单桩独柱墩多跨连续刚构桥施工监控技术

摘要：本文结合嘉绍大桥南岸7×70m引桥工程，对单桩独柱墩多跨连续刚构桥施工阶段变形控制、应力监测进行了分析。开展了多跨连续刚构桥合龙方案的研究。为同类型桥梁的施工和控制提供参考。

关键字：多跨连续刚构桥；变形控制；应力监测；合拢方案

中图分类号：TL372+.2 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）08-（页码）-页数

多跨连续刚构桥在施工与后期运营过程中，由于结构自量、施工荷载以及混凝土材料的收缩、 徐变等各种因素的影响，桥梁结构各个施工阶段的变形不断发生变化。为了使成桥后桥梁的线形符合设计的目标线形，保证施工质量和桥梁精确合拢，必须对其施工过程中的变形进行控制。同时，为了弥补设计计算中参数选择不合理或某些因素无法考虑的不足，为桥梁施工的各个阶段提供准确可靠的应力数据，使桥梁的施工和运行更加安全，必须进行施工阶段的应力监测。对于多跨连续刚构桥，由于跨径大、连续孔数多及高次超静定等因素，合拢方案的选择对合拢过程中结构的应力和监控提供的预抛高会产生明显影响[2]。基于以上原因，本文结合嘉绍大桥南岸引桥工程，开展7×70m单桩独柱墩连续刚构桥施工控制的研究。

1.工程概况

嘉绍大桥是嘉兴至绍兴高速公路跨越天然屏障——钱塘江河口段的一座特大型桥梁。其南岸水中区引桥为 7×70+（70+120+70） +4×70m 单桩独柱墩连续刚构桥，左右幅分幅设置。第一联7×70m为等截面预应力混凝土连续刚构，单箱双室截面，箱梁梁高 4.0m，顶板宽 19.8m，底板宽 10.9m。下部结构采用单桩独柱的结构形式，桩基础采用3.8m的大直径钻孔灌注桩，单桩最长为111m，桥墩为圆端型花瓶墩，墩高约40m。截止目前，7×70m连续刚构已完成各T构施工。

2.有限元分析模型

悬臂施工单个T构每侧分为7个节段，节段长度4m。按照有限单元法对结构进行离散，共离散为207个单元，214个节段，模拟为短主的桩基、桥墩和主梁均为梁单元。计算弹性长桩的受弯嵌固点在墩底下12m。采用MIDAS/CIVIL建立有限元分析模型。全桥共分为43个施工阶段。

图1 全桥有限元模型

3.施工监控

7×70m等截面预应力混凝土连续刚构桥，主跨跨度大，预应力体系复杂，具有较大的技术难度。

该桥施工监控的具体目标为：

（1）通过对悬臂节段的变形观测，使每个节段的高程满足设计要求，且使合龙段两端的高差控制在允许范围以内。

（2）通过对悬臂过程主梁主要截面的应力观测，确保主要截面的应力满足设计要求。

3.1变形控制

变形控制主要是指主梁的整体标高和局部平顺性要求，成桥后（通常是长期变形稳定后）主梁的标高要满足上述两方面的设计标高要求。在连续刚构桥梁施工过程中，立模标高是主要控制手段。

施工中立模标高按下列公式计算：

其中：

Hi立模-立模标高；

Hi设计-设计标高；

f1i-挂篮变形；

f2i-由以后各施工阶段（包括箱梁自重、张拉、挂篮行走）产生的变形；

f3i-桥梁在运营阶段产生的变形；

f4i-由混凝土收缩徐变产生的变形；

f5i-调整值（由于各种因素造成实测值与理论值的不符）。

箱梁每一控制截面设置底板控制点用于控制立模标高和测量混凝土浇筑完成底板标高，顶板测点用于测量预应力张拉前后顶板标高。

按各节段施工次序，每一节段按两种工况（即：混凝土浇筑后、预应力索张拉后）来进行箱梁挠度的测量。以N1号墩右幅为例，7#块施工过程中各节段变形结果如表1所示。

（1）同一个T构的南侧和北侧，悬臂节段各工况下的挠度基本对称。且与理论值吻合较好。

（2）6个T构在各工况下的挠度规律相同。

（3）同一截面上的各测点，在各工况下的挠度基本相同，说明在各工况下箱梁没有出现横向扭转。

3.2应力监测

对于本桥，应力控制的关键截面为悬臂根部截面。对这些关键截面进行应力监测，不仅可以控制结构倾覆弯矩，保证施工安全，还可以通过观测施工荷载作用下的应力变化，判断悬臂体系是否平衡。

