張俊仁
(沐城測繪(北京)有限公司, 北京 100102)
近些年,伴隨高速鐵（tiě）路（lù）建設的快速發展,大型橋（qiáo）梁建設也隨之空前發展,不僅帶動了諸如設計、勘測、施工等相關產業的發展,也促進了沿（yán）線城市經濟的快速增長。與此同時,大型橋梁建設的施工及運營安全可靠性也逐（zhú）漸（jiàn）成為社會及管理部門普遍關注的重點問題。
為保證橋梁施工期間的安（ān）全可靠及運營期間的行車（chē）安全舒暢等,在其（qí）施工期間進行過程監測監控,已成為橋梁建設過程中的重要環節[1]。由於成橋的線形與內力受諸如（rú）材料性能、立（lì）模標高、施工工藝（yì）等因素影響[2],若施工過（guò）程中橋梁線形控製不嚴,將會影響正常合龍,甚至給後期運（yùn）營造成長期隱（yǐn）患。因此,一（yī）方麵必須在橋梁施工過程中利用測量手段對重要的數據進（jìn）行采集,及時掌握結構狀（zhuàng）態,並不斷（duàn）地通過計算修正參數,來調整和控製（zhì）主梁立模標高及軸線位置[3],最終使成橋後的線形（xíng）符合設計標準。另一方麵由於施工中的各種狀況與理想狀態下的設計假（jiǎ）定往往存（cún）在差異（yì）,因此還必須對關鍵控製截麵進行應力監測,對比結構實際狀況和設計狀況的差異,為結構主要（yào）計算參數識別提供依據[4]。
雲南（nán）新亞美穀物流園鐵路專線螳螂江特大橋為兩聯6跨預應力混凝土連續梁橋,跨徑（jìng）組合為（wéi）(48+80+51.15)+(51.15+80+48)m。上部結構采用（yòng）單箱但是直腹板、變高度梁體結構,下（xià）部基礎均采用灌注樁基（jī）礎,中支點（diǎn）截麵箱梁中心線處高6.0 m,跨中（zhōng）及邊跨直行段箱梁中心線（xiàn）處高3.3 m;梁部混凝土為C55;采用三向預應力體係。該橋用掛籃懸臂澆築施工,共分4個T構對稱澆築,懸臂澆注0～9#共10個梁段,中跨合龍（lóng）段為2 m,中跨合龍後懸臂澆注部（bù）分邊跨段,最（zuì）後為邊跨合龍。
線形控製監（jiān）測是通（tōng）過對墩頂標高、懸臂梁頂（dǐng）麵標高、主梁立（lì）模標高、主梁（liáng）頂麵高（gāo）程、對稱截麵高差、多跨線形通測、結構幾何（hé）形（xíng）狀等數據采集結合仿（fǎng）真分析、建（jiàn）模計算等過程對在建橋梁結構實施的動態監控過程。根據監測數據分析計算每（měi）個節段澆（jiāo）注的立模高度,並預測和調整下一節段的立模高度[5],確保分段施工後的（de）合龍精度及（jí）成橋後的線形符（fú）合要求。同時在橋梁分段施工中,校核實測應力與理論計算應力符合（hé）情況,掌握結構狀態（tài）,指導和控製（zhì）參數調整,來確保（bǎo）結構安（ān）全[6]。
3.1.1墩頂測點布置
利用橋梁沿線兩側（cè）的控（kòng）製網點,采用全站（zhàn）儀後方交（jiāo）匯法測出線路外預設基點的三維坐標[7]。將該點作（zuò）為（wéi）箱梁高（gāo）程的水準基點（diǎn）並定期聯測。
以0#塊（kuài）為例,布設高程觀測點來控製底板的設計標高（gāo）,並作為後續各懸澆節段的高程基（jī）準。0#塊（kuài）的（de）頂板共布設（shè）6個觀測點,為方便梁底標高的獲取,在箱梁裏側墩頂橫隔板處增設一（yī）高程控製點。0#塊（kuài）測點位置如圖1，其他塊參（cān）照0#布置。
圖1 0#塊高程觀測點布設示意圖
3.1.2截麵測點布置
