1、引言
本文以广佛肇高速青岐涌特大桥第六联装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥为研究对象，阐述了整个施工过程中的监控方案。在广佛肇高速的实践证明：该监控方案能为现场施工提供施工数据，很好保证桥梁拼装线形及拼装精度，保证桥梁的顺利完成。
2.工程概况
广佛肇高速公路青岐涌特大桥第六联采用41m+70m+41m装配式钢桁-砼组合连续刚构桥，跨越青歧涌河堤。为广东长大与重庆交大提出的构想，属交通运输部基础研究，该类型桥梁能保持现有预应力混凝土连续刚构桥主要优势的提前下，克服其主要缺陷。主桥上部为钢桁梁与预制混凝土桥道板的组合结构，钢桁梁的上弦与砼桥道板通过预埋剪力传递钢板与钢桁上弦焊接联结为整体。主桁为变高度钢桁梁，墩顶处桁高6.45m，跨中桁高2.45m，腹杆节间间距分两种4m 及3.5m。桥面板为分节段预制的混凝土桥道板，每块预制混凝土桥道板横桥向为单幅桥全宽，纵桥向分块尺寸为5m 和3.3m。钢桁梁与桥道板间的剪力联结采用自主研发的PCSS 剪力联结构造。桥梁总宽33.0m，分左右结构形式完全相同的两幅，单幅桥宽16.25m，单幅桥道板宽16.25m，左右幅桥道板间隔50cm。单幅桥桁架由3片主桁组成，边主桁与中主桁中心距离5.5m。单幅预制桥道板32块，合拢现浇板1块，单块桥道板长3.5-5m，宽度均为16.25m。
3、监控施工
3.1施工监控内容
1） 施工监控要求
1）主梁合龙前两端标高误差、轴线偏差符合规范要求；
2）施工过程中和竣工后结构内力状况满足设计要求；
3）成桥的线形逼进设计状态；
4）减少施工偏差，降低因偏差处置导致工期滞后的不利影响。
2） 施工监控工作内容
施工监控应由以下几个部分组成：施工控制实时计算、施工测量、现场数据采集、结构应力监控。施工监控的主要内容有以下几部分：
（1）确定桥梁各施工阶段的线形要求和关键构件或截面的内力或应力指标。
（2）结构计算分析
1）桥梁结构的检算复核。
2）反馈控制分析：根据施工过程中的现场测试参数进行仿真计算，提出施工阶段的控制参数值，并通过实际过程中的实时测量数据对这些参数进行分析、修正，用以指导下阶段施工。
(3) 本桥梁关键施工环节的监控测试内容:
1)墩台顶面尺寸及预埋件精度控制测试
2)钢桁节段制作精度控制测试
3)钢桁现场拼装精度控制测试
4)钢桁安装就位及合拢监控测试
5)桥道板预制、安装、张拉监控测试
6)桥道板与钢桁施焊联结监控测试
7)桥道板合拢、防撞栏杆、桥面铺装监控测试
8)墩梁固结监控测试
3.2监控体系及方法
3.2.1监控体系
桥梁的施工监控与设计和施工有密切的关系，为了按照设计要求、安全优质地建成桥梁，需要从监控、监测、施工等方面建立控制体系，由以下几方面组成：
（1）现场的实时测量体系
测量的内容包括物理测量（温度﹑时间）﹑线形测量（轴线、标高等）﹑力学测量（应力﹑应变等）。测量的周期（或时间）需根据施工现场的状况确定。
（2）分析判断系统
根据现场测量与测试资料，用多个结构分析程序对结构的状态进行分析，与设计资料对比，分析结构各个阶段的应 力﹑应变﹑强度稳定状态及结构线形，对后续施工状态进行预测，提出施工监控建议。
主要工作流程如下图所示：
3.2.2实施方案
（1）钢桁节段制作精度监控
