1· 工程概况
永修县修河新大桥项目地处昌九城际铁路永修特大桥下游2.1km处， 为316国道永修境内改线控制性工程， 跨江西五大水系之一的修河， 连接江西省永修县新老城区， 建设里程为1 300m， 其中桥长811m， 主跨采用预应力混凝土变截面连续箱梁， 桥跨结构采用5×30m＋46.5m＋2×70m＋46.5m＋14×30m布置， 桥面宽度为28m； 桥位处修河航道等级为V—3级， 主桥布孔为46.5m＋2×70m＋46.5m，上部结构采用双幅变截面单箱单室箱梁。箱梁顶宽14m， 底宽8m， 翼缘板悬臂长3m， 悬臂端部厚20cm， 悬臂根部厚60cm。支点处梁高4.4m。敦顶0#块长10m， 其余悬浇段布置为5×3m＋4×3.5m。主梁施工时间为2013年2月~7月。
2· 施工监控的目的
大跨度预应力混凝土连续桥梁施工控制是施工技术的重要组成部分， 是确保桥梁施工完成与质量的关键， 确保成桥后的曲线能够达到设计值的要求， 并且内力分布与设计期望值能基本吻合。在桥梁施工的过程中， 会存在各种不利因素， 如温差变化、测量误差等， 均将不同程度地对桥梁合龙造成困难， 使得成桥后的线形与原有设计值不吻合， 从而引起内力分布偏离设计期望值， 引起桥梁的质量问题。因此， 有效地做好施工监控，是确保桥梁质量的重要内容[1]。
3· 施工监控的内容
3.1 仿真计算
大跨径预应力连续梁桥的每道施工工序， 都需要经过严格的变形计算和受力分析， 运用桥梁专业软件进行仿真计算。本工程采用的是桥梁博士（V2.9版） 来计算的， 计算内容主要包括混凝土的收缩徐变、温度变化、结构体系转换、临时荷载、活荷载和横载效应等。在计算过程中， 材料容重和弹性模量都采用规范理论值， 对于模板和挂篮的自重则采用实际值。仿真计算过程中， 需要建立两类单元模型， 分别为预应力钢束单元模型和混凝土单元模型， 改桥上部结构划分为79个预应力钢束单元和96个混凝土单元。
3.2 线形监控
3.2.1 理论预拱度的计算
在仿真模型建立以后， 将各个参数及桥梁施工荷载、工况、二期活载和横载等输入到计算软件中， 进行理论计算， 得出理论预拱度。
3.2.2 立模标高与线形控制
立模标高值由该节段的设计标高、预拱度、挂篮变形值来确定。其中挂篮变形值可通过各项综合测试得出， 由此绘制挂篮荷载－扰度曲线； 预拱度在悬臂浇筑的时候预设的， 通过预拱来抵消施工过程中梁体预设的扰度值。但是在实际操作的时候， 总会出现不理想的状态， 也就是说， 按照计算出来的理论值进行预拱和挂篮变形的施工，却达不到理想成桥状态。为了确保施工控制的质量， 在施工过程中， 对于混凝土的质量会有严格的控制， 如对混凝土各龄期的弹性模量、材料容重等各方面的指标， 都会进行现场实测， 同时在每个标段内布置一定数量的高程观测点。该项目每段布置5个观测点， 如图1所示。对于桥梁的中线点， 既可以用来测量箱梁的扰度， 同时还可以观测桥梁是否出现变形等。
施工过程中， 还需要对每一个截面进行立模、混凝土浇筑前后、预应力张拉后、挂篮的位移后等的标高观测， 以对各点的箱梁曲线和扰度变化历程有着清楚的了解， 从而确保箱梁悬臂端合龙的精度。为此， 应该尽量消除各种误差对于观测值的影响， 如温度变化。由于温度的变化会引起混凝土热胀冷缩， 从而影响到梁体观测值的结果， 一般都会选在每个测量工况结束后的第二天日出后0.5h内完成所有的测量， 减少日照升温对于主梁观测结果的影响[2]。
