某大跨度梁桥的施工过程控制技术研究及评价

广东土木与建筑GUANGDONGARCHITECTURECIVILENGINEERINGVol.27No.2FEB2020某大跨度梁桥的施工过程控制技术研究及评价

刘敬坤

（中国林业科学研究院热带林业研究所

广州510520）

摘要：为了实现大跨度梁桥结构的施工过程控制，对这类结构的成桥状态进行分析评价，以湖南攸水大桥（65+120+65）m为例，建立有限元模型，进行施工过程控制理论计算分析，通过现场实施、偏差对比，得出此梁桥在施工过程中以及成桥状态下主梁线形平顺，大桥各截面受力合理，结构安全可靠，符合设计要求。

关健词：攸水大桥；施工过程控制；偏差对比；成桥状态中图分类号：U442.5文献标志码：A文章编号：1671-4563（2020）02-033-05

ResearchandEvaluationofConstructionProcessControlTechnologyofaLong-spanBeamBridgeLiuJingkun

（ResearchInstituteofTropicalForestry，ChineseAcademyofForestry

Guangzhou510520，China）

Abstract：Inordertoachievetheconstructionprocesscontroloflargespanbridgestructures，analysisofthiskindofstructureofthebridgestateassessment，thispapertakesHunanYoushuiBridge（65+120+65）mforexample，thefiniteelementmodelissetup，controltheconstructionprocessofthetheoreticalcalculationanalysis，throughtheimplementation，adeviationincontrast，itisconcludedthatthegird‐erbridgeduringconstructionandbridgestate，themaingirderlinearsmoother，bridgeeachsectionstressisreasonable，thestructureissafeandreliable，complywiththedesignrequirements.

Keywords：YoushuiBridge；donstructionprocesscontrol；deviationcompared；bridgedcondition

1概述

状态进行评价，为此类梁桥结构的施工过程控制提供

一个参考。

梁桥施工过程控制技术早在20世纪50年代就被一些工程技术人员研究使用，随后越来越多的工程人员认识到它的重要性，被广泛应用到大跨度的结构施工中。施工过程控制的最重要的目的就是保证结构在建成以后的形状符合要求、内力在合适的范围之内。但是由于工程施工是一个历时很长而且很复杂的系统任务，所以要达到施工过程控制的目的相当困难。因此梁桥的施工过程控制就显得格外重要，它是一个各方互相配合的过程，利用有限的资源去遏制或者减小不确定因素带来的影响，使工程竣工后达到良好的效果。

梁桥施工过程控制技术系统地运用在工程中的时间并不久，在梁桥施工管理中最早系统地运用控制技术的是日本，在建设日夜野PC连续梁桥的时候，就运用了相对比较完善的控制技术系统，且对控制结果利用计算机进行分析，然后再用分析的结果指导现场施工管理。

结合湖南攸水大桥（65+120+65）m大跨径梁桥的工程实例，建立有限元模型，进行施工过程控制理论计算分析，通过现场实施，偏差对比，得出此梁桥施工过程控制的主要成果，进行分析，并对此结构的成桥