钢桁的制造与拼装是确保组合梁施工全过程顺利实施的重要环节，其精确的几何线形控制是施工控制质量的关键所在。其主要监控内容如下：
1)计算：给出标准气温条件下各杆件的无应力长度和钢桁节段的几何尺寸；
2)监测：严格控制钢桁节段（胎架）放样尺寸精度，焊接成型后尺寸监测；
3)保证：室内恒温条件下下料，组装和固定，优化施焊程序减小焊接变形；
4)控制：人工调整变形至满足规范要求。
① 钢桁加工制造线形监控技术流程
图3-2 钢桁加工制造监控流程
② 钢梁加工制造监控要点分析
钢桁制造线形是指钢桁梁段在拼装场地的无应力状态下的线形。由于在实际工厂加工中，环境的温度与设计合拢温度的差异，以及焊接温度会影响到结构杆件体系的内力分布；同时，温度的变化还会影响到施工中构件的安装精度及测量精度。因此，对环境的温度场以及焊接温度进行监测，并修正由于温度效应所导致的钢桁结构的制造及拼装误差是非常有必要的。
为了确保钢桁的制造以及安装的精度，在组合梁的制造过程中，设置一基准观察线，以观测组合梁在制造过程中的线形变化，线形监测的测点布置在钢桁的上弦顶板和下弦腹板位置处。
每轮钢桁整体组焊完成后应直接在胎架上进行预拼装检查，重点检查桥梁纵向线形，测量桥梁线形时以纵向中心线处标高为准，同时检查组拼梁段中心线旁弯。
（2）钢桁现场拼装精度监控
在工厂加工制造好的钢桁杆件分节段运输至现场进行拼装，边跨部分分3节段运输至现场，而0#节段在现场拼装成形，1/2中跨也是分3节段运输至现场，然后再在现场拼接成1/2半幅空间钢桁梁。
在现场拼装阶段主要监控内容如下：
1)计算：a.预先给出现场气温条件下钢桁梁立式拼装的理论几何尺寸；
b.施焊过程中依据已连接钢桁梁实测几何尺寸计算待连接钢桁节段连接点的适宜几何位置。
2)监测：严格控制钢桁梁各组装节点位置的三维尺寸精度，适时监测焊接成型过程中钢桁梁尺寸；
3)保证：确保钢桁梁的胎架牢固，可靠固定组装节点位置，优化施焊程序减小焊接变形；
4)控制：适时监测钢桁梁几何尺寸，适时对已完成钢桁部分进行人工调整变形至满足规范要求，和对未联结钢桁节段部分连接点几何位置的微调，以使钢桁梁成型的整体尺寸精度满足规范要求。
（3）墩台顶面尺寸及预埋件精度监控
为保证钢桁能够精确地吊装就位，在吊装前，应该对墩台顶面的尺寸进行复核以及控制预埋件的精度，其主要内容为：
1)计算：复核墩台设计尺寸及标高；
2)监测：测量每块预埋件顶面四角点平面尺寸，其误差控制在为±2mm；墩台顶面预埋件各点标高误差控制在±1mm；其预埋件的布置图如下图3-3所示；
3)保证：牢固定位预埋件，后浇混凝土；
4)控制：用薄垫片调整，满足其上钢桁安装精度。
图3-3墩台预埋件布置示意图
（4）钢桁梁安装就位及合拢监控
由于在施工现场进行半桥立模拼装时，钢桁节点的地方搭设了很多支架，钢桁架没有承受自重，在进行焊接完成后，进行吊装至桥墩后，由于钢桁的自重影响以及龙门架在吊装的过程使钢桁发生的扭转变形，实际的安装标高与提供的安装标高存在一定差异。应该首先对钢桁进行纠偏，包括上下弦杆的线形，以及三片桁架的上弦平整度。监控方应根据计入施工误差以及钢桁结构自重的影响，给施工方提供一份中墩边墩以及临时墩的安放就位标高。以及测量合拢下的环境温度以及各根杆件的长度，进行跨中的合拢。其具体的监控内容为：