圖2 懸臂前端觀測點（diǎn）布設示（shì）意圖
各梁段（duàn）的觀測點（diǎn）采用預埋方式,布設位置要求便於梁體標高的數據采集及成（chéng）橋後線形的複測,並采取保護措施。各梁段高程觀測點布設在梁段底板前端處,在澆築（zhù）過程中采（cǎi）取保護措（cuò）施。梁段（duàn）懸臂前端觀測點的（de）布設如圖2所（suǒ）示,其（qí）底板觀測點可用來控製梁底標（biāo）高,亦可對梁段標高（gāo）進行精（jīng）確控製。
3.1.3主梁平麵線形控製測（cè）量
主梁各（gè）階段的平麵線形控（kòng）製測量均在拆模後（hòu）采用高精度全站儀進行。線形控製測量步驟如下:
(1)主梁各節段的線形觀測
在懸澆節（jiē）段的過程中,每個梁段均在懸臂底（dǐ）板布置（zhì）測點進行監測。
(2)調（diào）整模板標高時測量
監控小組現場（chǎng）對底模進（jìn）行精（jīng）確測設,使測設的模板標高與立模標高精確符合,誤差不超過、-0～+10 mm。
(3)混（hún）凝土澆築完後測量
在混凝土澆築（zhù）完,並且達（dá）到測量條（tiáo）件後,將（jiāng）該（gāi）梁段的（de）2個底板測點與上1個澆築梁段的梁（liáng）頂測（cè）點聯測。
(4)預應力張拉前（qián）測量（liàng）
在混凝土（tǔ）養護時（shí）間（jiān）滿足預應力（lì）鋼筋張（zhāng）拉條件的前半日內,對該梁段2個（gè）底板測點進行（háng）測量。
(5)預應力張拉後測量（liàng）
在該梁段預應力張（zhāng）拉完並（bìng）且模板拆除後半日內對（duì）該梁段2個（gè）底板測點進行測量。
(6)施（shī）工過程現場巡視
在每一（yī）道工序現場巡視主梁情況,並做好詳細記錄,發現異常上（shàng）報（bào）。
(7)多跨線形的（de）通測
為確保全橋線形的協調（diào）性,除各跨須滿足（zú）線形控製（zhì）要求外,還須對主梁全程線形進行多次通測。
3.1.4施工過程控製（zhì）精度要求
滿足（zú）《鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》TB10415的要求,主梁懸臂澆（jiāo）築時,施工控製精度如下:
(1)立模（mó）標高允許偏差:10,-0 mm
(2)梁段軸線偏差≤15 mm;
(3)梁段頂麵（miàn）高（gāo）程差:±10 mm;
(4)合龍段相（xiàng）對高程差合龍段長的1/100,
≤15 mm;
(5)懸臂梁段高程:-5≤h≤15(mm)。
3.2.1應力監測點（diǎn）布置
鑒於結（jié）構的對稱性,以變截麵梁段為重點（diǎn）監測,監測點布設原則為T構的左右側交替埋設,分（fèn）別布設在梁段的（de）頂板中（zhōng）間（jiān）及腹板外側鋼筋,梁高>4 m的布設3個,梁高<4 m布設2個,監（jiān）測（cè）點均沿縱向布設,測縱向應變。各斷麵測點布置如圖3所示。
圖3 梁（liáng）體斷麵（miàn）監測點布置示意圖
3.2.2測試儀器
采用預埋振弦式應力（lì）計,量測精（jīng）度控製在±1.0/100(F·S)以（yǐ）內,量程:±1 500 με。
3.2.3測試方式
將（jiāng）待埋設的應力計按測試方向在主筋上固定,並將（jiāng）導線引到箱梁頂麵,如圖4所示。每個（gè）施工節段混凝土澆築（zhù）完成並且預應力張拉後,均測（cè）試（shì）應力。根據施工單（dān）位提供的混凝土彈性模（mó）量的實驗值進行應力計算。
