龙洞河特大桥施工监控技术

龙洞河特大桥施工监控技术【摘要】介绍了龙洞河特大桥施工监控工作的主要内容，运用有限元软件“桥梁博士”建立了大桥模型并进行了计算分析，同时进行了实测数据与理论数据的比较。

【关键词】施工监控；预拱度；线形控制；应力监测；数据比较The construction monitoring technique for Longdong super-large bridgeWang Tie-jun1,Zeng De-rong1,Yang Min2(1.School of Civil and Architectural Engineering,Chongqing Jiaotong University Chongqing400074 2. Chongqing expressway group Co., LTD, Chongqing401121)【Abstract】The thesis introduces the major content of the longdong super-large bridge construction control work.It built the bridge model by the finite element software “Dr. Bridge” for calculation and analysis.Finally,the paper give the comparion between the measured data and the theoretical data.【Key words】Construction supervision;Precamber;Linear control;Stressmonitor;Data comparison1. 工程概况重庆巫山至奉节段龙洞河特大桥位于重庆市巫山县骡坪镇龙河村境内。

设计桥型为95+180+95+3*30 分幅式预应力混凝土连续-刚构。

分左右两线，左线位于巫奉路ZK9+624.00～ZK10+92.00，右线位于YK9+627～YK10+95.00。

平曲线：本桥平面位于R=3400m的右偏圆曲线上。

竖曲线及纵坡：左线桥纵向位于纵坡-1.5%与-0.5%组成的半径R=36000m的凹型竖曲线及其直线坡段上，右线桥纵向位于纵坡-1.1%与-0.5%组成的半径R=60000m的凹型竖曲线及其直线坡段上。

主桥上部结构为95+180+95m 三跨预应力混凝土连续-刚构箱梁，箱梁采用单箱单室截面，箱梁顶宽12.25m，箱梁底宽6.5m，两侧悬臂长度2.875m。

箱梁根部梁高10.8m，跨中及端部梁高3.5m，悬臂板端部厚15cm，根部厚75cm。

箱梁根部底板厚100cm，跨中底板厚32cm，梁高及底板厚从根部到跨中采用1.8 次抛物线变化。

箱梁顶设有2%的单向横坡。

沿桥设计线，墩顶0 号梁段长16m，梁段长度从根部至跨中各为：7×3m、15×4m，边、中跨合拢段长2m，边跨现浇段长4m。

上部构造按全预应力混凝土设计，采用三向预应力，纵、横向预应力采用美国ASTM A416-97A标准270 级高强度低松驰钢绞线，标准强度1860MPa，设计锚下张拉控制应力1395MPa。

1、2 号主墩墩顶与箱梁固结，最大墩高为42.5 米，采用双肢薄壁空心墩型式，单肢薄壁截面尺寸为6.5×3m。

2.监控内容2.1 监控目的围绕桥梁施工安全和成桥线形与内力分布的最终设计目标，开展龙洞特大桥施工过程中各阶段关键部位（如主梁、墩、承台等）标高、内（应）力、温度分布、垂直度等的监测与监控，实时分析实测值与设计预测值的差异，并对设计参数进行必要的修正，提出相应的具体措施，确保桥梁施工中的安全和顺利合拢，并使结构内（应）力处于最优状态，成桥后线形应符合设计及现行规范要求。

2.2 主要监控项目2.2.1箱梁线形控制。

本桥采用自适应控制方法，即对施工过程的标高和内力的实测值与预测值进行比较，对桥梁结构的主要参数进行识别，找出产生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到控制的目的。

大桥上部结构线形监控的主要步骤如下(见图1)：图1 高程监控监测的主要步骤在0#块形成后，在横隔板处箱梁顶采用粗钢筋（12～20）设置箱梁顶的标高及轴线平面位置临时水准点或基点。

并对其坐标或标高每3个月复核测量1次。

在每个节段的前端的桥梁设计线、翼缘转折处各设置1个标高观测点，观测点采用短钢筋埋设，每个观测点钢筋下端至模板，上端高出箱梁顶板2～3cm。

如图2。

图2 高程观测点横截面布置图图3 应力测点布置在箱梁悬臂节段施工中，正确确定测量阶段很有必要。

经过大量实践，采用四阶段测量较为合理。

如下：第一阶段：混凝土浇注前，测现浇段；第二阶段：混凝土浇注后，测现浇段；第三阶段：张拉预应力之前，测已浇段的目的主要为分析线形。

第四阶段：张拉预应力之后，测现浇段和已浇段。

2.2.2 应力监测。

该桥采用在应力控制断面上预埋应力传感器（钢弦式应变计）。

选定在各墩1、10号块和跨中合龙段。

1、10号块段的每个截面应力测点布置如图3所示，每个截面布置4个测点，每个测点各埋设2个传感器；跨中截面应力测点只布置截面下沿的2个测点，每个测点各埋设2个传感器。

2.2.2.1 精心准备，认真预埋，保证传感器的成活率。

2.2.2.2 测量要多次，数据处理要及时，不放过任何可疑的数据。

应力监控阶段从第1块悬臂箱梁节段开始，逐段监测，监测频率同标高测量，即：每节段混凝土浇注前、后；预应力筋张拉前、后。

一直到成桥阶段。

2.2.3 温度测量。

温度对箱梁挠度的影响不可忽视已成定论。

由于温度的变化，会使悬臂箱梁产生较大的挠度变形。

大桥温度监测拟分两部分：箱梁温度～挠度关系曲线的观测。

图4 应力监测流程图5 温度测量位置图箱梁温度～挠度关系曲线的观测是通过一天中间隔两个小时的连续观测找到温度变化与高程之间的关系，从而根据立模时的温度对立模标高进行修正。

