丫髻沙大桥主桥转体施工监测

丫髻沙大桥主桥转体施工监测铁道部科学研究院铁道建筑研究所　徐美庚　杨梦蛟 摘　要　介绍丫髻沙大桥转体施工阶段监测、监控的有关实测情况,测试结果表明转体施工工艺结构设计是成功的,并对今后的临时性结构设计提出改进建议。

关键词　钢管拱　撑架　监测、监控1　概述广州市东南西环环城高速公路丫髻沙大桥跨越珠江,其中跨越珠江主航道的主桥为带悬臂中承式刚架钢管混凝土系杆拱桥,主跨为钢管混凝土桁架拱,边跨为钢筋混凝土箱型截面曲梁,边拱和主拱推力通过系杆平衡。

主桥跨度大,结构新颖。

施工过程中,为减少对珠江主航道正常航运的干扰,采用竖转后加平转的二次转体成桥施工方案,施工技术复杂、难度大,施工精度要求高。

为确保大桥结构的施工安全和施工质量,对该桥的施工全过程进行监测、监控,及时为大桥施工各阶段的指挥决策提供必要的数据。

监测、监控一方面是保证各施工阶段的安全、可靠,以及施工过程中拱肋的稳定、结构线型、变位和各部位应力状态是否符合设计要求;另一方面是结合测试分析和计算,对施工过程结构状态的变化进行有效的预测和控制,优化施工工序,提高施工工艺水平。

此外,也为今后改进类似桥梁的设计和施工工艺积累经验,同时,还可以作为桥梁运营前初始状态的永久技术档案,是若干年后评估桥梁状态的重要依据。

2　监测系统、监测内容及测点布置2.1　监测系统本桥监测监控所用应变传感器采用由美国Geokon公司进口的振弦式传感器(应变量程±1500 LE、精度1LE;温度量程-40～80℃、精度0.1℃),以保证其在复杂的施工环境下,靠性。

测控数据采集系统采用NARI数据采集模块。

结合大桥施工特点,析软件,采用周期性测试和动态跟踪相结合测试,测控数据的在线和离线均采用微机进行实时处理现了施工期间全过程自动监测。

2.2　转体施工阶段监测内容(1)塔架立柱应力监测;(2)(3)边拱锚杆应力监测;(4)边拱截面应力监测;(拱测控截面应力监测;(6)主拱上下游1/4截面、1/截面各1条拱肋相对高差。

2.3　测点布置各测控阶段测点布置图,如图1所示。

3　转体施工阶段监测、监控结果转体施工成功与否是本桥施工的关键,关系到全桥施工的成败,因此施工监测、监控就显得尤为重要。

转体中,采用动态测试与周期性测试相结合,周期性测试周期为4～15min;在转体施工静停期间,测试周期为2h,以便及时地了解转动体系的应力、变形状态,全面指导施工,为转体施工指挥提供重要的参数。

3.1　转体施工过程中转盘撑脚应力表1为转体施工过程中转盘撑脚应力测试结果。

竖转开始时,广氮侧和沙贝侧撑脚钢管中,最大应力分别为-70M Pa和-97MPa,最小应力分别为-19 M Pa和-13M Pa;主拱脱离支架时,最大应力分别为-81M Pa和-92M Pa,最小应力分别为-35M Pa和-13M Pa;竖转到位时,最大应力分别为-73MPa和-89M Pa,最小应力分别为-36M Pa和-14MPa。

在竖转过程中,撑脚应力在进行调整;在平转过程中,广氮侧撑脚应力变化较小,而沙贝侧各撑脚间应力调整幅度较大,说明广氮侧滑道状态好于沙贝侧。

因此,广氮侧和沙贝侧各撑脚在转体过程中受力虽较不均匀,但未出现撑脚脱空现象,最大钢管应力也未超过-100MPa。

3.2　竖转施工过程中边拱锚杆应力表1　转体施工阶段撑脚和塔架立柱钢管应力M Pa 边拱锚杆在主拱脱架时受力最大,且均大于初始拉应力,说明此时边拱也瞬时脱离支架;随着主拱的不断提升,锚杆拉力逐渐减小;在张拉3号平衡束时,距平衡束较近的L3截面锚杆拉力略有增大,其余均未见变化。

其原因在于竖转前3号平衡束实际初拉力已接近设计计算值,难以进行比较。

由主拱脱架时锚杆拉力(见表2)可知,边拱所有锚杆的拉力之和以及第3、4压重块处锚杆拉力略小于设计计算值,原因在于边拱实际支承状态和设计计算假定有所不同,边拱拱顶和第2各边拱压重块处锚杆拉力变化趋势与设计计算相反,然而,两者拉力之和与设计计算值相吻合。

