1、連續箱梁橋懸臂施工監控研究與實踐郭成剛 劉和平 摘要：本文介紹了武廣鐵路客運專線廣州段跨京珠高速公路三王石大跨連續梁橋的施工監控思路、方法和執行過程，通過分析影響監控結果的影響因素，制定了合理的施工監控方案。并通過對這座橋梁的監控實踐提出了一種有效的應力控制理論，即“界限控制法”和“增量控制法”。文中還詳細介紹了監控過程中需要注意的問題和監測常用設備，這為以后大跨預應力混凝土連續梁橋的施工提供了有益的借鑒。關鍵詞：連續梁 懸臂施工 施工監控1 引言預應力連續梁橋作為一種結構剛度大、跨越能力大的橋型，在近幾十年得到了長足的發展。隨著預應力混凝土工藝的不斷完善，采用掛籃懸臂澆筑節段混凝土來建造大跨

2、度混凝土梁橋，目前在國內技術已經相當成熟。連續梁的分段懸臂澆筑法是目前國內外大跨徑預應力混凝土橋梁的主要施工方法，由于施工過程中要經歷逐段立模澆筑混凝土梁節段，分批張拉預應力鋼筋，逐步完成結構體系轉換和合攏等眾多施工工藝，所以橋梁結構在施工期內將產生復雜的內力和位移變化。為檢驗每一施工工況是否正常,確保施工安全和質量，尤其是保證成橋線型，必須對上部箱梁結構進行施工力學分析和現場監控，以保證成橋的線型和受力狀態與設計一致。2 工程概況488080004880圖1 連續梁總體布置圖 （單位：cm）三王石特大橋位于廣東省韶關市西聯鎮三王石村,跨京珠高速公路，其中心里程為DIK1989+871，孔跨布

3、置為：632324(48+80+48)預應力連續梁+2241832m簡支梁，共32跨全長1097.665米；連續梁位于三王石特大橋的9#12#墩，共設計3跨，梁段全長177.5m。連續梁跨徑組合為48m+80m+48m，主橋下部結構過渡墩為矩形墩、承臺、鉆孔灌注樁基礎；主橋上部結構為縱、橫、豎三向預應力鋼筋混凝土連續T構，變截面連續箱梁，跨中梁中心高3.85m，支點梁中心高6.65m，幅寬13.4m，節段長度為2.7m、3.1m和3.5m三種，箱室寬6.7m，頂板厚度40cm，底板厚40-100cm ,按直線線性變化，腹板厚90cm-60cm、60cm-48cm按折線變化，為單箱單室型式。利用

4、菱形掛藍逐塊懸臂施工。圖紙采用中鐵工程設計咨詢集團有限公司編制的無砟軌道現澆預應力混凝土連續梁通用參考圖。連續梁上部結構總體布置形式及截面尺寸如圖1、圖2所示。圖2 -斷面圖 （單位：mm）12502100900900155013400530859581500370015003 監控方案對高次超靜定橋跨結構(多跨連續梁或連續剛構，或斜拉橋)，其成橋的梁部理想的幾何線型與合理的內力狀態不僅與設計有關，而且還依賴于科學合理的施工方法。如何通過施工時的澆筑過程的控制以及主梁標高調整來獲得預先設計的應力狀態和幾何線型，是連續梁橋施工中非常關鍵的問題。變截面三向預應力混凝土連續箱梁，目前這種形式的橋梁分

5、析理論已經基本成熟；但是在三向預應力混凝土連續梁中，混凝土的收縮、徐變計算理論以及剪力滯后效應及角域應力的特殊性等結構的非線性問題尚需進一步進行研究，如實際橋梁設計時很難獲得橋梁的實際的溫度場，收縮、徐變的設計計算也很難與實際完全相符。由于對混凝土的收縮、徐變以及溫度的影響計算不準確，影響施工正常進行，甚至造成合攏困難等。盡管在設計時已經考慮了施工中可能出現的情況，但是由于施工中出現的諸多因素(如材料的彈性模量、混凝土收縮徐變系數、結構自重、施工荷載、溫度影響等)的隨機影響，事先難以精確估計，而且在實際施工過程中由于施工在測量等方面產生的誤差，會使實際結構的原理論設計值難以做到與實際測量值完全