由于在每一工况下， 各节段测的各项数值也会出现偏差， 与预计标高不一致， 对于实测的混凝土弹性模量、材料容重等理论值与参数值也不相同。因此， 需要对其影响因素进行分析， 了解产生偏差的主要原因， 并且分析其对下一阶段的影响， 及时修正相关参数， 从而在下一节段的施工中做出相应的调整， 确保箱梁悬臂端的合龙精度。
3.3 应力监测
3.3.1 应力监测传感器
对于应力监测传感器的选择， 应该考虑适合长期观测， 所以对产品的质量提出了更高的要求， 并且能够保证有足够的精度， 在实际选择中， 应该多做比较， 选择质量可靠、精度较高、经济实惠的传感器。本工程中， 综合考虑各方面因素后， 选择了钢弦式应变计进行应力测量。根据测量数据加上实测混凝土弹性模量， 可以计算出混凝土的应力值[3]。
3.3.2 控制截面的选择
预应力混凝土连续箱梁在施工过程中， 各截面的应力分布会有较大差别， 而且同一工况下，同一个截面的上下表面应力也会不相同， 不断变化。在浇筑过程中， 悬臂处于静定状态， 根部截面为最不利状态， 但浇筑完成后， 悬臂处于超静定状态， 最不利的截面转变成跨中截面、四分点截面、墩顶截面。因此， 确定最终的箱梁应力控制截面为以下几个地方： 右幅为先期合龙的0#块根部截面、边跨及中跨跨中截面、中跨四分点截面； 左幅为0#块根部截面、中跨跨中截面。在这些应力最不利位置的上下缘布置传感器， 通过传感器进行应力监测工作[4]。
由于预应力混凝土桥梁主要要求监测其纵向应力状况， 因此， 对于传感器的布置， 采用在混凝土浇筑前， 将钢弦传感器元件预埋在箱梁应力控制截面内， 并且沿纵桥向布置， 采用钢丝绑扎的方式，绑扎在箱梁上、下缘的表层纵向钢筋上面。但是由于施工的时候会产生扰动， 使钢弦受到不同方向的挤压， 最终导致误差的出现， 但是这种误差影响较小， 是可控的。
为了有效避免其他因素的影响， 如内部水化热、混凝土凝结硬化等因素， 对于应变测试初读数应该选在预应力张拉前且应变计所在的梁段开始接受外荷载作用的时候。对于应力跟踪监测应该与标高测试同步进行， 而且要埋设传感器修正试块， 修正应力传感器因温度变化而引起的数据误差。在对数据进行分析的过程中， 对各测点采集到的应力大小， 利用实验室测得的混凝土弹性模量， 综合考虑实际结构中， 混凝土的徐变、收缩、温度等效应产生的应力影响， 依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）， 根据实际温度进行温度影响分析， 对实测应变进行修正， 从而使计算值接近实际值[5]。
3.3.3 工程实例分析
本文以永修县修河新大桥右幅7#墩中跨0＃块根部截面上、下缘混凝土应力监测数据为例进行分析。在对各阶段的预应力束进行张拉后， 上、下缘混凝土的应力变化如图2所示， 其中混凝土应力以受拉为负， 以受压为正。
3.4 合龙段混凝土的浇筑时间
从以上分析可知， 温度对于混凝土箱梁的合龙精度有着一定的影响， 因此， 选择有代表性的天气， 根据合龙前测的数据进行分析， 以确定混凝土的浇筑时间。通过计算和分析可见， 先期合龙的右幅边跨， 其高程－时间曲线， 应变－时间曲线分别如图3、图4所示。
由图3、图4可知， 在1:00～6:00时间段， 所监测的混凝土应力变化较小， 因此， 可以考虑在此阶段进行合龙段混凝土的浇筑。