圖（tú）4 應力傳感器布設示意圖
本案例為大跨度橋梁,施工過程及工（gōng）序複雜,影響成橋後的線形與受力參數因素較多,包括結構（gòu）剛度及（jí）自重、施工荷載、混凝土收縮徐變、溫度等[3]。而在線形控製（zhì）計算立模標高時,都事先將這些參數假定為理想值。因此（cǐ）施（shī）工中可能會存（cún）在實際值與設計值不一致的情況,為（wéi）了降低這種不一致性,在施（shī）工過程中需要對影響線形和受力的參數進（jìn）行（háng）現場采集,判定結構狀態。同時通過計算,分析（xī）每個（gè）參數對主梁線形影響程度,進而調整和修正待澆注的主（zhǔ）梁立模標高[8]。
因本（běn）橋為預應力混凝土連續梁橋,采用分節段逐步完成的懸臂（bì）施工方法,施工過程漫（màn）長而且複雜,因此在施工過程當中需要（yào）對每個階段（duàn）進行變形計（jì）算和受力分析[1]。為了達到線形控（kòng）製（zhì）的目的,首先（xiān）要依據（jù）設計資料對橋梁施工期間（jiān）的受力及變形進行有限元分析計算,確定每個階段理想的受力和變形狀態,據此指導和控製每個（gè）階段的結構施工,並最終確（què）保成橋後的線形和受力能夠符合設計標準。
結構（gòu）有限元分析的內容有:按照施（shī）工既定（dìng）工序,結合設計基本參數,對結構進行正裝、形變分析（xī）、控製截（jié）麵（miàn）應變、應力及內力計（jì）算、結構預拱度計算分析,以確定立模（mó）標高[9]。常用的有限（xiàn）元計算軟件有MIDAS/Civil、ANSYS和橋（qiáo）梁博士等。
本（běn）橋采用有（yǒu）限元計算軟件MIDAS/Civil建立有限元計算模型進（jìn）行分析,將主（zhǔ）梁每個節段劃分為2個單元,主梁共劃分為106個單元。通過模擬該橋的施工過程,預測各施（shī）工（gōng）狀態下（xià）的受力和理論變形。全橋有限元計算模型如圖5所示。
圖5 全橋有限元（yuán）計算模型
根據既定（dìng）的施工流程模擬本橋（qiáo）的施工過程。結合懸臂澆注施工方（fāng）法,本橋的主（zhǔ）要施工階段為懸臂施工0#塊-9#塊,中跨合龍,懸臂澆築部分邊跨段（duàn）12#和13#塊,邊跨合龍。每個主梁節段施工分掛籃前（qián）移,混凝土澆築,以及預應力張拉3個階段（duàn）。該橋施工過程共（gòng）劃分了43個施工階段,詳細施工（gōng）過程見表1。
表1 連續（xù）梁施工階段劃分
結構計算主要提供如下控製數據:
(1)各施工梁段的計算撓（náo）度值
①箱梁結構體自重、預應力（lì）及混凝土收縮徐變所引起的懸臂前（qián）端撓度值;
②掛籃彈性變形;
③活載撓度值。
(2)各施工梁段的立模標高
本橋作為大（dà）跨度連續梁（liáng）橋,其懸臂施工過程中撓度控製是施工控製的關鍵[10]。其目的是將計算結果以及各節段實（shí）測數據與（yǔ）設計計算結果比對,通過調整梁段預拱度值,確保成橋線形符合設計預期[11]。懸臂（bì）澆築各節段（duàn）立模（mó）標高計算公式如下（xià）:
(1)
式中:Hlmi為（wéi）i節點的（de）立模標（biāo）高,其中i節點為待澆築段箱梁底板（bǎn）前端點;Hsji為i節點的設計（jì）標高,因設計（jì）時提（tí）供的是（shì）軌底標高,所（suǒ）以各節段梁底的設計（jì）標高應按照設（shè）計軌（guǐ）底（dǐ）標高和梁高反推出來;∑fdi為i節點在施工過程中由恒載引起的向下的撓度累積值;fli為i節（jiē）點由靜活載所引起（qǐ）的撓度值;fgl為掛籃彈性變（biàn）形量。
