施工监控技术在大桥的运用范文

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摘要:

以吉水赣江特大桥的施工控制项目为背景，对大桥施工过程的计算分析、施工监测及参数识别等方面进行研究。从吉水赣江特大桥工程实际出发作出了分析和总结，为今后同类型桥梁的施工监控提供了有意义的参考。

关键词:

多跨预应力连续梁桥;施工监控;挠度监测;应力监测

0前言

吉水赣江特大桥位于江西省抚吉高速，是跨越赣江的又一重要桥梁。施工监控对该桥质量控制及后期营运安全至关重要。该桥面宽度29．5m，横断面组成:0．25m(栏杆)+1．5m(人行道)+0．5m(防撞墙)+0．70m(中央分隔带)+0．5m(防撞墙)+11．65m(行车道)+0．5m(防撞墙)+1．5m(人行道)+0．25m(栏杆)。吉水赣江特大桥总长2019m，吉水赣江特大桥全桥由主桥及引桥组成。上部结构主孔布置为:65m+2×100m+65m连续梁，箱梁采用变截面三向预应力单箱单室连续箱梁结构。下部结构主墩采用壁厚3m的实体墩，基础为钻孔灌注桩基础。桥台采用肋式桥台，基础为钻孔灌注桩基础。设计荷载标准:公路－I级。

1计算模型的建立

在进行仿真计算时，按悬臂施工阶段(梁段)离散了箱梁单元(1#～12#块每个施工梁段划分为一个单元，0#块划分为五个单元)，采用了桥梁博士软件进行仿真计算。从计算结果中可以反应箱梁变形、应力情况，吉水赣江特大桥整个桥梁现离散为193个梁单元，其结构计算简图见图1所示。由于连续梁桥在施工合龙前是静定结构体系，并且合龙前后在墩顶和梁的接触位置处始终是固接状态形成刚臂。因而吉水赣江特大桥在边界条件的处理上，采用了墩梁固接处以墩顶单元节点为主节点，上部的梁单元节点为从属节点形成固接状态。在墩底的边界处理上，采用固定约束的简化处理。

2控制测点布置

2．10#块布置高程测点0#块是箱梁悬臂法施工的起始部位，吉水赣江特大桥将它的顶面作为测量的基准点(面)，在这布设测点可以控制顶板的设计标高，同时也是各悬浇节段高程测量的基准点。

2．2各悬臂浇筑节段高程观测点控制成桥线形的基本数据和关键来自挠度的测量。吉水赣江特大桥在预应力混凝土连续箱梁悬臂浇筑过程，在每个悬臂浇筑的梁段端点布置了3个高程测点，目的是为了观测箱梁的竖向挠度变形及扭转变形情况。测点预留约5～8cm长的钢筋在顶板上缘，对称布设在悬臂浇筑梁段端头20cm的截面。钢筋顶端作好标记以免破坏，测点布置见下图2、图3。

2．3应变测点布置根据吉水赣江特大桥悬臂施工方案及该桥受力特点，将测试重点放在预应力混凝土箱梁的纵向应力上。设置纵向箱梁应力测试截面在悬臂浇筑各T构根部、1/4L、3/4L处。各控制截面分别布置了8个测点，见图4所示。

3吉水赣江特大桥施工控制过程

在吉水赣江特大桥施工过程中对每一截面都要在立模前后、浇筑混凝土前后、张拉预应力筋前后、移挂篮后进行观测，观察各控制点的挠度和箱梁挠曲变形轨迹。从而就确保了悬臂浇筑的精度，为最后合龙和成桥线形提供了有效保障。

4误差分析及措施

4．1混凝土弹性模量误差由于混凝土材料、养护、施工实际状态和混凝土龄期等多方面的原因，实际工程的弹性模量与设计规范规定会有较大的区别。吉水赣江特大桥混凝土弹性模量E的取值采用同龄期混凝土的实际弹性模量来分析来减少该误差。

4．2温度影响误差悬臂施工时虽然这一阶段的主体结构为静定结构。然则由于预应力钢筋束和混凝土力学机制差异很大。在环境温度发生变化时，预应力钢筋束和混凝土的变形量不同且不能各自自由变形。应力重新分布致悬臂段产生温度应力。为研究温度场影响效应，在吉水赣江特大桥的施工过程中，我们对长悬臂箱梁标高在温度变化时影响规律观测，也进行了箱梁应变24h连续采集，再通过实体结构温度场力学模拟修正误差。

4．3钢弦应变计的安装误差为了确保智能钢弦式数码应变计安装可靠和稳定，我们预先采用细扎丝将其捆扎固定在上下缘的纵向钢筋上，钢弦式应变计的位置距离箱梁顶底面还约10cm左右。那么测试应变与箱梁顶底面的外缘应变间就有些差异。而且由于安装的关系智能应变计安装与桥梁纵向线也不可能完全重合。另外在混凝土浇筑与振动捣实的时候，智能钢弦式数码应变计会受到不同方向的非平衡荷载的挤压，也可能使得应变计的方向偏差。因此我们加强施工管理确保安装误差最小。