在应变数据处理中，根据混凝土的收缩、徐变理论，并结合施工现场的实际情况，选择出适合于本次应力监测的理论分析方法，分别计算出混凝土的收缩、徐变对结构应变变化的影响，并根据实际温度场进行温度影响分析，然后从实测应变中扣除温度影响和混凝土收缩、徐变的影响，最后获得结构中因外荷载变化而产生的实际应变值。关于温度、收缩、徐变影响的剔除方法，文献[5，6]进行了研究。

通过对现场测试应变数据进行分析，结合试验室实测弹性模量，计算测试应力值，与理论计算值进行对比。图4、图5为N1#墩右幅，各节段张拉完实测顶、底板应力平均值与理论值对比结果。

通过悬臂施工实测应力与理论应力对比可知，测试截面顶、底板实测应力值与理论值基本吻合，表明在施工过程中主梁的应力处于安全范围。

4.合拢方案

7×70m连续刚构为多次超静定结构，由于上部结构混凝土的收缩、徐变，尤其是温度变化作用下，梁体会纵向伸长或缩短，这样不仅使主墩产生偏位，而且在梁、墩中产生较大的应力。

根据该连续刚构桥的特点，本文对四种合拢方案进行对比分析。

方案一：合拢顺序为，边跨次边跨次中跨中跨。

方案二：合拢顺序与方案一相同，次边跨，次中跨，中跨合拢前分别施加100kN顶推力。

方案三：合拢顺序为：边跨中跨次中跨次边跨。

方案四：合拢顺序与方案三相同，在中跨，次中跨，次边跨合拢前分别施加100kN顶推力。

各合拢方案下结构应力及各墩顶10a收缩徐变后水平位移如表2、表3所示。

由上述表格可看出，四种方案下各墩顶10a收缩徐变后水平位移接近。边跨次边跨次中跨中跨的合拢顺序更有利于桥墩受力。

由于桩基计算嵌固点处有钢护筒作为受力安全储备，且主梁简支墩处设置D320型伸缩缝，能够满足墩顶水平位移要求，同时考虑到顶推线性不易控制，7×70m连续刚构更适合采用方案一的方式进行合拢。

5.结语

本文针对单桩独柱墩多跨连续刚构桥的特点，结合嘉绍大桥南岸引桥7×70m连续刚构，进行了施工阶段变形控制、应力监测、合龙方案等分析。从变形控制和应力监测结果来看，本桥各项指标处于合理范围。本文的合拢方案分析对施工具有一定的指导作用，鉴于本桥结构体系的特殊性，后续将根据现场施工状况展开合拢方案研究，以确保该工程的安全和质量。

参考文献

【1】赵丽丽，陈思甜，王静.大跨度连续刚构桥施工中的变形控制研究[J].现代交通技术，2006（ 2）

【2】朱世峰，徐勇，宰国军等.重庆朝阳寺多跨连续刚构桥合拢顺序探讨[J].施工技术，2009（38）

【3】夏培华，杜松.单桩独柱墩多跨连续刚构桥合龙方案与水平顶推力研究[J].中国港湾建设，2011（1）

【4】杨洪军，黄辉，刘成龙.海沧大桥140m连续刚构桥施工挠度变形监测的理论与方法[J].黑龙江工程学院学报，2002（16）

【5】陈树礼，苏木标，张文学.混凝土连续梁桥施工阶段应力监测研究[J].石家庄铁道学院学报，2004（17）

【6】刘扬，涂荣辉.宜宾长江大桥主梁施工应力测试与分析[J].桥梁建设，2008（2）

【7】向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社，2001

作者简介：王稚中（1983.9-）；籍贯：四川广安；性别：男；学历：大学本科；职称：助理工程师；研究方向： 公路、桥梁、隧道