1)计算：预先给出现场气温和支撑条件下钢桁梁顶面的理论线形（标高）；在三片钢桁梁连接形成整体钢桁架过程中，依据已连接钢桁梁顶面的实测线形计算待连接钢桁顶面的适宜线形（标高）。
2)监测：a.钢桁梁各节点顶面标高及顺桥向线形精度；
b.墩顶锚固螺杆预紧力；
c.钢桁跨中合拢段各杆件长度；
d.适时监测焊接形成空间桁架过程中钢桁梁顶面的三维线形。
3)保证：通过固定连接节点位置，优化施焊程序减小焊接变形，确保在墩顶就位后三片钢桁梁顶面标高误差控制在±1mm以内，在跨中临时支墩就位后三片钢桁梁顶面标高误差控制在±1mm以内，边跨跨中及中跨四分点处三片钢桁梁顶面标高误差控制在±1mm以内。
4)控制：通过人工增减钢垫片和施加外力方式调整三片钢桁梁顶面线形（标高），适时监测钢桁梁几何尺寸，适时对已完成钢桁部分进行人工调整变形至满足规范要求，和对未联结钢桁梁部分连接点几何位置的微调，以使钢桁梁成型的整体尺寸精度满足规范要求。
（5）桥道板预制、安装、张拉监控测试
1）桥面板预制阶段
在桥面板预制阶段，为了保证桥面板梁肋底面的平整度，底模需要用刚性模板。在侧模安装前，要保证模板的两接缝端面的平整度和平行度及梯度，板面局部平整度用3m直尺检查不能大于1mm，板面及板侧挠曲度严格控制在±1mm范围内，轮廓线条应流畅顺直无波折。为防止每块桥面板出现累计误差，侧模需要用刚性模板；避免侧模在重复使用过程中发生相对位移，需要把侧模嵌固入地基，为防止在浇筑混凝土过程中模板的变形，需要在上下两端设置对拉螺杆，以及在上端设置刚性横撑，防止模板向内部发生变形，每次浇筑混凝土前均复核两接缝端面的平整度和平行度及梯度，并核实模板固定的可靠性。
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2）桥面板安装、张拉阶段
安装预制桥面板的施工流程为：安装桥墩顶面中心预制桥面板，再以墩轴线对称安装各块桥面板，相邻预制桥面板结合截面涂抹环氧树脂，安装一对桥面板张拉一对预应力束，最后完成跨中合拢段桥面板浇筑。在桥面板安装张拉阶段的 监控主要内容如下：
①计算：a.给出起吊状况下预制桥道板的变形计算值;
b.分次张拉预应力钢束的变形计算值；
c.分次张拉预应力钢束下控制点的应力计算值；
d.预制板在预应力和自重联合作用下的变形状况。
②监测：a.监测预制板梁肋预埋钢板与钢桁梁顶板间的间隙尺寸；
b.监测钢桁梁的变形状况和控制点的应力变化；
c.监测预制板在预应力和自重联合作用下的变形状况；
d.监测预制板在预应力和自重联合作用下的应力状况。
③保证：a.在钢桁上弦顶板设置导向和抵紧装置，诱导预制桥道板安装就位；
b.在接缝面涂刷环氧水泥浆（或其他可靠粘稠胶结剂），以便对空隙起到具有强度的填充作用；
c.根据桥道板控制点获得的实测预应力值反馈调整后续预应力钢束的张拉力。
④控制：施加竖向结合力是预制板梁肋预埋钢板与钢桁梁顶板间的间隙尺寸满足焊接要求。
3）桥面板安装张拉阶段缝差控制
在张拉完每批预制桥道板之后，由于预应力的张拉会引起桥道板不同程度的上翘；而且钢桁上弦平整度以及桥面板底面的平整度不适宜而引起的缝差，为了能够更好地保证焊接质量，应当测量每次张拉完成后PCSS剪力键竖向钢板与上弦顶板的缝差，当缝差预埋竖向钢板与上弦顶板间隙＞3mm时，应该在桥道板和上弦之间设置对拉螺栓防止上翘，调整缝差，对拉螺栓构造如下图3-4所示。