作者简介：刘敬坤（1985-），男，硕士，工程师，主要从事工程管理研究与应用。

基金项目：湖南省教育厅高等学校科学研究一般项目（09C1022）E-mail：6636336@qq.com

2

2.1

理论计算分析

工程背景

湖南省攸县攸水大桥全长976.62m，主桥上部结构为跨径（65+120+65）m的预应力混凝土单箱单室连续梁，横桥向分左、右半幅桥，全长250m，主桥箱梁起讫点桩号为K0+344.97和K0+594.97。主梁平面在一条直线上，在K0+475.11处，桥梁分别设0.5%和0.3%的双向纵坡，竖曲线半径R=8000m。左、右两幅桥的桥面均设置2%的单方向横坡。箱梁顶部宽16.00m，箱梁的悬臂部分长4.00m，悬臂部分远端厚0.18m，近端厚0.70m，截面底端宽8.00m［1］。主跨箱梁悬臂根部高6.5m，跨中高2.5m，箱梁根部底板厚0.80m，跨中底板厚0.28m，箱梁的变截面按1.8次抛物线线形变化。箱梁腹板按线性变化，根部厚度80cm，跨中厚度45cm。全桥箱梁顶板厚度28cm。每个支座处设1道横隔板，全桥共设4道。主墩墩身采用实体墩，交界墩设计为薄壁墩身，箱梁检修人洞设置在边跨现浇段。本次研究分析取单幅为研究对象，该主桥的立面布置及箱梁剖面如图1所示，箱梁截面特性如表1所示。2.2有限元模型建立

采用梁桥计算软件模拟建立梁桥有限元模型，桥墩和主梁均使用梁单元建立，墩和主梁的连接利用弹性连接，由于桥位处于基岩场地，梁桥结构承台下面

33

2020年2月第27卷第2期刘敬坤：某大跨度梁桥的施工过程控制技术研究及评价FEB2020Vol.27No.2基岩内采用钻孔灌注桩，基岩刚度大，所以计算模型可以按照刚性基础考虑。成桥模型离散为83个单元，86个节点，模型的边界条件为结构支座位置的竖向线位移约束和墩底固结。全桥共划分为80个施工阶段和一个运营阶段进行仿真分析计算［2］，结构单元划分如图2所示。

6500⑨

120006500􀁔􀁉􀃊

Tab.2力学性能

表2混凝土材料参数取值

ConcreteMaterialParametersValue

C55

混凝土强度等级C50

C30

C25

3.55E+043.45E+043.00E+042.80E+0435.5轴心抗压标准强度fck/MPa32.420.116.72.74轴心抗拉标准强度ftk/MPa2.652.011.7824.4轴心抗压设计强度fcd/MPa22.413.811.5

弹性模量E/MPa轴心抗拉设计强度ftd/MPa

热膨胀系数/℃泊桑比g1.831.391.231.00E-051.00E-051.00E-051.00E-050.2

0.2

0.2

0.2

1.

⑩

250150（a）总体布置

28400400􀁓􀁉􀃊1502504040737373731/2墩顶截面806508045（b）截面尺寸

1/2跨中截面Fig.1

图1桥梁的总体布置及箱梁截面尺寸

OverallLayoutofBridgeandCross-sectionDimensionsofBoxGirder（cm）表1截面特性对比

TheComparativeResultoftheSectionFeature

主梁主墩支座处根部截面主梁跨中截面

134.13270.2521.91

10.839.50

Tab.1

截面特性绕y轴的惯性矩IY/m4绕z轴的惯性矩IZ/m4主梁截面面积A/m2

163.14

永久荷载包括箱梁的自身重量、材料的收缩及徐变作用以及预加力等［3］。箱梁的自身重量按照现有的尺寸计算，箱梁及墩身钢筋混凝土容重按26.5kN/m3取值，其余结构按26.0kN/m3取值。桥面沥青混凝土铺装按24kN/m3取值，横隔板、齿板分别以集中力的方式加到相应位置。重量计算以设计图纸中混凝土的体积为准。施工荷载包括挂篮及吊架。空挂篮50t（包括模板及机具设备），前支点与后锚点距离5.0m，空挂篮前支点反力900kN，后锚点拉力400kN。前支点距梁端0.5m。活载计算时，采用公路-I级车道荷载，计人群荷载3.5kN/m2；桥梁特征计算跨径取120m。

攸水大桥的分析计算采用正装计算法。正算法理论计算模型与实际结构的不符，类似于弹塑性力学中的“小应变大位移”问题，可以用迭代法进行解决。而且通过试算可知，即使不考虑修正，由于连续梁桥的结构特点，其引起的误差也非常小，可以忽略不计。

