变截面连续箱梁线形监控

变截面连续箱梁线形监控

一、线形监控的目的

桥梁线形监控的目的是使成桥后的线形与设计成桥线形的对应点的误差均满足现行《公路工程质量检验评定标准》 JTGF80/1-2017的规定。

二、变截面连续箱梁的施工方法

根据施工现场地形条件和梁的跨度，常见的变截面连续箱梁施工方法有两种：一种是支架法施工，另一种是挂篮法施工。但不论采用什么方法施工，都要对梁体线形进行监控。

三、桥梁施工监控的内容

1、几何变形监控

桥梁结构的变形受许多因素的影响，主要表现在立面标高、平面位置偏离预期状态，使桥梁难以合拢或成桥线形与设计不符。几何变形监控的内容就是控制施工误差在容许的范围内。

2、应力监测

通过结构应力监测来了解实际应力状态，若发现实际应力状态与设计应力状态的误差超限，就要进行原因查找和调控，使之在容许的范围内。

3、稳定监控

桥梁施工中的结构不允许出现失稳。目前控制施工结构失稳的措施主要通过结构稳定计算、并结合施工时要求均衡加载和控制偏载、几何变形、结构应力情况来综合控制。施工中，除桥梁结构本身的稳定性必须控制外，支架、挂篮、吊装系统等施工设施的各项稳定系数也应满足要求。

四、桥梁线形监控软件

目前，用于桥梁线形监控的软件比较多，施工单位应根据公路等级、桥梁跨度、施工条件等合理选用，常见的桥梁线形监控软件有：

1）预应力混凝土梁力学分析与施工控制程序—PCSAP

早期，针对受力复杂的超静定结构的大跨度预应力混凝土梁、连续刚构、斜腿刚构等施工而开发的国产程序软件，用来分析悬灌梁在设计与施工中的内力、控制梁的施工线形。

2）BIM系列软件

目前，用于桥梁施工建模的 BIM软件比较多,可根据适用条件合理选用，大跨度变截面预应力混凝土连续箱梁施工宜采用BIM软件进行三维可视化建模，实现对变截面悬浇梁曲线和高程控制，通过事前预测分析、施工方案的可视化、信息化、智能化、施工过程的仿真模拟等一系列工作，最终达到理想的线形。

3）Midas/Civil有限元分析软件

国内桥梁设计、监控及施工单位常用 MIDAS/CIVIL有限元分析软件来建立有限元模型分析，建模的关键点有：单元划分、边界条件模拟、主梁自重分析、整体模型建成等，可用于监控和调整桥梁在施工中的位移和立模标高。

1、支架法施工的线形监控

变截面连续箱梁采用支架法施工时，主要变形因素是支架的弹塑性变形、支架基础沉降、混凝土浇筑施工等因素。

1.1常见支架类型有满布支架和梁式支架。根据施工现场的地形、地质条件，支架的地基与基础设计应符合现行《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG3363）的规定，并对地基承载力进行计算。

1.2满布支架的地基表面应平整，并应有防水措施。满布支架位于坡地上时，宜将地基的坡面挖成台阶。在软弱地基上设置满布支架时，应采取换填等加固措施。

1.3为了防止变截面（曲拱）连续箱梁混凝土产生的水平推力，宜将满布支架的立面分成两节段搭设，第一节段先搭设到桥梁起拱线处，采用贝雷梁或工字钢作为横梁统一收平，第二节段采用钢架调整支架顶面高度。

1.4梁式支架各支点的承载力应通过检算，当地基承载力不能满足要求时，宜设置桩基或采取其他加固措施。

1.5梁式支架应在起拱处将其分成上下两个部分，支架上部按现浇梁曲拱搭设。

1.6支架搭设完毕后，应通过加载预压的方式，消除支架地基的不均匀沉降和支架的非弹性变形，并获取弹性变形参数以检验支架的安全性。

1.7预压荷载宜为支架需承受全部荷载的1.05～1.10倍，预压荷载的分布应模拟需承受的结构荷载及施工荷载。

1.8观测点的设置

支架搭设完毕后，分别在支架基底、箱梁两端、 1/4跨径、跨中设置沉降观测点，对支架和基础进行沉降量观测。

1.9预压加载方法

宜采用砂袋法预压，分级对称、均衡加载，加载宜分四个节段进行，即 50%预压荷载、80%预压荷载、100%预压荷载、105%或110%预压荷载。

1.10持荷时间

1.10.1前面三级加载，每级需要静停12h，每4h进行一次沉降观测，各监测点12h的下沉平均值小于2mm时，可进行下一级加载，否则静停时间需要延长，直到支架12h静停下沉值小于2mm为止。

1.10.2最后一级加载后应每隔2h观测一遍，每次测的下沉值应小于1mm，直至间隔两次测得下沉值为0时，确认支架在全荷载下结构稳定，即可进行卸载。

1.11卸载

卸载同样分四级卸载，每次卸载重量与加载时相同，顺序相反，采用对称、均衡卸载。

1.12数据整理

在分级加载作用下测得的支架变形值和卸载稳定后测得的变形值进行比较，综合分析得出立模标高调整值，并按此值最后一次对模板进行精调。

1.13支架预压时应注意以下几点：

1.13.1每次观测都要严格记录加载量级、变形值，测量的日期与时间、大气温度、天气情况等数据；

1.13.2每级加载要均匀连续，确保均匀加载，并尽可能做到对称加载；

1.13.3支架预压加载时应随时观察记录支架的变形情况，发现支架有异常时必须立即停止加载并采取相应措施。

1.14设置支架预拱度值

1.14.1设置的预拱度值应包括支架结构本身需要的预拱度和施工需要的预拱度。

1.14.2施工预拱度＝支架变形值+设计预拱度。

1.14.3设计预拱度＝静活载挠度+理论计算跨中反拱值-计算残余徐变拱度值。

1.15混凝土施工

1.15.1梁体混凝土在顺桥向宜从低处向高处进行浇筑，在横桥向宜对称、分段、全联单幅一次性浇筑。根据单幅混凝土总量，计算混凝土运输车数量和安排混凝土泵车作业位置。