图3-4调整剪力键焊缝误差对拉螺栓构造图
(6）桥面板安装张拉阶段的应力控制
应力监控是青岐涌大桥施工监控的重要内容，只有做好结构应力监控才能确保大桥的安全施工。应力监控方法是在结构受力关键部位焊接应变计，然后随施工进展测量每一工况前后的应力变化，最后将实测应力数值与理论数值对比来确定当前结构状态是否安全。常用的应变传感元件有电阻式应变传感器、钢弦式应变传感器以及光纤式应变传感器。本桥施工中采用的是钢弦式应变传感器。
1）传感器的选择
青岐涌大桥的钢桁应力监测传感器采用智能弦式数码传感器，混凝土埋入式为JMZX-215AT型，在钢桁的杆件上采用表贴式JMZX-212AT 型，该智能弦式数码传感器内置智能芯片和存贮器，测量数字化，而且具有智能记忆功能，无需作人工线头编号，有利地防止了测试线被剪断、线编号混乱等致使传感器无法使用，传感器测读仪器采用 JMZX-200X 综合测试仪。
2）传感器测点的布置
青岐涌大桥钢桁架应力监控关键杆件上布置示意图如下图3-5所示，图中示出为半跨的应变传感器布置。图3-6为预制桥面板的应变传感器布置图。
图3-5 边桁和中桁（半跨）的应变传感器布置
图3-6 桥面板应力传感器布置（半跨）
3）应力监测技术要求及流程
①应力数据采集阶段
数据采集阶段分为下列5个阶段进行：
a) 张拉预应力后
b）桥面板与钢桁施焊前后
c）桥面板合拢前后
d）桥面铺装及附属结构施工前后
②应力监测技术要求：
a) 采集时间尽可能选择在早晨7:00-9:00以前，在记录表上标明年、月、日期、时间及测量时的气温；
b) 数据应及时采集，并注明施工阶段；
c) 应变计读书稳定后才能读数；
d) 每次采集的数据要和以前数据比较其变化，如有突变要分析原因、补测并通报负责人；
e) 原始数据记录要保存完好，数据文件要做好备份。
②应力测量流程
施工应力测试影响因素相当复杂，除荷载作用引起的弹性应变之外，还有与温度等因素有关的应变。通过对测量时的环境温度等因素进行修正，可以达到实测值与理论值的对比分析，从而保证结构应力的真实性。
（7）桥道板与钢桁施焊联结监控测试
在完成预制桥面板的安装后，进行桥面板与刚桁上弦的焊接联结，其主要监控内容如下：
1)计算：估算分批次对预制桥面板梁肋预埋钢板与钢桁梁顶板实施焊接引起的变形及应力变化。
2)监测：a.三片钢桁梁顶面混凝土桥道板的标高变化;
b.预制板梁肋预埋钢板与钢桁梁顶板间的间隙变化;
3)保证：从两墩顶三片钢桁梁各自向桥台和跨中方向共24条焊缝同步施焊，以保证变形对称。
4)控制：a.优化PCSS剪力联结的焊接程序；
b.施加竖向结合力是预制板梁肋预埋钢板与钢桁梁顶板间的间隙尺寸满足焊接要求。
（8）桥道板合拢、防撞栏杆、桥面铺装施工监控
1)计算：分别预计现浇桥道板合拢、防撞栏杆、桥面铺装引起的变形及控制点应力，给出拟合桥面线形。
2)监测：现浇桥道板合拢、防撞栏杆、桥面铺装各荷载工况引起的变形及控制点应力。
3)保证：采用无收缩混凝土在设定气温下浇筑合拢段桥道板混凝土
4)控制：a. 现浇合拢段桥道板混凝土厚度及容重（局部抽空或轻质混凝土）改善桥面线形；
b. 人工合桥面线形，满足行车舒适；
c. 控制防撞栏杆顶面线形，满足桥梁立面视觉美观。
（9）墩-梁固结及其它工作
在进行墩梁固结阶段，其主要的施工监控内容为：