28250注：选取顺桥向为x轴，横桥向为y轴，竖向为z轴，下同。

3施工过程控制系统实施

Fig.2

图2攸水大桥有限元计算模型

TheFiniteElementCalculationModelofYoushuiBridge

2.3

结构计算参数取值及选用计算方法结构箱梁部分用C55混凝土，桥墩、承台基础用C30混凝土，桩基础用C25混凝土，桥面部分使用沥青混凝土铺装。主墩混凝土的加载龄期取5d，主梁混凝土的加载龄期取4d，每个梁段施工周期为6d。材料各项力学性能如表2所示。

预应力钢绞线均采用国标《预应力混凝土用钢绞线：GB/T5224-2003》中270级低松弛高强度钢绞线，其抗拉强度标准值为1860MPa，公称直径d为15.2mm，弹性模量为1.95×105MPa，松驰率为0.035，松驰系数为0.3。普通钢筋必须符合国家标准的各项规定，其中钢筋直径d≥12mm的全部采用HRB335钢筋，钢筋直径d＜12mm的全部采用R235钢筋。钢筋直径d≥20mm的应采用机械接头连接。34

攸水大桥的施工过程控制系统是一个往复循环的过程，既是从施工到施工监测，从施工监测到参数识别，从参数识别再到施工修正，修正后再进行预告，进而反馈到施工过程中，这样做的根本目的就是使工程的实施按照设计的理想方案推进。但是现实中不论是设计计算分析，还是工程的实施都存在着或多或少的误差，所以，施工过程控制的中心工作就是对实施中误差的分析、识别和调整，对桥梁下一步的状态作出判断。

3.1施工过程控制主要工作内容

施工监测、控制要结合结构设计要点及施工过程全面考虑，根据设计图、施工组织设计以及施工工序，攸水大桥的施工过程控制工作的主要内容：首先对桥梁施工段进行全面的分析、调整和优化，依据设计图和施工组织设计来确定施工的程序，并按顺序进行施工阶段的计算，施工阶段的计算分析结果再与设计图纸进行相互校核，这个分析结果是整个施工过程控制的最重要的依据；复核设计图纸拟定的预拱度计算结果。主梁每个阶段的浇筑、预应力张拉、挂篮的影响

2020年2月第27卷第2期广东土木与建筑FEB2020Vol.27No.2等直接关系到主梁的受力，主梁在施工过程中的线形直接影响其附加内力大小及成桥状态，所以在施工过程控制中主梁必须设置预拱度，并且是控制的重点。攸水大桥主梁采用后支点挂篮悬臂浇筑施工方法，在施工中挂篮立模标高确定后基本没有调整的余地，所以监控工作的第一件事情就是复核设计中的预拱度值，并且要在施工中对挂篮的预拱度和设置的方式作出准确的判断。主梁施工前对挂篮进行预压试验，根据设计图纸中的预拱度及挂篮预压试验得到的变位值，对立模标高进行复核和调整。主梁变截面处是重要监测内容之一，了解日常温度变化对结构应力应变、变位测试结果的影响。桥梁结构的稳定性也是施工中的一大难题，关系到桥梁结构的安全，所以这也是控制中的一大重点，攸水大桥是一座大跨度连续梁桥，在施工过程中，对墩身和主梁进行内力测试和计算分析，3.2以保证大桥结构的稳定性。在施工过程的每一个施工阶段，施工过程控制的实施

通过监测主梁在各个施工阶段的应力和变形，达到及时了解结构实际状态变化的目的。根据监测所得到的数据，首先确保结构的安全和稳定，其次保证结构的受力合理和线形平顺，为大桥安全、顺利地建成提供技术保障［4-7］。

