悬臂浇筑连续梁施工监控技术

王凯

摘要：悬臂浇筑连续梁采用自适应法进行施工监控，分别从施工方案、施工荷载、预应力控制、混凝土的收缩徐变、温度及几何非线性影响等方面入手，解决大跨度连续梁施工监控技术难题。

关键词：施工监控自适应收缩徐变温度

某城市道路跨绕城高速路，设计采用一联（72+128+72）m预应力混凝土双线变截面连续梁。箱梁采用单箱单室直腹式截面，中支点处梁高5.0m，端支点及跨中处梁高2.0m，其余部位梁高按照抛物线变化，箱梁底宽6.7m，桥面宽12.2m，全梁共分71个梁段。主梁采用悬臂浇注法施工，墩顶梁段分别在各墩顶灌注，其余梁段采用挂篮悬臂浇注施工,最大悬臂浇注重量2172.0KN。

1连续梁桥施工监控的主要内容

对大跨连续桥梁而言，理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有关，而且还依赖于科学合理的施工方法。如何通过对施工过程的控制，在建成时得到预先设计的内力状态和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。目前大跨度连续梁主要采用“自适应法”进行施工监控，目的就是通过在施工过程中对桥梁结构进行实时监测，根据反馈信息，评估各主要施工阶段主要构件的变形及应力变化状态是否符合设计要求，判断施工过程是否安全，结构是否正常工作；而当出现较大误差时，应对结构进行误差调整，并对设计的施工过程进行重新安排，从而保证桥梁建成时最大可能地接近理想设计状态，同时也确保施工期间的结构安全、施工质量和施工工期。根据以往这类桥梁施工控制的经验，大跨度连续箱梁桥施工误差主要出现在以下几个方面：

①混凝土材料的容重、弹性模量因混凝土配合比不同而异；

②环境温度、日照及空气相对湿度的影响；

③悬臂施工挂篮作用在箱梁上的反力、施工荷载等；

④施工时因模板变形等原因造成的梁段自重变化；

⑤混凝土收缩、徐变变形复杂性的变形差异；

⑥各梁段预应力的实际张拉力与理论值之间的差异等；

⑦预应力的松弛、徐变分析的不确定性；

⑧上部结构合拢顺序的变化。

2施工控制的结构分析

2.1施工监控分析计算方法

2.1.1施工控制计算考虑的主要因素

1）施工方案与施工荷载

由于预应力混凝土连续箱梁桥的恒载内力与施工方法密切相关，施工控制计算前首先对施工方法作较为深入的研究，并对主梁施工期间的荷载给出一个较为精确的数值。

2）预加应力

预加应力直接影响结构的受力与变形，施工控制中将在设计要求的基础上，充分考虑预应力的实际施加程度。

3）混凝土收缩徐变计算时，计入混凝土收缩徐变的影响。

4）温度。温度对结构的影响是复杂的，对季节性温差在计算中予以考虑，对日照温差则在观测中采取一些措施如指定观测时间和建立误差分析方法等予以消除，减小其影响。

5）几何非线性影响在施工控制计算中将考虑几何非线性的影响。

6）施工进度。施工计算将按实际的施工进度分别考虑各个部分的混凝土收缩徐变变形。

2.1.2施工监控分析方法

本桥在施工控制方面，主要采用自适应控制的思路。当结构测量到的受力状态与模型计算结果不相符时，通过将误差输入到参数辩识系统中自动调节计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量到的结果一致，得到修正的计算模型参数后，重新计算调整各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复辨识后，计算模型就基本上与实际结构相一致了，在此基础上可以对施工状态进行更好的控制。因此，施工控制是一个施工→量测→识别→修正→预告→施工的循环过程。

2.2立模标高计算

在主梁的挂篮现浇施工过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线形较为良好；如果考虑的因素和实际情况不符合，控制不力，则最终桥面线形会与设计线形有较大的偏差。众所周知，立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，总要设一定的预抛高，以抵消施工中产生的各种变形（挠度）。其计算公式如下：

Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgl

式中：Hlmi—i位置的立模标高（主梁上某确定位置）；

Hsji—i位置的设计标高；

∑f1i—由梁段自重在i位置产生的挠度总和；

∑f2i—由张拉各预应力在i位置产生的挠度总和；

f3i—混凝土收缩、徐变在i位置引起的挠度；

f4i—施工临时荷载在i位置引起的挠度；

f5i—二期恒载在i位置引起的挠度；

fgl—挂篮变形值。

其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘出挂篮荷载—挠度曲线，进行内插而得。而∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i五项在前进分析中已经加以考虑。

