大跨度连续刚构桥监控测量重要性浅析

摘 要：以内遂高速公路沱江特大桥为例，概述了大跨度混凝土连续刚构桥监控测量的目的、内容、方法和措施，论述了沱江特大桥在监控测量中对线形与标高监测的一些理论与方法，经工程实践证明监控测量在大跨度混凝土连续刚构桥施工中对大桥的监控测量是十分必要的。

关键词：标高；温度；监控；测量

中图分类号：U672.7+4文献标识码： A 文章编号：

1. 工程概况

沱江特大桥位于四川内江到遂宁的高速公路，起于四合乡三堆铺村，止于富溪乡太平坝村，横跨国道G321，沱江。跨越主航道的主桥采用118 m+210m+118m预应力混凝土变截面连续箱梁结构。主跨箱梁采用单箱单室截面，梁底采用1.6次抛物线。箱梁顶板全宽13.75 m，粱底宽8 m，中跨跨中梁高4.8m，墩顶支点处梁高为13 m，边跨支点梁高为4.8 m，主墩采用双薄壁墩。横桥向长8米，壁厚1.8米，双壁外距9米。

2. 监控目的和必要性

内遂高速公路沱江特大桥监控测量的目标：通过对各项监测数据的分析与计算，找出实测值与设计预测值偏离的原因，提出修正及调整措施，保证内遂高速公路沱江特大桥主桥的顺利合拢和主桥在施工过程中的结构安全，成桥后桥梁线形及标高符合设计要求，整个施工控制工作符合现行规范要求。施工控制的指标如下：

（1）立模标高允许偏差：±5mm；

（2）合拢口两端相对差控制在20mm范围内；

（3）主梁轴线偏位：±10mm。

大跨度预应力连续梁桥跨越能力强，受力合理，结构整体性能好，造型美观，且施工相对简单，而投资比斜拉桥、吊桥低，是一种极有生命力的桥梁结构形式。

预应力混凝土连续梁桥从基础施工至通车运营，主要经历了悬臂施工、全桥合拢及桥面系施工等环节。尽管按照现有较为成熟的理论可方便地求出各主要施工阶段的变形值及预拱度，但结构的实际变形却未必能达到预期效果，主要是由于多种因素的直接或间接影响，如设计计算所采用的材料弹性模量、设计强度、混凝土的收缩徐变系数、截面尺寸及施工荷载等，与实际桥梁工程所表现的相应参数不完全一致，另外施工中还存在难以避免的立模误差、测量误差、预应力张拉观测误差等，使得桥梁施工过程中的每一状态不可能与设计状态完全一致，结构的受力及变形过程表现为非平稳的随机过程。上述偏差随连续钢构悬臂的不断伸长而逐渐积累，如不加以控制与调整，主要标高将显著地偏离设计目标，造成合拢困难，并影响成桥内力和线形。预应力混凝土连续梁桥采用悬臂浇筑施工，施工安全和线形控制至关重要。为了保证桥梁施工过程中的安全和施工优化调整，使桥梁各阶段的结构状态(几何线形和内力状态)最大限度地接近设计期望，需要进行桥梁施工监测与控制。

3. 主桥施工监控测量参数

3.1标高测量

3.1.1仪器及精度：采用苏光DSZ2 精密水准仪进行观测, 所有标高测量误差为±0. 5 mm。

3.1.2水准点布置

在桥梁两端承台位置设两个基准水准点,水准点的测设要求达到四等水准测量的要求,应采取切实可靠的措施对其进行保护,防止施工过程中损坏。主梁标高观测基准点由此引出,后期标高观测数据的校核也以此为准。

3.1.3工作基准点布置

当浇筑各墩0 号块混凝土时,在0 号块顶板中心位置用Φ16钢筋加工成10 cm 长埋置在混凝土中,钢筋头在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固,并要求竖直,作为布置的测量基准点。测点凹在箱梁混凝土顶面(10 cm ×10 cm ×3 cm) 方槽中,顶面套一个钢帽并做好标记,以对测点进行保护。

以后各梁段各阶段的标高观测均由该基准点引出。在每完成一个梁段的施工后、下一梁段开始施工前对测量基准点进行一次校验,在边跨和中跨合拢施工前也必须对其进行校验。

布置方法:短钢筋垂直焊接在最外层构造钢筋上,浇筑完混凝土后,露出顶面2 cm ,然后顶部套置钢帽,并对测点标号。

3.1.4主梁各节段标高观测点布置

布置位置:主梁各悬浇节段均需在浇筑混凝土前设置标高观测点,每个节段前端设置3个点(其中轴线上水准观测点亦作为轴线线形观测点) , 悬浇节段标高测点布置断面（1）悬浇节段标高测点布置平面图（2）