影响结构线形及内力的技术参数有很多个，通过参数敏感性分析，了解每个参数对结构状态变化影响程度大小，确定主要参数。由于各方面环境的影响，根据设计值所选取的参数值与实际情况可能有所差异，有些参数需要在施工过程中通过现场试验或检查来获取，如：①混凝土容重；②混凝土强度；③混凝土弹性模量；④混凝土收缩徐变系数；⑤预应力误差的影响；⑥施工临时荷载；⑦混凝土浇注过程中超方情况；⑧气象资料：晴雨、气温、风向、风速；⑨实际工期与未来进度安排。3.2.1当浇筑各墩变形控制

0#块混凝土时，在0#块墩顶横隔板处的顶板位置用f16的钢筋头布置3个测量基准点。钢筋头端头磨平并焊固于分布钢筋网上，使其露出混凝土表面2cm。钢筋头周围用红色油漆做出明显标记。施工单位在施工过程中需特别注意对该基准点加以保护，防止施工机具运行时或托运材料时将基准点破

坏［8，9］

。基准点布置如图3所示。

375375375375i-110i第i节段ii-1图3主梁变形及标高测点布置

Fig.3

TheLayoutofMeasurementPointaboutMainBeamDeformationandElevation（cm）

主梁其它节段开始浇筑后，在主梁腹板外侧、顶

板中心（桥梁轴线）的梁端位置布置挠度观测点。每

一截面主梁梁顶设立3个挠度观测点，距梁端10cm，其中箱梁轴线上的挠度观测点亦作为轴线线形观测点，要求其埋设位置准确并在其钢筋头顶面刻上十字丝，如图3所示，预埋钢筋焊接在钢筋骨架中并用红漆标明编号。

3.2.2为了及时掌握该桥在施工过程中关键部位内力内力控制

的变化规律，弄清理论值与实际值之间的关系，在每一跨主梁关键部位布置应力测点，通过施工阶段的实时测试获得结构真实的应力状态，对其进行误差分析并判断是否符合设计要求，如果实测值与理论值的差值超限则

必须查找原因和，使之在允许的范围内变动［10］

。

本桥梁采用振弦式混凝土埋入型应变计作为应力（应变）观测仪器。该类型应变计预埋在混凝土后，受环境其它因素影响小，不易被破坏，而且稳定性好。

大桥上部结构单幅箱梁共布置7个测试截面，分别为梁部的悬臂根部截面、4测点。下部结构共布置个应变测点。上下游两幅共有L/2截面。每个截面布置8个测点，144个测试截面，个测试截面，56分别个为每个墩的墩底截面。全桥共个测点。

测试截面具体位置如图4所示。

6500120006500⑨

⑩

􀁓􀁉􀃊

图4应变测试截面示意图

􀁔􀁉􀃊

3.2.3

Fig.4

TheSchematicDiagramofStrainTestSection

温度也是导致主梁变形的重要参数之一。温度温度控制

控制分为季节性的温度变化控制和日照性的温度变化控制。其中季节性的温度变化对主梁变形的作用比较单一，变化相对均匀，在施工阶段采集温度参数，反馈到计算模型中，分析主梁的变形情况。而日照性的温差最为复杂，日照性的温度变化对主梁变形的作用通常需要实际测量，探究出主梁在日照性温度变化的情况。对攸水大桥来说，日照温度的变化会使主梁顶、底板之间产生温差，进而引发主梁变形。因而该桥应进行环境温度以及测试断面温度场的测试。

温度测试选用JMT－36A型记忆智能温度传感器，采用振弦式频率测试温度变化。在主梁混凝土的内表面预埋温度传感器，以测量其温度场分布。考虑到各个“T”的温度大致相同，故选一个“T”的一个悬臂作为温度测试对象，共设2个观测截面，每个截面含6个温度测试点，将温度传感器固定在钢筋上，埋设于混凝土体内，测试导线引到混凝土表面［11］。在主梁施工期间选择有代表性的天气进行24h连续观测，例如：每个季节选择一个晴天、多云天和阴雨天。特别是在主梁施工的养护期间实测梁板中的水化热变化