1.15.2混凝土浇筑过程中，应对支架的变形、位移、节点和卸载架设备的压缩及支架地基的沉降进行监 测，如发现超过预警值的变形、位移、应及时采取相应的处理措施。

2、挂篮法施工的线形监控

变截面连续箱梁采用挂篮法施工时，主要变形因素是挂篮的弹、塑性变形、节段张拉施工起拱以及新浇段荷载引起的挠度。

2.1施工过程中要做好控制每一节段的中线、边线和标高。监测施工过程中箱梁各节段的挠度变化情况，为后节段施工的中线、边线和标高定位与调整提供依据，保证悬臂浇筑施工精准合拢。

2.2施工单位应根据设计文件和现行《公路桥涵施工技术规范》JTG/T3650的规定，编制桥梁施工线形监控方案并按规定程序评审和报批。

2.3下部施工时，在各墩的承台上建立测量控制网，再根据施工进度安排，将控制网转移到各自的0#块上，进行平面、高程监控量测。

2.4施工线形监控流程

在施工过程中，为了控制和调整桥梁的结构外形尺寸，需要监测各施工工况的标高、主梁断面的应力等。根据施工监测所得的参数实测值进行施工阶段计算和误差分析，确定下一工况的施工立模标高及尺寸，并进行调整，以此来保证成桥后的线形、合龙段两悬臂端标高的相对误差不大于规定值以及结构内力状态符合设计要求，其监控流程如下：

桥梁施工 →监控量测→数据分析与识别→参数修正→调整施工参数→下一阶段施工

2.5挂篮结构

2.5.1实行挂篮结构准入制度。用于悬臂浇筑施工的挂篮，应根据桥梁设计结构图尺寸以及分节段浇筑的最大重量进行设计。挂篮进场前，施工单位应提供有资质的厂家生产的产品合格证书和受力结构检算资料。挂篮施工属于超过一定规模的危大工程，应编制危大工程专项施工方案，待专家评审通过后，报监理和业主单位审批后方可进场。

2.5.2挂篮应采用自锚式设备，禁止使用配重块平衡前方荷载。挂篮的上部与底部连接的吊杆应采用锰钢吊带，严禁采用精轧螺纹钢吊杆。

2.6挂篮预压

挂篮在 1#块施工前进行预压，预压过程要做好沉降观测记录，建立加载、变形与时间的关系。预压的目的主要是验证挂篮的安全性和消除其非弹性变形，同时测出挂篮在不同荷载下的弹性变形，修正立模标高。

2.7挂篮定位

从挂篮前行至本号梁块预应力张拉完毕为一个工况，在每一个工况中需要完成监控量测工作，挂篮定位时根据已确定的立模标高进行挂篮定位，定位底模前端标高及顶板标高。

2.8监控量测方法

2.8.1墩顶0#块钢筋安装时，在其顶面竖向锚固筋之间分左、中、右预埋3个不小于Ф22mm的竖向钢筋作为桥上高程基点，预埋钢筋顶面应露出混凝土面10～20mm，预埋位置要考虑不受施工机械设备的影响，由此建立监测控制网。

2.8.2在立模后距端模10cm处预埋φ20钢筋，埋设位置是箱梁腹板外侧箱顶。每个节段布置4个方形对称的控制点，用于监测各段箱梁的挠度和观测箱梁在施工过程中是否发生扭转变形。

2.8.3测量精度及规定应按测量规范施工测量的相关规定执行。

2.8.4箱梁立面高程监测：

①挂篮就位立模后；

②浇筑混凝土前；

③浇筑混凝土后；

④预应力张拉后；

2.8.5箱梁平面中线、边线监测：

①挂篮就位及立模后：

②浇筑混凝土后。

2.9建立仿真模型

梁部结构施工要经过墩梁固结 →悬臂分节段施工→合拢→解除墩梁固结→最终合拢的过程，在施工过程中，结构受力体系不断变化，在施工各个节段应根据实际情况的结构体系和荷载状况，选择正确的计算图式，建立能反映施工荷载的有限元模型。

2.10误差分析与识别

在每一工况，对监测得到的应力与位移值与理论值进行误差比对分析，找出误差的原因，对下一节段的误差进行预测、调整，报告预制梁段立模标高等施工状态。具体做法是：将误差参数输入到计算软件中进行识别与分析，得到修正的参数后，重新计算各施工阶段的理想状态，经过几次反复识别与修正后，使计算模型线形与设计线形吻合，修正后的参数用于指导施工，从而对施工过程进行有效控制。

2.11合拢段的监控测量

合拢段调模时应测定两端混凝土底板的高程，分析误差值，确定合拢段预拱值和底模标高。合拢前要在不同时间点观测合拢端的温度和高程，以确定是否需要对合拢梁段进行压重配平、同时选取最佳的合拢施工时间。