图1悬浇节段标高测点布置断面图

图2 悬浇节段标高测点布置平面图

3.1.5 测量工况与时间

对每一个悬浇梁段要进行4 个阶段的线形控制观测,

① 挂篮就位;②混凝土浇筑后;

③ 预应力钢束张拉前;④ 预应力钢束张拉完成后。

4个阶段的观测阶段中① ②阶段的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度效应; ③④阶段的测量数据之差反映箱梁在这段时间内由收缩徐变产生和环境影响的挠度效应以及箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应;本节段预应力钢束张拉完成后--下节段挂篮就位后的测量数据之差反映了挂篮移动产生的挠度效应。

测量时间在早7：00左右和下午5：00以后进行。在测量过程中，除考虑工序进展必须对每一工况进行例行测量外，还要对温度变化引起的挠度进行测量。为了找出温度变化引起主梁挠度变化的规律，对于一些重点工况，在工况不变的情况下，分别在早晨6：00左右（即温度较低）和中午12：30～14：30（即温度较高）时对其挠度进行测量，找出温差变化较大时挠度变化的极值，从而为确定待施工各节段预拱提供较为可靠的依据。

3.1.6 立模标高确定

在箱梁悬臂浇筑过程中，阶段立模标高的确定，是关系到线形是否平顺是否符合设计要求的一个重要问题。如果合理确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确控制，则最终成桥线形良好；如果考虑因素和实际不符合，则最终桥面线形将和设计有较大偏差。

该桥采用MIDAS计算桥梁悬臂施工的预拱度。施工中每一节点从浇注开始，在每一施工工况，其高程都是不断变化的。累计位移的反值就是施工预拱度。预测方法是将活载按照影响线布载或者全桥布载，计算三年收缩徐变，根据以往经验主跨跨中预拱度设置应比边跨预拱度大，线形按二次抛物线拟合。

3.2 桥轴线观测

观测仪器及精度: 采用全站仪进行观测, 轴线容许偏差:±5 mm。

桥轴线观测基准点布置于两侧桥头轴线上,基准点应保证全桥通视,要求其埋设位置准确。梁体上轴线观测点采用标高测量中顶板中间的测点。测量工况:同高程控制,轴线偏差应在各节段挂篮前移立模过程中进行修正;每浇筑3 个梁段,需要观测一次主梁轴线是否偏离,并在合拢前,做一次全桥线形的观测。

3.3 应力、温度监控

在大桥上部箱梁的控制截面布置应力测点，以便观察施工过程中这些截面的应力变化及分布情况。结合反馈控制实时跟踪分析系统，由反馈控制子系统提供可调整变量的调整方案。同时可根据当前施工阶段向前计算，预告今后施工可能出现的状态并预报下一阶段当前已经安装的构件或即将安装的构件是否会出现不满足强度要求的状态，以确定是否在本施工阶段对可调整变量实施调整

3.3.1 仪器选择

沱江特大桥的监控中，根据对多种应力测试仪器的性能比较，考虑适合长期观测并能保证足够的精度，选用JMZX一215智能弦式数码应变计和配套的频率接收JMZX-3001综合测试仪作为应力观测仪器。该应变计温度误差小、性能稳定，适合于应力长期观测。

3.3.2温度观测

混凝土桥梁的温度场是指受桥位环境温度的影响，桥梁结构表面和内部所形成的瞬时不均匀温度状态，其主要体现在长期温差和短期温差两种形式的作用上。两种形式的温差对本桥的线形产生重要影响，特别是悬臂施工时，温度对悬臂端标高影响是施工过程中不可忽略的因素，因而在施工过程中须对主桥温度进行长期监测口。主要测试内容如下：

(1)在主梁施工期间，重点测量较为极端天气下的气温变化。

(2)温度对结构变形和受力影响的测量。

(3)温度敏感性测量。待大概浇到最大悬臂状态时，选择一个天气状况较复杂的天气，进行24小时连续观测温度及标高。

4. 结论

在大跨径预应力混凝土连续刚构桥建设中,实施有效的监控测量是非常重要的。施工监测能够为施工各环节提供可靠的依据,确保桥梁施工质量和施工安全。现沱江大桥已经顺利合拢通车，通过对沱江特大桥主桥的监控证明,严格进行监控测量,即保证主桥结构的安全施工,也为大桥的合拢提供有力的技术支持。

注释：

MIDAS：midas Civil软件是一款主要针对桥梁结构分析与设计的有限元软件。

工况：动力设备在一定条件下的工作状况，即各个参数之间的相互关系。本文中测量工况是指测量环节的意思。

预拱度：上部结构和支架的各变形值之和,即为应设置的预拱度。支架受载后将产生弹性和非弹性变形,桥梁上部结构在自重作用下会产生挠度,为了保证桥梁竣后尺寸的准确性,在施工时支架须设置一定数量的预拱值。

参考文献：

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