1)计算：依据不同气温下实测桥面线形，优选墩-梁固定焊接的适宜环境气温
2)监测：a.一天内现场不同气温下桥面线形测量；
b.选择现场气温下墩-梁固结前后桥面线形测量
3)保证：a.优化焊接工序，保证焊接质量
b.全面检查焊缝质量
c.全面检查钢结构的涂装缺损
d.全面检查桥梁防排水缺陷
4)控制：a.选择一天内适宜桥面线形状况的现场气温条件下进行墩-梁固定焊接
b.修补焊缝缺陷
c.修补钢结构的涂装缺损
d.修补桥梁防排水缺陷
3.3施工监控重点与难点
1）施工监控计算
考虑组合梁在节段预制、拼装及吊装过程中的各项参数影响，并进行施工各阶段线形及内力控制，是青岐涌大桥监控的一个重点。监控计算的内容包括：设计复核计算，施工过程监控计算，成桥状态计算等诸多方面计算。青岐涌大桥由于主梁施工工序复杂，各阶段的加工线形及安装线形的计算模式也不尽相同，准确分析和模拟每个施工阶段的受力状态，进而得到准确的安装线形是青岐涌大桥施工控制的一个难点。
2）大规模钢结构制造、安装线形控制
青岐涌大桥主梁采用 152m 组合梁形式，钢结构施工规模大，施工过程要经历混凝土桥面板预制，钢桁杆件制作，节段组拼，半跨吊装，中跨合拢，桥面板安装，预应力束张拉，PCSS剪力键焊接连接，成桥等多个施工阶段。导致监控内容包括了工厂拼装和现场安装的线形监控两个阶段，同时保证这两个阶段的线形控制是青岐涌大桥施工控制的重点。
3）应力控制
为确保大桥在施工过程中的安全，应力监控是最直接、最重要的内容。青岐涌大桥的施工，结构成型经历了钢桁工厂预制、桥面板现场预制，钢桁组装、运输、现场吊装及中跨合拢，桥面板安装，预应力束张拉，PCSS剪力键焊接连接等多个施工阶段，各个阶段结构受力不一，采取有效措施进行关键施工环节应力的实时监控是青岐涌大桥应力监控的重点。主要包括桥面板安装时钢桁梁的各个关键截面的应力状况进行监控，以及桥面铺装过程中主梁的应力控制。
4）桥面铺装标高的确定
桥面铺装标高的确定应根据合龙后组合梁的实测线形和内力，保证95%以上的标高控制点位满足铺装层设计厚度的要求，同时考虑到结构的后期受力状况，按照最小二乘法的思想，对实测标高进行曲线拟合，以协助确定最优铺装标高。
4、结语
钢桁-混凝土组合连续刚构桥具有结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、节省支模工序及模板、减少现场作业量、施工速度快、综合效益好等显著优点，成为大跨径梁桥又一发展方向，具有巨大的推广意义。该桥梁施工可借鉴经验小，施工监控为现场施工提供施工数据，很好保证桥梁拼装线形及拼装精度，保证桥梁的顺利完成。
参考文献：
1、曾德子：装配式钢桁-混凝土组合连续钢构桥施工工艺
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2、王铭：装配式钢桁—砼组合梁的变形全过程分析
《重庆交通大学》 ,2016
3、耿立伟：全装配式钢桁-混凝土组合连续刚构桥应用研究
《广州建筑》 ,2015 ,43 (5) :18-21
论文作者:何畅
论文发表刊物:《科技中国》2017年7期
论文发表时间:2017/11/1
标签：桥面论文; 线形论文; 应力论文; 标高论文; 组合论文; 混凝土论文; 阶段论文; 《科技中国》2017年7期论文;