【摘要】 施工监测的意义在于,监测所形成的成果可以对误差进行分析、预测和并采取措施进行调整,以此来保证施工沿着预定轨道进行,从而保证主梁合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于设计中规定值以及合拢后桥面线形和结构内力符合设计要求。
【关键词】 连续钢构桥施工监测方法
大跨径连续钢构桥梁施工过程中,箱梁位移预测状态与实际状态总存在差异。在施工现场监控中,需要对理论计算数据和现场测试数据进行对比,并据此在以后的施工过程中进行修正。在施工过程中,预应力连续刚构桥主梁挠度变化十分复杂,几乎每时每刻都在发生变化,其变化可归纳为三种类型:一种类型是随外荷载变化,主要伴随施工工序而产生,如梁段混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮行走等,这类挠度变化快,其变化速度与工序进展速度相关,与时间关系不大;第二种类型是由于混凝土自身的收缩、徐变特性,使得主梁挠度随时间缓慢变化,变化过程呈指数曲线,前期快,后期慢;第三种类型是随着环境温度的改变,主梁与墩身内部的温度发生变化从而产生挠度,其变化过程具有周期性,波动性大,变化幅度也大。在实际施工中,由于产生上述三种类型挠度的原因受外界影响很大,其很难与事先估计的理想状态相符合,所以必然会对主梁挠度产生影响,使实际挠度与理论挠度存在一定的差异,从而影响桥梁标高。因此必须根据施工实际,随时调整理论计算模型,使之与施工实际情况相符,再按修正后的模型确定新的结构挠度,从而达到标高控制的目的。通过对箱梁控制截面混凝土应力监测,可以了解在节段悬臂浇筑、预应力张拉、移动挂篮以及体系转换前后控制截面混凝土应力变化情况,确定施工过程中截面应力是否在设计范围内。另外,应力监测传感器埋置于桥梁结构内部,具有一定的耐久性,在成桥荷载试验时,可以监测控制截面应力变化情况。
总之,通过施工监测获得各阶段结构内力、变形以及其它特征量的数据资料,是对大跨径连续钢构桥梁实施控制、调整的主要依据,同时也是监测施工、改进设计、确保结构施工安全的重要手段。
1 主桥上部结构监测
为了确保大桥施工过程的安全,进行主梁某些关键截面的应力测量是必需的。混凝土主梁随着悬臂长度的增大,主梁根部截面受力逐渐增大,同时,受温度变化的影响,还存在复杂的不均匀温度变化,如日照影响等。为了比较准确的分析和判断结构的实际受力状态,必须对主梁应力进行监测。
1.1 主梁线形监测
主梁的高程测量是为了能反映出在各施工阶段(混凝土浇筑、预应力张拉、挂篮前移等)完成后各梁段块件的标高,从而得到各施工阶段后的主梁线形。重要的是通过前后施工阶段的梁段标高变化计算出主梁的实际竖向挠度,以便与计算挠度值相比较,及时调整偏差,为施工控制分析提供直接依据,为大桥施工提供保障。线形监测的主要内容包括:变形监测网的建立;测点布设;监测阶段及频次;变形评估。
(1)变形监测网的建立:悬臂箱梁挠度变形监测系统的建立主要包括测量基准点、工作基点及观测点的设置。箱梁挠度变形监测的基准网或基准点,应建立在稳定处,基准点的数量不少于2个,构成基准网。
当基准网或基准点离监测点距离不断变化、距离远,需要设工作基点。工作基点一般布设在承台面上和零号块顶面上。根据岸上的基准点,通过跨河水准测量的方法,监测承台上工作基点的稳定性;根据承台上的工作基点,通过悬挂钢尺等测量的方法,监测零号块上工作基点的稳定性。在各墩零号块上可布设两个工作基点。考虑到悬臂箱梁的施工自重会引起墩身的压缩变形以及可能的基础沉降、墩身温度伸缩、墩身收缩徐变的影响,工作基点每隔一段时间都要进行校核检查。
布置零号块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臂浇注段高程的观测基准点。
(2)测点布置:在梁段立模、混凝土浇筑、预应力张拉后,需要观测主梁挠度变化,以便与分析预测值作比较,并为结构状态修正提供依据。
悬臂箱梁的挠度变形监测,则是根据零号块上的工作基点,采用精密水准仪和銦瓦水准尺,以精密水准测量的方法,周期性地对预埋在悬臂中每一块箱梁顶板上的监测点进行监测,则不同工况下同一监测点标高的变化(差值),就代表了该块箱梁在这一施工过程中的挠度变形。运用三点监测法有如下优点:一是可观察该块箱梁有无出现横向扭转,二是同一块箱梁上测点有其对称的观测点,其监测结果可进行比较和相互验证,以确保各块箱梁挠度观测结果的正确无误,从而真实地反映变形,三是可以较好控制横向坡度的设置。同时,在每个块件的底板上预埋两个测点,通过对底板测点的测量可以测出挂篮的真实变形。