2.3参数识别与误差分析

按照自适应控制思路，采用最小二乘法进行参数识别的误差分析方法。当结构测量到的状态与模型计算不相符时，通过将误差输入到参数辩识算法中去调整计算模型的参数，使模型的输出结果与实际测量的结果一致。得到了修正的计算模型后重新计算各施工阶段的理想状态。这样，经过几个工况的反复识别后，计算模型基本上与实际结构一致，在此基础上可以对施工状态进行控制。在实际施工过程中的参数识别应该采用理论分析与试验测试相结合的方法，才能更准确、更迅速的识别参数误差。对于标高测量结果存在的误差，使用最小二乘法拟合成平滑曲线，将曲线上的数据作为结构测量状态参数识别和误差分析。

2.4立模标高的实时调整与预测

经参数修正的计算模型与已施工完的阶段状态一致，但在下一阶段，预测值与实际值不一定相符，所以每一个施工阶段均进行参数识别与误差分析，防止误差偏大。

3施工监控实施

3.1箱梁施工测量网的建立

为预应力混凝土箱梁悬臂浇筑施工服务的测量控制网如图示。

图2悬浇阶段梁测点布置示意（单位：cm）

每个悬浇箱梁节段在顶板上各设3个高程观测点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观察箱梁是否发生扭转变形。3个高程观测点以箱梁中线为准对称布置，测点离节段前端面20厘米处。标高测点设置后，要准确地建立该断面梁底高程的关系，测量成果以梁底高程为准。测点标志仍采用16毫米直径螺纹钢筋制作。在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，并要求垂直。钢筋露出箱梁截面混凝土面2厘米，露出端要加工磨圆并涂上红漆。悬浇箱梁节段的测点既为控制箱梁中线平面位置的测点，又为箱梁的标高控制点和挠度变形观测点。

3.3箱梁体系转换及合拢的监测

（1）连续箱梁体系转换及合拢段是全桥施工的重点，也是线形控制的重点。对施工悬臂的合拢精度要求为：箱梁平面中线位置误差不大于15mm；悬臂端高程差不大于+15mm、-5mm。

（2）在各孔体系转换及合拢段施工前，对各T悬臂箱梁高程进行联测。

（3）合拢段施工的高程观测按以下五个工况实测：安装模板前、浇筑混凝土前、浇筑混凝土后、张拉部分纵向预应力钢束后、张拉完所有预应力钢束后。

3.4影响箱梁挠度变形的因素处理

（1）挂篮变形

挂篮通过静载试验结果获得各级加载和卸载时，相应的支架变形值。

（2）支架和托架变形

支架通过静载试验结果获得各级加载和卸载时，相应的支架变形值。

（3）混凝土弹性模量与容重按有关规范规定，按箱梁悬臂浇筑混凝土现场取样，制成试件。先对试件进行尺寸精确量测，再由称重法测得实际容重。再分别测定7、14、28天龄期的弹性模量值。以得到完整的弹性模量与龄期t（天）的变化曲线。

（4）预应力管道摩阻损失的测定

预应力的大小决定了本桥的施工成败，因此预应力施工是本桥的最重要的施工工序。梁体顶板、底板索的预应力管道选取至少3束不同角度的预应力管道进行摩阻损失试验，以获取其设计中采用的预应力损失计算参数μ、κ。许多工程实践表明，采用悬臂施工桥梁，不同施工阶段或不同张拉吨位下，预应力束长度的不同，其μ、κ不同。因此在连续梁桥悬臂施工中，在不同的施工阶段（特别是在将要合拢的梁段张拉施工时）计划采用以下方法进行预应力摩阻损失参数μ、κ的多次校核，以确保预应力张拉力准确。

3.5箱梁温度控制

温度是影响主梁挠度的主要因素之一。温度变化包括季节温度变化和日照温度变化两类。在这两类温度变化中，季节温差对主梁挠度的影响比较简单变化具有均匀性，可通过采集各节段在各施工阶段的温度，输入计算机中，分析其对主梁挠度的影响。而日照温差的变化最为复杂，尤其是日照作用会引起主梁顶板、底板的温度差，导致主梁发生挠曲。

4、结论

由于连续梁桥是多次超静定结构，施工过程中箱梁中实际结构尺寸的变化、临时施工荷载的施加，混凝土的弹性模量、收缩徐变，预应力张拉力施加的时间、大小与损失情况对结构的总体受力和成桥线形有很大影响，因此，在施工中如何根据各施工段的实际龄期考虑混凝土收缩、徐变，考虑实桥混凝土取样的实测弹性模量、成桥实际几何尺寸等的现场信息反馈来确定相关参数，使计算状态尽可能与实际相符，达到‘自适应’状态，确保桥梁总体受力和成桥线形是悬臂施工连续梁桥施工监控的主要任务，通过一系列的施工控制，取得了良好的效果。

参考文献

[1]铁道部经济规划研究院.铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇注施工技术指南(TZ324—2010).北京：中国铁道出版社.

[2]铁道部经济规划研究院.铁路混凝土工程施工技术指南.北京：中国铁道出版社.

[3]范立础.预应力混凝土连续梁桥.北京：人民交通出版社.

[4]孟磊.预应力混凝土连续梁桥施工控制技术探析[J].科技与生活.2011(3):123～123.