35

2020年2月第27卷第2期刘敬坤：某大跨度梁桥的施工过程控制技术研究及评价FEB2020Vol.27No.2规律，3.2.4对施工方法如何养护起了依据作用。挂篮安装好后通过试压消除结构的非弹性变形非弹性变形控制

并检验挂篮的受力性能，以便有效控制桥梁线形。攸水大桥主梁施工采用的是常规的三角形桁架挂篮，挂篮由主桁、底篮系统、悬吊系统、后锚、模板系统及行走系统等部分组成。挂篮预压试验采用沙袋堆载的方式进行加载。其计算结果与实测结果如图5所示。

mm20/值15左幅左幅10号墩挂篮度挠10500.00930.08理论计算值11号墩挂篮加载重量1488.13/kN1860.162232.20图5挂篮荷载试验实测值与理论计算值比较

Fig.5TheComparisonbetweentheMeasuredValueoftheBasketLoadTestandtheTheoreticalCalculatedValue

由上述试验值得出挂篮的荷载—挠度曲线，由每个梁段的重量换算出前吊点的力，根据加载曲线得出前吊点的变形，在预拱度中予以考虑，从而为控制主梁挠度提供可靠的依据。

4施工过程控制成果

根据攸水大桥主梁的后支点挂篮悬臂浇筑施工方案，对主梁悬臂浇筑过程实施动态监控，并且每一节段混凝土浇筑完毕，根据实测主梁梁底标高重新计算并确定下一节段主梁梁底标高。挂篮前移就位后经有关方复测后方可定位，直至主梁合龙。在全桥的施工过程中挂篮前移后主梁立模标高的定位和预应力钢束的张拉至关重要，因此在施工过程中除保证主梁轴线和高程的精确定位外，还必须加强对预应力钢束张拉过程中主梁内力的测试。4.1攸水大桥顺利完成主梁施工后，主梁施工状态监测成果

对主梁的标高、轴线等进行了测量，并在测量中综合考虑了测量温度与合拢温度的影响；同时还对关键截面的应力进行了检测。测量结果表明攸水大桥主梁合拢线形及轴线线形的精度都满足设计要求，关键截面的应力监测结果表明攸水大桥主梁受力合理。4.1.1主梁现场浇筑施工期间，主梁线形监测成果

及时进行了精确定位测量。施工监控过程中严格控制高程和轴线。主梁浇筑过程中各节段施工过程监控数据安装高程实测值、理论值比较如图886所示。由图6得知：在各梁段安装

m87/程86高858483实测高程82理论高程8114’12’10’8’6’4’2’0梁段号’135791113图6安装高程比较

Fig.6

TheInstallationElevationComparison

36

过程中，高程最大偏差为28mm。安装误差均在监控控制范围内，4.1.2主梁在悬臂浇筑过程中，主梁内力监测成果

符合控制精度和设计要求。主梁关键截面预埋的振弦式应变计的应力监测记录主梁上、下缘应力实测值、理论值比较如图7所示，可以看出实测值与理论值较为接近，变化规律与理论值相吻合，说明主梁应力满足设计和规范要求，14且满足桥梁监控的控制精度要求。

1210上缘理论值aP8上缘实测值M/值下缘理论值力下缘实测值应201#2#3#4#5#6张#7张#8张#9张#10张#11张#12张#13张#14张#边边中中桥张张张张张跨跨跨跨面拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉合张合张铺后后后后后后后后后后后后后后龙拉龙拉装后后1412上缘理论值⒜跨中

施工工序aP上缘实测值M/值10下缘理论值力8下缘实测值应201#2#3#4#5#6#7#拉8#拉9#10#11#12#13#14#边边中中桥张张张张张张张张张张张张张张跨跨跨跨面拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉拉合张合张铺后后后后后后后后后后后后后后龙拉龙拉装后后图7侧截面（悬臂根部⒝边跨