4．4混凝土应变滞后误差受力混凝土应变滞后性主要是出现预应力钢筋束张拉后，由于混凝土材料和施工状况等，应变传播速度在梁体各截面随悬浇臂阶段不同而不同。预应力钢筋束短应变滞后性尚不明显。预应力钢筋束长，应变的滞后时间与截面距张拉端的距离相。靠近张拉端的截面基本无滞后，远端则相反。如果应变测试时机过早，有可能未能捕捉到外力对应发生的应变，应变测值偏小，但应变测试时机太晚则不便施工。吉水赣江特大桥待各截面应变稳定后进行应变测量，通过试验确定在预应力钢筋束张拉后约8h测量，这样就可以最大程度使得这一误差减小。

4．5混凝土收缩徐变误差混凝土的收缩和徐变的影响在施工措施中不可能完全消除。那么我们只能在吉水赣江特大桥仿真计算与施工控制中计入混凝土的收缩与徐变的影响，并测量同期试块来尽量的模拟这一影响。

4．6钢弦应变计调零误差智能钢弦式数码应变计绝大多数稳定性良好，在同温度、同工况下测量值有很好的复现性。但初读数的时机应好好把握，必须减小初读数产生的误差。吉水赣江特大桥采用多次初读，用数理统计的方法确定可靠的初读数。

4．7预拱度高程测量的误差高程测量的误差的产生是多方面的主要有仪器误差、观测误差、外界条件影响及温度影响等四大方面。在监控实践中采用了常用减小这些误差的措施外，还在后期数据处理中采用参数估计的方法甄别筛选及调整分析。主要采用参数估计准则有灰色系统理论法、Kalman滤波法以及最小二乘法。 

5吉水赣江特大桥监控小结

5．1变形监控吉水赣江特大桥全桥共4个合龙段，合龙精度和合龙温度符合设计要求。下表1为29跨半幅通车前标高测量结果。线形控制基本达到了预期的目标。

5．2应变监控吉水赣江特大桥实测应力值略大于理论值，个别测点实测应力值与理论值偏差稍大，但仍在设计和规范许可范围内。现将29#墩T构控制截面应力监测结果列于下表2。由表2可见，吉水赣江特大桥实测值于理论值的相关性较好，施工过程应力是受控的。吉水赣江特大桥理论计算采用了平面杆系，而实际结构是空间实体。吉水赣江特大桥箱梁的实测应力测值稳定，数值无异常，现在看来这一计算简化是合理的。

5．3监控特点

(1)吉水赣江特大桥设计高跨比比较大(1/17)，腹板高度大，自重效应大，需要设置的预拱度大。一般同类型桥梁拱度最大设置为10～20mm，而吉水赣江特大桥比这大了10mm。这样施工测量及施工张拉控制都不利，因而在建设初期我方建议在大悬臂端将一次张拉措施改为二次对称张拉，项目部采纳了建议，从实际效果来看还是不错的。

(2)吉水赣江特大桥合龙段原本设计的加劲型钢设计在浇筑在腹板混凝土中。这样在合龙段张拉的时候，张拉预应力一部分被型钢承担了，就会导致合龙段混凝土预应力不足。为解决这一问题，我方提出方案是在:浇筑前将型钢置于腹板外与预留的钢筋头焊接好，这样在浇筑时型钢还是起到了原本的加劲作用，确保了合龙高差的控制。混凝土强度达到100%后进行张拉，待预张拉后(20%张拉力)，持荷尽快将型钢连接去除，再张拉到100%，这样就将预加力全部加到合龙段上了。这一方案同样得到采纳，实际效果良好。

6结语

依托了吉水赣江特大桥为工程背景，通过建立吉水赣江特大桥仿真计算模型，对吉水赣江特大桥施工全过程进行了仿真计算，为吉水赣江特大桥的施工监测与控制提供了理论监控数值，在吉水赣江特大桥悬臂浇筑监测与控制中得到了检验。同时研究其显著性参数对吉水赣江特大桥施工过程和成桥状态受力影响，希望能对其它工程有所借鉴。

参考文献:

［1］邵容光．关于预应力混凝土连续梁桥中的若干问题［D］．南京:东南大学，2001，(12):20－38.

［2］徐君兰．大跨径桥梁施工监控［M］．北京:人民交通出版社，2002:38－43.

［3］范立础．桥梁工程(上、下册)［M］．北京:人民交通出版社，1996:23－52.

作者：洪颖 凡汉云 单位：江西省交通科学研究院