6、一致，兩者之間會存在偏差。如不能及時地加以識別和處理，主梁的應力有可能發生積聚而超出設計安全狀態發生施工事故。所以在施工中對橋梁結構進行實時監測，并根據監測結果對施工過程中的控制參數進行相應調整是十分重要的。3.1 影響因素在大跨連續梁施工過程中，懸臂施工的關鍵是準確地控制橋梁結構內力和線型，而影響連續箱梁內力和線型的因素很多，根據以往進行的橋梁施工監控、及檢測的經驗，結合該鐵路大橋的具體情況，主要的影響因素概括起來有以下幾個方面：（1）橋梁施工的臨時荷載，包括人員、機具、掛籃等；（2）混凝土彈性模量；（3）日照及氣溫的影響；（4）混凝土收縮、徐變的影響；（5）混凝土澆注質量的控制。包括三向預

7、應力變截面連續箱梁懸臂澆注階段施工的立模標高及中線偏差、實際混凝土強度等；（6）預應力張拉應力控制。當上述因素與結構設計估計值不符，而又不能及時采集現場數據資料，未進行科學研究與計算分析，其結果必然導致結構合攏后線型與設計偏差較大、結構內力分布不合理，甚至引起結構合攏困難，使建成的橋梁達不到設計的使用要求，為此我們在本橋施工過程中主要根據以上影響因素進行以下監控工作。3.2 監控內容監控組根據三王石特大橋施工進度情況，主要開展了以下監控工作內容：3.2.1線型監測撓度觀測資料是控制成橋線型最主要的依據。根據以往的經驗，在每個施工塊件上布置5個對稱的高程觀測點，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可

8、以觀察箱梁是否發生扭轉變形。在施工過程中，對每一截面需進行立模、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、鋼筋張拉后的標高觀測，以便觀察各點的撓度及箱梁曲線的變化歷程，以保證箱梁懸臂端的合攏精度及橋面線型。高程控制點布置在離塊件前端10 cm處，采用16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固，并要求豎直。測點(鋼筋)露出箱梁混凝土表面5 cm測頭磨平并用紅油漆標記。33.533.50.20.2布置0號塊件高程觀測點是為了控制頂板的設計標高，同時也作為以后各懸澆節段高程觀察的基準點。每個0#塊件的頂板各布置20個高程觀測點，其他節塊均布置5個測點，這樣布置不僅可以測定全橋縱向線型，而且可以明確繪制各斷面的頂

9、板曲線，這樣就可以看出橋梁頂板的撓度線型，由于本橋使用掛籃施工，通過線型變化確定對掛籃支撐調整，尤其箱梁內箱的支撐剛度調整，保證橋梁線型，測點位置見圖3所示。其它截面測點在每個節段各664443.53.53313.4圖3 0號段測點位置布置圖設5個。高程的測量采用精密水準儀，澆筑完混凝土后，根據懸臂端埋設的高程測點進行變形觀測，并根據施工工況的具體時間安排進行觀測。3.2.2應力監測應變監控是連續梁橋施工監控的主要內容之一，它是施工過程中的安全預警系統，是對橋梁的實際受力狀態進行評判和確保施工安全順利的主要依據。結構某定點的應變也同其幾何位置一樣，隨著施工的推進，其值是不斷變化的。在某一時刻的

10、應變值是否與分析(預測)值一致，是否處于安全范圍是施工控制關心的問題，解決的辦法就是進行監測，在箱梁的控制截面布置應變量測點，以觀察在施工過程中這些截面的應變變化及應變分布情況，預告當前己安裝構件或即將安裝的構件是否出現不滿足強度要求的狀態，一旦監測發現異常情況，就立即停止施工，查找原因并及時對可調變量實施調整。應變計按預定的測試方向固定在主筋上，測試導線引至混凝土表面。上部結構(箱梁)總共布置11個斷面，分別為每個主跨的根部、1/4跨和跨中，每個邊跨的根部、跨中截面和合攏截面。每個根部斷面布置8個測點，除腹板2個測點與水平成45方向角布置外(測主應力)，其余6個測點方向均為順橋向布置；每個1