因此,转体体系平衡配重可按设计计算值作适当减少,并根据辅助千斤顶压力调整配重位置。

表3为竖转过程中边拱锚杆实测应力及其变化情况。

表2　主拱脱架时锚杆拉力kN锚杆位置实测锚杆拉力广氮侧沙贝侧设计计算值第1压重块(边拱拱顶)286726251554第2压重块176620863070第3压重块894642862第4压重块693683816合　计621660366302表3　竖转过程中边拱锚杆实测应力M Pa测控截面测点位置实测应力值竖转前主拱脱架竖转到位沙贝端L1截面锚　杆L2截面锚　杆L3截面锚　杆L4截面锚　杆L5截面锚　杆L6截面锚　杆上游下游上游下游上游下游上游下游上游下游上游下游外侧7524146内侧7526560外侧7526844内侧7521256外侧75287111内侧75307125外侧75277112内侧75318141外侧75341163内侧75383147外侧75520182内侧75291228外侧75287150内侧75255130外侧75--内侧75194151外侧75209122内侧75201143外侧75199120内侧75189124外侧75205124内侧75181127外侧75223135内侧752411783.3　转体施工过程中边拱截面应力主拱脱架时,沙贝侧边拱劲性骨架A′截面上游侧上弦管钢管出现很大的应力,最大时为-247M Pa,已临近材料公称抗拉强度;随着主拱的不断提升,此处应力逐渐降低,竖转到位时降至-133M Pa。

在竖转施工过程中,绝大多数边拱测控截面均处于受压状态,但A′截面下游侧拱肋下弦管内局部出现拉应力,其量值不大,除该处钢管内混凝土受拉外,其它测控截面钢管内混凝土均处于受压状态。

主拱脱架时,边拱各测控截面的平均应力情况列于表4。

边拱劲性骨架为钢管混凝土,由于混凝土收缩徐变的影响,实际钢管应力值大于设计计算值。

表4　主拱脱架时边拱各截面钢管平均应力M Pa沙　贝　侧截面位置A′(拱顶)BC(拱脚)上游-168.3下游-38.3上游-131.5下游-90.0上游-92.5下游-98.3-103.5-110.8-95.43.4　塔架立柱底部钢管实测应力转体施工前后,塔架立柱底部钢管实测应力及其变化分别列于表1。

由实测结果可以看出,在主拱脱离支架过程中,塔架顶部由于受塔顶索鞍与扣索间摩擦阻力的影响偏向边拱侧,之后随着主拱的逐步提升,塔架顶部逐步向主拱侧回复。

广氮侧和沙贝侧塔架底部立柱钢管中,最大应力分别为-148M Pa和-165M Pa,均发生在主拱脱离支架时,此时最小应力分别为-63M Pa和-86M Pa。

实测最大应力大于设计计算值,但远小于材料屈服应力,其应力较大的原因主要是由于塔架受力不均匀及塔架钢管中混凝土收缩徐变的影响导致应力重分配。

随着主拱的进一步提升,塔架底部立柱钢管应力逐渐趋于均匀,竖转到位后广氮侧和沙贝侧相应的最大应力分别为-131M Pa和-112 M Pa,最小应力分别为-50M Pa和-77MPa。

广氮侧和沙贝侧的主拱竖转前后塔架底部立柱钢管最大和最小应力分别出现在两侧对应的立柱上。

平转过程中塔架应力变化不大。

3.5　主拱测控截面应力根据实测结果可知:竖转过程中,主拱应力变化趋势与设计值相符。

但由于受到主拱上扣索锚固构造和撑架局部影响,在F、G、I、J、K截面处的应力分布与计算值不同,上弦管受压较大,而下弦管受压较小,有些杆件甚至出现较小的拉应力。

但随着扣索的解除,以上截面的应力将会有较大的调整,使上、下弦杆应力趋于均匀。

由于旁弯,竖转到位时,I截面上游拱肋上弦杆内侧产生较大的压应力(-103M Pa);主拱拱脚测控截面的G4、G5管中混凝土最大压应力为-6MPa。

竖转到位时主拱各测控截面平均应力列于表5。

表5　主拱各测控截面平均应力M Pa 从表5中可以看出,上、下弦杆平均应力与理论计算值相符。

3.6　竖转施工过程中主拱上、下游拱肋相对高差根据竖转施工过程中主拱上、下游拱肋相对高差,可以看出,除少数超过静力水准仪的量程100mm外,其它的均控制在100mm以内。

4　结论和建议(1)结论¹由于钢管内混凝土收缩徐变及局部构造的影响,作为临时结构的塔架、撑脚和边拱的钢管实测应力虽然均大于设计值,并伴有较大的受力不均匀性,但均未达到材料的屈服应力,临时结构是安全的,满足了转体施工的要求。

º边拱锚杆实测拉力变化趋势基本与设计值相符。

»转体施工过程中,主拱各测控截面总体受力基本与设计值相符,但在主拱撑架及以上杆件局部受力较不均匀,并出现旁弯现象。

¼竖转过程中,上下游两片拱肋相对高差控制在100mm以内,满足主拱同步提升的要求。

(2)建议¹索塔转向鞍座采用辊轴方式以减少摩擦力,但在进行临时结构设计中还应适当考虑鞍座与扣索间的摩阻力。

º临时结构受力计算时,应考虑扣索锚点、转向块的构造高度,在转体工艺设计中尽量减少产生的主拱杆件受力不均匀性。

(来稿日期　2001-02-20)主拱节段组拼边跨端部构造系杆与拱肋相交区及防撞墩竖转铰正在安装。