自然环境下的温度作用对桥梁线形施工控制的干扰;②预防施工结构在混凝土低龄期时日照温度应力的拉应力区产生裂缝;③提出合理的建议合拢温度。在主梁混凝土灌注期间及梁体合拢前，选择良好的晴天，进行两个循环的温度观测。每个循环从第一天早上7: 00时起到第二天早上7: 00时每个小时观测一次，其中9: 00到19: 00每小时观测一次，每天18次。温度观测包括混凝土箱梁的上缘、下缘、腹板内外侧和大气环境温度测定等，测点布置在两个主墩墩顶截面、各跨跨中截面，全桥双幅共10个断面，以确保监测点照顾整体，不留死角和隐患。

三、施工监控模型的建立

本桥分为以下施工阶段：墩及0~1#号块的支架浇筑，2~11#号块逐节段悬臂浇筑，边跨现浇段的浇筑，边跨合拢段的浇筑，中跨合拢段的浇筑，共计划分27个施工阶段。每一个梁段施工阶段划分为10天，3天架立模板，绑扎钢筋，7天浇筑混凝土并等待其达到100%强度，张拉预应力筋。施工过程中所用挂篮自重为800KN，主梁的收缩及徐变影响按1000天考虑。

根据施工图设计文件及施工组织设计，采用有限元程序对施工过程进行仿真分析计算，计算内容考虑结构恒载、预应力张拉、分阶段施工流程、温度变化、混凝土收缩徐变、施工荷载、体系转换、二期恒载和活载效应，并按照施工组织设计中的桥梁施工顺序，计算结构变形、结构内力和应力分布状况，对设计进行全面的复核计算。

本桥采用GQJS进行计算分析，将桥梁结构离散为60个梁单元，61个节点，分别模拟各施工阶段的挂篮安装、混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮前移等施工工序，计算出各阶段截面应力及变形，及时调整下一个浇筑截面标高和张拉力，以便形成设计理想的线形和内力。

四、结束语

桥梁设计过程是一种理论性的设计和分析过程，如材料强度、弹性模量等均按规范取值，年平均温差、风载、降水等因素均由当地统计资料取得，而桥梁的施工过程是具体的工程实践过程，影响桥梁内力和变形的各种因素必然与设计值存在一定差异，施工荷载、实际混凝土弹性模量、容重及施加的预应力等不可能与理论计算完全一致。因此，在桥梁施工监控过程中，应按照施工和设计所确定的施工工艺，以及实际收集的材料指标及参数，对计算模型进行及时的、不断的修正，使计算值与实测值之间的差异最小，以便对结构的当前施工状态实施有效的控制，最终形成理想状态。

参考文献：

[1] 李长江《悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥》[M] 北京：人民交通出版社，2005.

[2] 马保林《高墩大跨连续钢构桥》 [M] 北京：人民交通出版社，2001

[3] 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.