11、/4跨斷面布置8個，其測點方向均為順橋向布置；每個跨中斷面布置8個，邊跨合攏截面布置8個，其測點方向均為順橋向布置；共計88個。具體位置如圖2所示。9#墩10#墩11#墩1234567891011跨中截面合攏截面1/4截面根部截面12#墩圖4 傳感器布置段面及測點布置圖在連續梁橋上，根據對多種應力測試儀器的性能比較，考慮要適合長期觀測并能保證足(a) JXH2型埋入式應變傳感(b) SS型鋼弦頻率測定儀圖5 應變測試設備及接收裝置夠的精度，本項目選用丹東市虬龍傳感器有限公司生產的JXH2型埋入式應變傳感器(如圖5a所示)，讀數儀器采用配套的SS型鋼弦式頻率測定儀(如圖5b所示)。該傳感器采用薄

12、壁圓鋼結構，以鋼弦作為傳感器元件，工作方式為脈沖間歇激發式，具有性能穩定，不受導線長度限制，抗干擾能力強，使用于長期觀測等優點。布置應變計的原則為選擇關鍵截面布置測點，測試從混凝土澆筑前開始采集原始數據，澆注后3 小時采集第一次數據，至預應力張拉前測試一次，張拉預應力后測試一次；以后每當荷載出現較大變化或時間間隔3天左右對控制截面進行測量。先期主要測試混凝土的時效（收縮和徐變）應變，后期測試受力應變（應力變化工況）和時效應變（應力不變化時段）。3.2.3溫度監測橋梁結構處于一個變化的溫度場中，理論上說由于溫度變化，橋梁的截面應力和主梁標高每時每刻都在變化，這就給測量結果帶來不確定的因素，要完全

13、解決溫度問題，有很大的難度。針對三王石特大橋的溫度監測，根據以往經驗，監控組通過對氣溫的測量，推算結構溫度的影響，也取得了較好的效果。具體做法是在進行其它測試任務時，采用氣溫表測量箱內和箱外的溫度，測量精度控制在0.5以內。為了保證大橋施工達到設計要求的內力狀態和線型，使施工各階段的受力和線型更接近監控計算，必須對結構實際溫度進行實地監測與試驗，模擬出現場實際的溫度場，只有掌握了施工結構溫度場分布狀態才能有效地克服溫度效應對施工結構行為的影響。因此必須對現場溫度進行監測和試驗。具體測點位置見圖6所示。圖6 溫度測點布置圖11圖a JMT-36C型溫度溫度傳感器 圖b JMZX-300X綜合讀數

14、儀圖7 溫度測試元件及讀數裝置在連續梁橋上，用于橋梁結構溫度測試的常見元件有熱電阻、熱敏電阻、熱電偶等。根據對多種溫度測試儀器的性能比較，由于熱電阻具有構造簡單、適用方便、有較高的精確度和良好的敏感度的特點，并考慮要適合長期觀測并能保證足夠的精度，在本橋的溫度監測中將選用長沙金碼高科技有限公司生產的JMT36C型溫度溫度傳感器(如圖7a所示)為溫度監測儀器；讀數儀采用和JMT36C型溫度溫度傳感器配套得JMZX300X綜合測試議，(如圖7b所示)。3.2.4 幾何形態撓度監控橋梁的懸臂施工中，施工撓度計算與控制以及科學合理確定懸臂每一待澆梁段或懸拼段的預拱度是至關重要。只有預拱度設置合理，才能

15、保證一個跨徑內將要合攏的兩個懸臂端可能在同一水平線上，也才能使橋梁上部結構經歷施工和運營狀態，反復發生向上或向下的撓度后，在結構運營一定時間后達到設計所期望的標高線型。影響撓度的因素有很多，其中最主要的因素包括以下幾個方面：1施工階段的一期恒載，即梁自身靜載和預加應力；施工臨時荷載；懸澆的掛籃和模板機具設備重；4懸拼的吊梁機具設備重；人群荷載、大自然的溫度變化、濕度變化、風荷載；橋墩變位、基礎沉降、施工誤差等。在本項目監控中，對上述影響因素都做了考慮，采用橋梁專用分析軟件Midas進行分析模擬計算，并與實測數據對比，進行曲線擬合，通過目前對各段的線型控制，得到了較好的驗證，與設計線型比較吻合。