永修县修河新大桥项目地处昌九城际铁路永修特大桥下游2.1km处， 为316国道永修境内改线控制性工程， 跨江西五大水系之一的修河， 连接江西省永修县新老城区， 建设里程为1 300m， 其中桥长811m， 主跨采用预应力混凝土变截面连续箱梁， 桥跨结构采用5×30m＋46.5m＋2×70m＋46.5m＋14×30m布置， 桥面宽度为28m； 桥位处修河航道等级为V—3级， 主桥布孔为46.5m＋2×70m＋46.5m，上部结构采用双幅变截面单箱单室箱梁。箱梁顶宽14m， 底宽8m， 翼缘板悬臂长3m， 悬臂端部厚20cm， 悬臂根部厚60cm。支点处梁高4.4m。敦顶0#块长10m， 其余悬浇段布置为5×3m＋4×3.5m。主梁施工时间为2013年2月~7月。
2· 施工监控的目的
大跨度预应力混凝土连续桥梁施工控制是施工技术的重要组成部分， 是确保桥梁施工完成与质量的关键， 确保成桥后的曲线能够达到设计值的要求， 并且内力分布与设计期望值能基本吻合。在桥梁施工的过程中， 会存在各种不利因素， 如温差变化、测量误差等， 均将不同程度地对桥梁合龙造成困难， 使得成桥后的线形与原有设计值不吻合， 从而引起内力分布偏离设计期望值， 引起桥梁的质量问题。因此， 有效地做好施工监控，是确保桥梁质量的重要内容[1]。
3· 施工监控的内容
3.1 仿真计算
大跨径预应力连续梁桥的每道施工工序， 都需要经过严格的变形计算和受力分析， 运用桥梁专业软件进行仿真计算。本工程采用的是桥梁博士（V2.9版） 来计算的， 计算内容主要包括混凝土的收缩徐变、温度变化、结构体系转换、临时荷载、活荷载和横载效应等。在计算过程中， 材料容重和弹性模量都采用规范理论值， 对于模板和挂篮的自重则采用实际值。仿真计算过程中， 需要建立两类单元模型， 分别为预应力钢束单元模型和混凝土单元模型， 改桥上部结构划分为79个预应力钢束单元和96个混凝土单元。
3.2 线形监控
3.2.1 理论预拱度的计算
在仿真模型建立以后， 将各个参数及桥梁施工荷载、工况、二期活载和横载等输入到计算软件中， 进行理论计算， 得出理论预拱度。
3.2.2 立模标高与线形控制
立模标高值由该节段的设计标高、预拱度、挂篮变形值来确定。其中挂篮变形值可通过各项综合测试得出， 由此绘制挂篮荷载－扰度曲线； 预拱度在悬臂浇筑的时候预设的， 通过预拱来抵消施工过程中梁体预设的扰度值。但是在实际操作的时候， 总会出现不理想的状态， 也就是说， 按照计算出来的理论值进行预拱和挂篮变形的施工，却达不到理想成桥状态。为了确保施工控制的质量， 在施工过程中， 对于混凝土的质量会有严格的控制， 如对混凝土各龄期的弹性模量、材料容重等各方面的指标， 都会进行现场实测， 同时在每个标段内布置一定数量的高程观测点。该项目每段布置5个观测点， 如图1所示。对于桥梁的中线点， 既可以用来测量箱梁的扰度， 同时还可以观测桥梁是否出现变形等。
施工过程中， 还需要对每一个截面进行立模、混凝土浇筑前后、预应力张拉后、挂篮的位移后等的标高观测， 以对各点的箱梁曲线和扰度变化历程有着清楚的了解， 从而确保箱梁悬臂端合龙的精度。为此， 应该尽量消除各种误差对于观测值的影响， 如温度变化。由于温度的变化会引起混凝土热胀冷缩， 从而影响到梁体观测值的结果， 一般都会选在每个测量工况结束后的第二天日出后0.5h内完成所有的测量， 减少日照升温对于主梁观测结果的影响[2]。
