对连续刚构悬臂施工控制的探讨

摘 要：本文结合笔者多年的工作经验，以某大桥施工为例，主要对连续刚构悬臂施工控制进行了探讨分析。

关键词：大桥工程;连续刚构悬臂施工;监测分析

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

1、工程概况

某大桥主桥为(55+90+55)ｍ的3跨连续刚构，桥宽33.5m，分左右两幅。下部结构为单薄壁墩，长8.5m，宽2.5m，高度11.2~12m；上部结构为分离式单箱单室箱梁，顶板宽为16.35ｍ，底宽为8.5ｍ，两侧悬臂长度各3.925ｍ，梁高5.0～2.0ｍ，采用纵向、竖向及横向三向预应力体系。箱梁0~1#块采用满堂式支架现浇施工，2~13#块采用挂蓝悬臂浇筑方法施工，其最终合拢经历较长的施工过程和体系转换过程。

2、施工控制目标

施工控制的目的是要对成桥目标进行有效控制，修正在施工过程中各种影响成桥目标的参数误差对成桥目标的影响，确保成桥后结构受力和线形满足设计要求。本桥施工监控要达到的三个控制目标。

(1)应力控制：目标是使成桥后的各个设计控制截面的应力状态满足设计要求。在施工过程中对每个施工环节的各种作用进行监测，控制施工过程中的截面最大应力满足规范与设计要求，保证施工过程中结构的安全。

(2)标高控制：目标是使成桥线形符合设计要求。为了实现该目标需要将目标进行分解，确立每一个节段的前端控制标高，标高控制以梁底面光滑平顺为原则来合理分配标高误差。

(3)稳定控制：目标是将实测应力限制在具有一定稳定安全系数的临界应力以内。

对于箱梁线形的控制，调整立模标高是最直接的手段。将参数误差引起的箱梁标高的变化通过立模标高的调整予以修正。箱梁弯矩控制截面可选为各施工梁段的典型截面，箱梁标高控制点可选为每施工梁段前端点。

3、施工控制

3.1理论控制数据计算

首先根据设计提供的有关资料对桥梁施工过程进行计算，计算时按照施工方案确定的施工加载顺序进行结构分析，严格计入结构几何非线性、材料非线性、混凝土收缩和徐变影响，最后将所得到的成桥恒载受力和位移状态（包括箱梁挠度，控制截面内力与应力）与设计进行核对，确认相互一致后，提供以下理论控制数据：

(1)各施工梁段的箱梁立模标高。在箱梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到箱梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。因此，立模标高的确定考虑的因素应尽可能与实际情况相符。

(2)各施工梁段的状态变量值。挂篮前移后、砼浇筑完成后以及预应力张拉后的悬臂前端箱梁测点位移值；箱梁施工过程控制截面的测点应力和应变值。

3.2施工监测内容

施工监测主要包括：结构设计参数监测、几何状态监测、温度监测、应力监测等。

3.2.1结构部分设计参数测定

混凝土弹性模量的测定：采用现场取样通过万能实验机试压的方法，分别测定混凝土在3d、7d、28d、60d龄期的值，以得到完整的E-t曲线，为箱梁预拱度的修正提供数据。

混凝土容重的测定：采用现场取样，在实验室用常规方法进行测定。

3.2.2 几何形态监测

(1) 测试方法。用精密水准仪测量箱梁各节段的标高；用全站仪对梁体进行平面位置观测。

(2) 0号块件高程测点布置。0号块件高程观测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇节段高程观察的基准点，布置在箱梁中心位置。每个0号块件的顶板各布置1个高程观测点。

(3)各悬浇节段的高程观测点布置。为测试每个悬浇梁段挠度及扭转变形情况，在各悬浇段梁顶、底板前端10cm处布置5个观测点，观测点为露出顶板（约5cm）的钢筋头。

(4）测试时间、流程。在每个标准梁段施工过程中，箱梁标高测量流程如下：钢筋扎好后混凝土浇筑前在观测点位置埋设钢筋，并观测点钢筋头的标高混凝土浇筑后测量观测点的标高预应力张拉后测量观测点的标高挂篮前移后观测点的标高在施工完第7号块和合拢前对全部梁段进行联测，确保合拢的精度；在合拢后、二期恒载前和二期恒载后对全桥箱梁标高各作一次统测。合拢后需将挠度观测点全部移至防撞栏上。

(5) 控制精度和原则。几何形态控制总目标就是达到设计的几何状态要求，主要是箱梁段挠度变形控制。为了保证控制目标的实现，每道工序的变形控制误差允许范围必须事先确定下来。

按有关规范并结合大桥主桥的规模、跨径、技术难度，变形控制精度和原则如下：

①立模必须在一天中相对稳定均匀温度场（一般为日出前）完成；

②立模标高允许误差：0～+5毫米；

③合拢的相对高差：±10毫米；

④悬臂浇筑预应力混凝土箱梁质量控制：按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041—2000）对轴线、断面尺寸等项目进行严格控制。