16、下面就連續梁橋各梁段立模標高的確定方法簡要介紹一下。立模標高的計算公式主要按下式確定：立模標高為： 上式中，分別為立模標高，設計標高，計算預拋高和掛藍變形值。設計標高由設計院提供，預拋高值由軟件模擬計算得到（本文中采用Midas模擬分析得到），掛藍變形值由通過預壓試驗得出的回歸方程得到。3.3三王石大橋施工控制目標本項目工作的目標是：把大跨度橋梁施工控制的理論和方法應用于三王石特大橋跨京珠高速公路連續梁工程的實際施工過程，對該橋施工期間的線型、混凝土應力等內容進行有力的控制和調整，即：根據施工全過程中實際發生的各項影響橋梁內力與變形的參數，結合施工過程中測得的各階段主梁內力(應力)與變形數據，

17、隨時分析各施工階段中主梁內力和變形與設計預測值的差異并找出原因，提出修正對策，以保證施工安全、優質、高效地進行，并確保在全橋建成以后橋梁的內力狀態與外形曲線與設計盡量相符。3.4 監控成果及分析在應力的監控中，本橋采用界限控制法和增量控制法相結合的方法。界限控制法，即在施工過程中，結構內部所允許出現的最大應力值，超過此值則認為出現異常，則應提出預警。本文中所述三王石特大橋連續梁，由結構分析和以往的試驗資料表明，控制截面的混凝土拉應力最大不超過2.5MPa，最大壓應力不超過19.6MPa。增量控制法，即利用應力測試的增量結果作為施工的應力預警參數。對于主梁的應力指標而言，由于采用的測試設備、人員

18、操作誤差、以及工人的施工水平等，根據國內目前的使用情況來看其應力測試的準確度尚不能令人十分滿意。并且設計計算和施工監控、監測計算一般只能給出線性平面應力的大小，而施工中存在箱梁的剪力滯后效應及角域應力的特殊性，因此應力的測試結果通常不用于直接的誤差分析，而是利用應力測試的增量結果作為施工的應力預警參數。監控單位對于測試中出現的應力異常變化及時作出預警報告。341應力測試數據由于監控數據很多，這里不能全部列出，表中只列出11#墩01斷面(8-8)的應力(應變)施工到4#塊的監測數據和理論計算數據。通過數據對比，大部分實測數據和軟件計算值是比較吻合的，這既說明了軟件模擬的正確性，也體現了橋梁在施工

19、過程中施工工序是正確的，大橋的質量是可以保障的，整個施工過程中沒有出現異常現象。11#墩1#塊工況測點位置應力（廣州） 應力（武漢）理論值混凝土澆筑后底板左0.238 0.729 0.075 底板中-0.007 0.174 0.075 底板右1.965 2.344 0.075 腹板中（左）2.429 2.418 0.006 腹板中（右）2.022 1.437 0.006 頂板左1.083 0.583 -0.063 頂板中0.592 0.580 -0.063 頂板右0.748 1.070 -0.063 預應力筋張拉后底板左-1.568 -1.691 -0.188 底板中0.302 -0.401

20、-0.188 底板右-1.004 0.434 -0.188 腹板中（左）1.583 1.275 0.726 腹板中（右）0.353 -1.467 0.726 頂板左2.148 1.993 1.827 頂板中1.621 1.606 1.827 頂板右1.548 2.307 1.827 11#墩2#塊混凝土澆筑后底板左0.585 0.338 0.153 底板中2.262 0.688 0.153 底板右0.751 0.489 0.153 腹板中（左）0.618 0.238 0.736 腹板中（右）-0.403 0.188 0.736 頂板左3.379 3.242 1.550 頂板中3.229 3.0

21、75 1.550 頂板右2.625 3.198 1.550 預應力筋張拉后底板左-0.458 -0.672 -0.296 底板中2.808 0.802 -0.296 底板右0.052 1.747 -0.296 腹板中（左）1.130 1.505 1.531 腹板中（右）-0.228 -0.539 1.531 頂板左6.549 5.974 3.583 頂板中9.545 7.920 3.583 頂板右5.194 5.017 3.583 表1 11#墩01斷面(8-8斷面)應力監測數據續表111#墩3#塊工況測點位置應力（廣州） 應力（武漢）理論值混凝土澆筑后底板左-1.392 -1.634 0.1

22、48 底板中1.347 0.001 0.148 底板右-0.299 2.776 0.148 腹板中（左）2.317 2.645 1.538 腹板中（右）0.642 -1.271 1.538 頂板左5.003 4.618 3.158 頂板中4.762 4.748 3.158 頂板右3.972 5.126 3.158 預應力筋張拉后底板左-1.100 -1.294 -0.361 底板中1.775 0.231 -0.361 底板右-0.124 3.260 -0.361 腹板中（左）2.541 3.098 2.332 腹板中（右）0.931 -1.027 2.332 頂板左6.720 6.577 5.