5.1.1合龍後全橋（qiáo）標（biāo）高
在（zài）螳螂江大橋各節段施工（gōng）監控中,根據實測前期梁段的高程,計算本段梁體施工及後續梁段施（shī）工對本（běn）段梁（liáng）體變位（wèi）的影響,以及（jí）本段梁體的（de）立模標高,保證橋梁合龍精度和成橋線型符合設計要求。在每節（jiē）段主梁施工中,提供了梁段的立模（mó）標高,實測了混凝土結硬後及張拉鋼束後（hòu）梁體的標高。以7#墩墩為例,主跨合龍後,在跨中鋼束張拉之前全橋梁底高程具體數值見表2。
表2 7#-墩全橋合龍後梁底高程（chéng） 單位:m
螳（táng）螂江（jiāng）大橋（qiáo）合龍後,橋梁梁底的成橋（qiáo）線形與理論標高差值符合成橋線形和橋麵高程的設計要求。
5.1.2施工過程中橋梁標高（gāo）
施工過程中各節段標高和變形數據很多,也不一一列出,以7#墩主要梁段標高和變形為例,變化（huà）見（jiàn）表3和表4。
施工過程中,梁底實測（cè）標高（gāo）與理（lǐ）論標高差值大部分控製在2 cm以內,符合設計要（yào）求。
表3 7#墩-8號塊(邊跨側)實測標高和變形 單位:m
表4 7#墩-8號塊(中跨側) 實測高（gāo）程和變形 單位:m
5.2.1合龍後（hòu）主梁應力
跨中合龍時,以7#墩為例,主橋底、頂板應力實際測試值與理論計算值見表5和表6。
表5 主橋7#墩底板應力 單位:MPa
表6 主橋7#墩頂板應力 單位:MPa
實測主橋底、頂板混凝（níng）土未出現拉應力,混（hún）凝土無開裂現象。
實測主橋頂、底板混凝土最大壓應力小於（yú）12.0 MPa,實測與設計的差值指標均（jun1）滿足規範要求,應力實測值與理論計算值符合（hé）良好。
5.2.2施工過程主梁應力
因施工過程中測點應力數值太（tài）多,僅以8#墩0號塊（kuài）測點（diǎn）隨（suí）施工階段變化的情況（kuàng）為例,詳見表7。
表7 8#墩-0號塊（kuài）應（yīng）力隨施工過程變化 單位:MPa
實（shí）測8#墩0號塊頂、底板混（hún）凝土均未（wèi）出（chū）現（xiàn）拉應力,混凝土無開裂現（xiàn）象（xiàng）。實測8#墩0號塊底、頂板混凝土最大壓應力均小於12.0 MPa,滿足相應規（guī）範（fàn）要求,應力實測值和理論計算值（zhí）符合良好。
盡管（guǎn）設計人員在橋梁設計（jì）時盡可（kě）能考慮了施工中出現的（de）情況,但是由於影響因（yīn）素太多（duō）,事先難以精確估計,因此在施工過程中（zhōng）對梁體（tǐ）結構進行動態監測,並根據監測結果對施工過程中的（de）控製參數進行相應調整是保（bǎo）證橋梁質量的重要一環[12]。
本案例經理論計算和現場監控驗證,各施工工序引起的橋梁變位（wèi）的實測（cè）值和理論值符合良好,各施工階段高程控製準確,誤差在（zài）規範允許範圍之內,成橋線形流暢,達到線形控製的預期目標。但根據本項目特點,為保證橋梁運營質量,除（chú）施工過程的監測（cè）監控外,後期還應進（jìn）行靜（jìng）動載實驗及運營階段的狀態監測。同時根據後期監測資料分（fèn）析研究混凝土收縮徐變對本橋的影響程度,為今後同類型橋梁提（tí）供借鑒資（zī）料。