由于在每一工况下， 各节段测的各项数值也会出现偏差， 与预计标高不一致， 对于实测的混凝土弹性模量、材料容重等理论值与参数值也不相同。因此， 需要对其影响因素进行分析， 了解产生偏差的主要原因， 并且分析其对下一阶段的影响， 及时修正相关参数， 从而在下一节段的施工中做出相应的调整， 确保箱梁悬臂端的合龙精度。
3.3 应力监测
3.3.1 应力监测传感器
对于应力监测传感器的选择， 应该考虑适合长期观测， 所以对产品的质量提出了更高的要求， 并且能够保证有足够的精度， 在实际选择中， 应该多做比较， 选择质量可靠、精度较高、经济实惠的传感器。本工程中， 综合考虑各方面因素后， 选择了钢弦式应变计进行应力测量。根据测量数据加上实测混凝土弹性模量， 可以计算出混凝土的应力值[3]。
3.3.2 控制截面的选择
预应力混凝土连续箱梁在施工过程中， 各截面的应力分布会有较大差别， 而且同一工况下，同一个截面的上下表面应力也会不相同， 不断变化。在浇筑过程中， 悬臂处于静定状态， 根部截面为最不利状态， 但浇筑完成后， 悬臂处于超静定状态， 最不利的截面转变成跨中截面、四分点截面、墩顶截面。因此， 确定最终的箱梁应力控制截面为以下几个地方： 右幅为先期合龙的0#块根部截面、边跨及中跨跨中截面、中跨四分点截面； 左幅为0#块根部截面、中跨跨中截面。在这些应力最不利位置的上下缘布置传感器， 通过传感器进行应力监测工作[4]。
由于预应力混凝土桥梁主要要求监测其纵向应力状况， 因此， 对于传感器的布置， 采用在混凝土浇筑前， 将钢弦传感器元件预埋在箱梁应力控制截面内， 并且沿纵桥向布置， 采用钢丝绑扎的方式，绑扎在箱梁上、下缘的表层纵向钢筋上面。但是由于施工的时候会产生扰动， 使钢弦受到不同方向的挤压， 最终导致误差的出现， 但是这种误差影响较小， 是可控的。
为了有效避免其他因素的影响， 如内部水化热、混凝土凝结硬化等因素， 对于应变测试初读数应该选在预应力张拉前且应变计所在的梁段开始接受外荷载作用的时候。对于应力跟踪监测应该与标高测试同步进行， 而且要埋设传感器修正试块， 修正应力传感器因温度变化而引起的数据误差。在对数据进行分析的过程中， 对各测点采集到的应力大小， 利用实验室测得的混凝土弹性模量， 综合考虑实际结构中， 混凝土的徐变、收缩、温度等效应产生的应力影响， 依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）， 根据实际温度进行温度影响分析， 对实测应变进行修正， 从而使计算值接近实际值[5]。
3.3.3 工程实例分析
本文以永修县修河新大桥右幅7#墩中跨0＃块根部截面上、下缘混凝土应力监测数据为例进行分析。在对各阶段的预应力束进行张拉后， 上、下缘混凝土的应力变化如图2所示， 其中混凝土应力以受拉为负， 以受压为正。
3.4 合龙段混凝土的浇筑时间
从以上分析可知， 温度对于混凝土箱梁的合龙精度有着一定的影响， 因此， 选择有代表性的天气， 根据合龙前测的数据进行分析， 以确定混凝土的浇筑时间。通过计算和分析可见， 先期合龙的右幅边跨， 其高程－时间曲线， 应变－时间曲线分别如图3、图4所示。
由图3、图4可知， 在1:00～6:00时间段， 所监测的混凝土应力变化较小， 因此， 可以考虑在此阶段进行合龙段混凝土的浇筑。