23、261 頂板中6.793 6.618 5.261 頂板右5.855 6.592 5.261 11#墩4#塊混凝土澆筑后底板左-0.866 -1.181 0.442 底板中2.018 0.345 0.442 底板右0.110 3.743 0.442 腹板中（左）3.102 3.550 2.342 腹板中（右）1.276 -0.929 2.342 頂板左6.435 6.067 4.675 頂板中6.483 6.290 4.675 頂板右7.601 6.160 4.675 預應力筋張拉后底板左-0.924 -1.407 -0.258 底板中1.836 0.174 -0.258 底板右0.052 3.

24、957 -0.258 腹板中（左）3.437 4.000 3.129 腹板中（右）1.621 -1.125 3.129 頂板左7.400 7.221 6.747 頂板中7.769 7.812 6.747 頂板右6.840 7.238 6.747 注：表中正值為壓應力，負值為拉應力標高量測數據標高量測是線型控制的一項重要手段，也是目前監控過程中的一項主要手段，它是保證橋梁成橋線型的主監控內容，所以尤其是工作人員在測量過程中一定要嚴謹，認真。對于線型的控制，其核心任務就是在實際的監控中不斷的采集現場實測數據，把每階段的實測撓度變形增量跟軟件計算結果進行對比，并對各種誤差進行分析、識別、調整，當對比

25、結果超出正常范圍內的允許誤差時，就需要對理論模型按照前面介紹的方法進行調整，直至理論值與實測值比較吻合。同時對結構未來狀態作出正確預測。現將三王石特特大橋連續梁11#墩各斷面5#高程點數據列表如下：表2 11#墩5#高程點標高對比數據11#墩5#高程點方向截面位置距墩中心距離（m）設計標高(m)調整后設計標高實測標高廣州10# -11#39.0 80.405 80.423 80.4009# -10#35.5 80.387 80.405 80.378 8# -9#32.0 80.370 80.387 80.365 7# -8#28.5 80.352 80.372 80.356 6#-7#25.0

26、 80.335 80.352 80.335 5#-6#21.5 80.317 80.333 80.323 4#-5#18.0 80.300 80.315 80.300 3#-4#14.5 80.282 80.302 80.285 2#-3#11.4 80.265 80.295 80.278 1#-2#8.7 80.249 80.277 80.236 0#-1#6.0 80.236 80.251 80.232武漢0#-1#-6.0 80.149 80.164 80.145 1#-2#-8.7 80.135 80.163 80.134 2#-3#-11.4 80.120 80.150 80.130

27、 3#-4#-14.5 80.102 80.122 80.109 4#-5#-18.0 80.085 80.098 80.084 5#-6#-21.5 80.067 80.081 80.064 6#-7#-25.0 80.050 80.065 80.048 7#-8#-28.5 80.032 80.050 80.039 8#-9#-32.0 80.015 80.030 80.014 9#-10#-35.5 79.997 80.012 79.999 10#-11#-39.0 79.980 79.995 79.982 通過各斷面5#點高程數據最后的線型分析，成橋線型與設計線型比較吻合，符合精度要求。3.4.3溫度監測數據通過對箱梁結構中預埋溫度傳感器的實時監測，并結合當地氣象部門的相關氣象信息，通過溫度變化趨勢，數據對比，分析，最終得出了橋梁結構本身的溫度場，與軟件計算值比較吻合，收到了很好的效果，為橋梁結構的監控實施提供了更全面的信息。.1通過溫度監測比較整理得出如下規律：混凝土在澆筑初期溫度上升迅速，水化熱效應明顯，大概26小時后達到溫度峰值，對于本橋來說溫度最高達到57.6，為腹板中間的位置。隨后溫度開始緩慢下降，大概經過45天的時間后，混凝土內部溫度開始穩定，并隨當