(3)主梁标高观测主要包括:立模工况(绑扎钢筋前)顶面和底面标高(包括当前节段在内的三个节段);节段钢筋绑扎后工况顶面和底面标高(当前节段);混凝土浇筑后工况顶面标高(包括当前节段在内的三个节段);预应力张拉后工况顶面标高(包括当前节段在内的三个节段)。为了尽量减少温度对挠度观测的影响,观测时间安排在早晨太阳出来之前。
(4)测量阶段及频次:在每一梁段的施工中均应作坐标测量。测量阶段为:挂篮前移就位后、立模绑扎钢筋后、混凝土浇筑完成后、梁段预应力张拉之前和之后、边跨或主跨合龙之前和之后、全桥合龙后剩余预应力张拉之后。立模时的测量范围为立模梁段和该梁段前已施工完成的一个梁段,混凝土浇筑后的测量范围为该施工梁段及该梁段前已施工完成的全部梁段。全桥施工过程中将设置一定数量的主梁标高通测和联测,并校核测量基点。在各跨合龙前后及体
表1 梁体线形监测阶段及频次
系转换前后安排标高通测。梁体线形监测阶段及频次见表1。
(5)9变形评估:每个梁段浇筑完成后应结合理论值及实时监测数据对梁段线形进行评估分析,找出测试及理论分析误差,进行误差回归分析,修正理论计算及下节段坐标预测值。合龙段浇筑前后、二期恒载铺装前对全桥线形进行比对分析,给出施工监控成果及线形误差值。
1.2 主梁控制截面应力监测
在悬浇过程中,悬臂长度不断增加,悬臂根部受到的弯矩不断加大,使悬臂根部的受力更加复杂。因此,需要及时监测箱梁关键断面的应力变化,掌握结构的受力状态,为评估结构安全和施工安全提供依据。因此,主跨结构应力监测是施工控制的另一项重要监测内容,且该项观测在每一施工阶段都要进行,并贯穿整个施工过程。
可在箱梁的根部截面、L/4和L/2截面布置应力及温度测点,主梁共设9个应力及温度监测断面,每个应力及温度监测断面布置6个应力及温度测点,顶板和底板各设置3个应力及温度监测点,每个应力及温度监测点距顶板顶面和底板底面约为10cm。应力及温度监测可选用钢弦应力计(包含测温元件)和配套的频率接收仪,钢弦应力计温度误差小、性能稳定、抗干扰能力强,适合于长期观测。
(1)测试仪器的选择、埋设。根据项目所要进行的现场监控量测项目,应力及温度监测可选择智能弦式数码应变计,裂缝观测可选用裂缝宽度观测仪,线形监测可使用自动安平水准仪。
应变计按预定的测试方向固定在主筋上,测试导线引至混凝土表面。施工过程中注意对应力计和引出导线的保护。
(2)测试工况。1)挂篮就位立模;2)混凝土浇筑后;3)张拉预应力后。阶段1)、2)的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度效应;阶段2)、3)的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应;本阶段3)、下阶段1)的测量数据之差反映挂篮移动产生的挠度效应。
(3)应力观测数据处理。根据应力测点埋设的应力计便可测得实际施工状态时箱梁内控制截面的应力,以此来对结构的安全进行监测。在各个块件在预应力张拉前后等阶段实测应力值,研究其变化规律并与理论分析对比。
2 主桥下部结构及挂篮变形监测
2.1 主桥下部结构
在主梁施工期间,随着悬臂长度的增大,作用在基础上的荷载越来越大,有可能使基础产生均匀或不均匀沉降。施工期间的基础沉降一般不会直接影响主梁施工质量和安全,但不均匀沉降会造成合龙困难,基础的转角位移会导致桥墩倾斜,从而引起主梁挠曲变形;过大的沉降还会引起合龙困难。因此,施工期间基础沉降的变形监测是施工监控的重要项目之一,也是验证基础设计和施工质量的手段。下部结构施工监测分为桥墩应力监测、承台基础沉降监测两部分。
2.2 挂篮变形监测
大跨径连续钢构桥梁一般采用挂篮悬臂现浇施工方法。在进行浇注梁段以前,需要对桥面挂篮进行试验,主要目的是验证悬臂施工时挂篮的起吊能力、安全性能,以确保施工过程能安全、快捷的进行。通过试验,一方面可消除挂篮的非弹性变形,检验挂篮的质量是否满足设计要求,检验挂篮的整体性是否满足实际受力要求(如翼缘板、腹板、底板是否会产生相对移动)。另一方面可确定挂篮在混凝土自重作用下的弹性变形,取得挂篮弹性变形与荷载的线性关系,为确定立模标高提供依据。同时,通过实验,发现问题并总结经验,为以后挂篮的设计与施工提出优化方案。