由于悬臂浇注初期梁段受温度影响较小，故箱梁温度～挠度关系曲线的实际观测一般放在箱梁悬臂较长时做。

箱梁温度～挠度关系曲线的观测是很重要的环节，不可忽视。

采用观测数据与理论值对比的方法，确定最终关系曲线。

箱梁温度场观测主要是通过在箱梁内埋置温度感应元，获得重庆东部山区箱梁随温度变化的温度场，为合拢以及运营阶段本桥分析温度作用提供实测数据。

温度感应元件埋设断面拟选在箱梁悬臂10号块（全桥共两个截面）如图5所示。

在该断面顶底板左右对称布置一个温度传感器。

箱梁温度场观测选在有代表性的天气进行，每个月选两天，一个阴天，一个晴天。

一天中的观测时间预计安排如下：从早晨6∶00开始，一个小时一次，直到晚上6∶00为止。

2.2.4 预应力束摩阻损失监测选取1～2属长束，通过长束预应力张拉时两端和中间1～3个截面钢束的拉力来监测其摩阻系数。

初步拟定2束T9为摩阻系数正式试验测试，另选1束W9作为尝试性测试。

3. 监控计算3.1 立模标高的确定。

在建立了正确的模型和材料性能指标之后，依据设计参数和控制参数，结合桥梁结构的结构状态、施工工况、施工荷载、二期恒载、活载等，输入前进分析系统中。

从前进分析系统中可获得结构按施工阶段每阶段的内力和挠度及最终成桥状态的内力和挠度。

接着，假设成桥时为理想状态，对桥梁结构进行倒拆分析，利用前进分析所得的数据，可获得使桥梁结构最终成为理想状态的各阶段的预抛高值，得出各施工阶段的立模标高以及砼浇筑前、砼浇筑后、预应力筋张拉前、预应力筋张拉后的预计标高。

立模标高为：H lmi=H sji+f1i+f2i+f3i+f4i+f5i+f gl ⑴式中：H lmi为i节段立模标高；H sji 为i节段设计标高；f1i为由各梁段重在i节段产生的挠度总和；f2i为由张拉各节段预应力筋在i节段产生的挠度总和；f3i为砼收缩徐变在i节段产生的挠度；f4i为其它临时施工荷载在i节段产生的挠度；f5i为运营荷载在i节段产生的相关挠度（即预拱度值）；f gl为挂篮变形值。

挂篮变形值根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘制出挂篮荷载-挠度曲线，进行内插而得。

这就要求施工单位在做挂篮变形试验时，必须分级加载。

根据国内同类桥梁的施工控制看，挂篮变形值是否准确，直接影响到大桥的线型和合龙精度。

f1i、f2i、f3i、f4i4项在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑，倒退分析输出结果中的预抛高值H ypgi 即为这4项挠度的总和。

公式⑴可改为：H lmi=H sji +H ypgi+f5i+f gl⑵但是，实际的施工状态与理想的施工状态是有差别的，这就是说，如果按照计算的预抛高值施工，最终成桥状态不一定是理想的状态，这时，具有反馈控制的实时跟踪分析系统就是实现桥梁结构施工控制的关键。

通过参数调整（如温度影响调整），预告出各阶段的实际状态值，结合实际观测值，得出调整方案，最终完成整个控制过程。

图6 桥梁计算模型3.2预拱度值的计算3.2.1有限元程序选择。

本桥采用桥梁博士系统3.03软件来建模，该模型主梁划分为118个单元（1～118单元），119～174为桥墩和挂篮单元。

如图6所示，桥面单元现浇段均划分为两个单元，其他梁段根据图纸提供的悬臂浇筑长度划分。

全桥施工阶段共有83个。

悬臂浇筑一个梁段一般分三个阶段进行模拟：安装挂篮、浇筑混凝土（混凝土自重通过挂篮传递到主梁上）、张拉钢束。

3.2.2 主要计算参数（1）混凝土容重。

混凝土容重按照说明，取25.2KN/m3；沥青混凝土取23.5KN/m3。

（2）混凝土弹性模量。

C55和C40混凝土弹性模量分别取3.55×104MPa和3.40×104MPa。

（3）普通钢筋和预应力钢筋容重。

按7850Kg/m3取用。

预应力钢绞线采用GB/T5224-1995标准，f y=1860MPa，j =15.24mm，管道摩阻系数：μ=0.2，偏差系数：k=0.0015，锚具变形和钢筋回缩值：△l =6mm(一端)，钢绞线松弛率取2%，钢绞线弹模取1.95×105MPa。

（4）考虑连续梁整体升温20度，整体降温20度。

（5）按规范考虑桥面板非均匀温度，按照温度梯度来分析。

（6）收缩徐变按3000天考虑。

（7）本桥采用施工单位提供挂篮数据计算，与设计说明中不同；合龙吊架重量采用设计说明中给的500KN。

图7 龙洞河大桥预拱度曲线3.2.3计算结果。

广义的恒载包括结构自重力、桥面铺装和附属设备的重力、预应力、混凝土徐变和收缩影响力等，他们是长久存在的。

恒载所产生的挠度与持续的时间有关，可分为短期挠度和长期挠度。

活载挠度则是临时出现的，在最不利的荷载位置下，达到最大值，随着活载的移动，挠度逐渐减小，一旦活载驶离桥梁，挠度就告消失。