3.2.3温度监测

在箱梁施工期间选择有代表性的晴天进行温度—挠度观测试验，以得到挠度与温度(时间)之间的变化规律，修正结构状态的温度效应，确保合拢精度，使成桥状态最大限度地接近设计理想状态。

3.2.4应力监测

(1)测试方法。采用埋入式振弦应变计进行测试，埋入式振弦应变计按预定的测试位置和测试方向固定在主筋上。

(2) 测点布置。①主墩应力监测。以每个主墩的离底部3.5m处截面为施工监测截面，每个分离墩截面上各设置4个应力测点，监测墩的整体稳定性。②箱梁应力监测2号截面，中跨L/4截面作为控制截面，监测箱梁应力。

(3)检测方法。将要埋设的应变计按预定的方法固定在主筋上，将测点导线从箱梁底板或墩身模板引出。所有监测截面的应变计均选用振弦应变计，以满足应力长期观测的需要。全桥共埋设的应力计测点72个。

3.3控制分析

在各施工过程中，根据状态变量（控制点位移、控制截面应力）的实测值与相应理论值的差别对影响参数进行误差识别；根据已施工梁段的影响参数识别结果，对未施工梁段的相应参数进行误差预测；计算影响参数的误差对成桥标高的影响，求出立模标高的调整值。影响参数主要包括结构刚度、梁段自重、施工荷载、温度、混凝土收缩徐变、预应力的有效值等。

3.3.1温度监测分析

为了更好的了解温度—挠度的变化规律性、连续性， 对某大桥主桥47#墩左幅悬臂段进行的24小时连续温度---挠度观测试验，从下午18：00开始实验，第2天下午16：00结束实验，观测时间间隔为2小时,其观测数据如下图。

根据观测数据分析可温度---挠度之间变化规律如下：

(1)从温度数据可知，箱内温度（30～33℃）和混凝土内温度（30.3～34.4℃）较稳定，变化幅度小，箱外温度（28～45℃）变化幅度大，可知温差的主要是由箱外温度变化引起。

(2)箱梁的温差对挠度产生影响，气温上升时，顶面及箱外温度较高，在悬臂状态下梁体产生下挠；气温下降时，在悬臂状态下梁体产生上挠。本桥挠度的最大值为-10mm，发生在下午16:00左右，挠度最小值发生在早晨6:00～8:00左右。

(3)温度对梁体悬臂的挠度的影响，具有滞后的现象，就是说不会随着温度的变化而马上发生改变，挠度的变化需要一个时间过程。本桥挠度最大时间点并不是在温度最高的中午14：00，而是出现在下午16：00。挠度最小的时间不是出现在箱外温度最低的了凌晨4:00左右，而是在早上6:00～8:00左右。

根据上述规律可知随着在悬臂施工达到一定长度时，温差的影响比较明显，在几何线形控制分析中应充分考虑，修正结构状态的温度效应。

3.3.2应力控制分析

按照应力监控流程，及时观测了各施工工况下的各控制截面的应变应力值，并对实测值和理论值进行分析，从施工中所采集到的应力数据分析来看，各控制截面的应力应变都在控制的允许范围内。

现以17#墩控制截面为例，各控制截面在各工况下应力实测值与理论值对比图。

(1)墩身应力

(2)箱梁应力

3.4监控效果

3.4.1箱梁施工过程

(1)箱梁线形方面，线形标高误差≤±10mm，以成梁段整体线形平顺流畅。中跨合拢时精度左幅控制在5mm，右幅控制在1mm，确保了高精度合拢。

(2)箱梁各梁段成梁状态下，墩身应力和各箱梁关键截面上下缘实测应变与理论值吻合良好，最大偏差为3%，箱梁结构受力状况良好，符合设计要求，箱梁结构安全可靠。

3.4.2合拢成桥状态

(1)主桥箱梁标高实测值与理论值吻合良好，箱梁线形顺畅。

(2)主桥箱梁关键截面上下缘实测应变值与理论计算值吻合良好，表明箱梁应力处于安全状态，箱梁结构受力符合设计要求，受力状况良好，箱梁结构安全可靠。

4结 语

在施工控制分析中，计算结构的简化和各种计算参数的取用，必须准确反映该桥的实际情况。

(1) 施工过程中的误差控制与识别。施工过程中各种参数误差的控制与识别是控制成败的关键。施工过程中影响较大的参数有：挂篮工作状态、各种标号混凝土的重量、梁段重量、临时荷载、各构件的几何尺寸等等，一方面要严格控制其误差大小，另一方面要对不可避免的误差，特别是系统误差要进行有效识别，反馈到计算模型中去，修正理论轨迹。

(2) 施工控制中温度影响的考虑。温度是一种随机的变化因素，对施工过程中结构的变形和内力影响较大，因此，如何处理好温度问题是搞好施工控制的关键。在控制过程中采取了回避与修正温度影响相结合的办法，即关键工况（如立模）尽量回避温度影响，其他工况施工，在无法回避温度影响时，则以修正其影响为主，但温度的影响是无法绝对回避的。所以，在施工控制过程中，始终密切关注了温度的修正问题。

参考文献：

[1] 交通部.公路桥涵施工技术规范.[M] .人民交通出版社2000.