施工工序）主梁应力比较

Fig.7

StressComparisonofMainBeaminSideSection

（CantileverRoot）

4.1.3

主梁在施工过程中，墩底内力监测结果墩底应力的监测记录的实测值、理论值比较如图8所示，可以看出实测值接近于理论值，误差在10%以内，在最大悬臂状态，边、中跨合龙等重要工序中墩底受力均满足监控控制要求。

3.5aP3.0M/值2.5力2.0应1.5中跨侧理论值1.0中跨侧实测值0.5边跨侧理论值0.0边跨侧实测值浇浇浇浇浇浇浇浇浇浇浇浇浇浇边中桥筑1#筑2#筑3#筑4#筑5#筑6#筑7#筑8#筑施工工序9#10筑#11筑#12筑#13筑#14筑#跨跨面合合铺龙龙装图8墩底应力比较

Fig.8

TheComparisonofPierBottomStress

4.2

由主梁桥面线形监测结果数据中可以得出：成桥状态控制结果

在成桥状态下，△差Z左幅桥主梁线形标高与理论标高最大偏差20△=21Zmm，右幅桥主梁线形标高与理论标高最大偏变化趋势来看也与设计线形吻合，mm=20以内，mm与设计理论值基本吻合。从图，除个别值超出20mm以外，其余均在所以桥面线形满足9的线形监控精度和设计要求。

大桥在成桥状态下主梁关键截面的内力如表3所示，可以看出实测值接近于理论值，误差在10%以内，说明主梁应力满足设计和规范要求，受力符合要求。

.8.6.4.2.088.8表3成桥状态主梁内力监测结果

Tab.3InternalForceMonitoringResultsoftheMainGirder

intheConditionoftheCompletedMridge（MPa）

16’13’10’7’4’1’136912151296311’4’7’10’13’16’标高值/m施工工序位置0#块中跨0#块边跨中跨L/4

工况全桥合龙后全桥合龙后全桥合龙后

上缘

8.9.007.81

8.70

-0.19-0.-0.08

9.559.44

下缘9.39---0.16-0.150.26--

Fig.9

图9主梁线线形比较

TheGirderLineComparison

理论值实测值差值理论值实测值差值6.516.

6.478.466.567.27

-0.0411.50-0.

11.407.

侧截面桥面铺装完成后侧截面桥面铺装完成后

11.26-0.249.298.15

5施工过程控制系统评价

攸水大桥施工过程中严格执行各方面的截面桥面铺装完成后8.117.83-0.288.217.98-0.23相关规定，合理安排工序作业时间，积极进行全桥合龙后5.085.310.2313.413.510.11跨中施工过程控制工作。从该桥的实测数据来看：截面桥面铺装完成后8.108.03-0.077.137.190.06

⑴主梁方面：主梁悬臂施工过程中节段

注：①应变计埋设位置及编号如图4所示；应力以压为“+”，拉为“-”。②“--”表示

标高误差介于±10mm之间，表明主梁整体线

所埋设的应变计已坏，无法测读其数据，下同。③差值=实测值-理论值。

形基本平顺。主梁在施工过程中，各主梁关

制的理论和方法［J］.重庆交通学院学报，1999，18（4）：47-53.键截面上下缘实测应变与理论值吻合良好，偏差在

［2］高程东.合肥肥西派河三桥施工方案设计与控制［D］.合10%以内，0号梁段（悬臂根部）上缘应力最大值出现

肥：合肥工业大学，2007.在悬臂施工的过程中，下缘应力最大值出现在成桥以

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6结语

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参

考

文

献

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综上所述，攸水大桥在施工过程中以及成桥状态

下，主梁线形平顺，大桥各截面受力合理，结构安全可靠，符合设计要求。施工过程控制所应用的理论和方法正确，实际效果较好，施工过程控制工作获得了成功。建议在今后的使用过程中严禁超载，并加强对大桥关键部位的长期观测，确保安全。

［1］顾安邦，常英，乐云祥.大跨径预应力连续刚构桥施工控37