高速公路跨越既有铁路线桥梁挂篮施工监测

高速公路跨越既有铁路线

桥梁挂篮施工监测

张崇尚1赵鹏1张宇胜2

（陕西高速公路建设集团公司1铁科院（北京)工程咨询有限公司2710054）摘要：在我国交通基础设施建设高速发展的当今，跨越既有铁路线的公路桥梁越来越多，而连续梁又以挂篮悬臂浇筑这种施工技术较为成熟。因此需对桥梁挂篮施工进行监测，保证梁体施工过程中受力是安全的，线形是平顺的，同时对挂篮采取安全防护措施，确保既有铁路安全畅通。现结合陕西潼西高速公路改扩建项目K92+621大桥（跨越陇海线）工程实例，探讨了连续梁桥施工监测的方法。

关键词：施工监测挂篮跨越铁路线

1前言

当今，桥梁结构施工阶段的监测已经成为控制桥梁施工质量不可缺少的主要手段，施工监测的目的是通过在施工中对桥梁结构进行实时监测，根据监测结果，评估在挂篮悬浇过程中梁体的变形及应力变化状态是否符合设计要求，判断结构状态是否正常，施工过程是否安全；而当出现较大误差时，应对结构进行误差调整，并对设计的施工过程进行重新调整，最大限度地保证桥梁建成时接近或达到理想设计状态。而跨越铁路线的桥梁又具有自身的特点，挂篮施工需采取四防措施（防水、防火、防电、防电），以确保既有铁路线安全通畅。

K92+621大桥跨越陇海铁路，主桥上部结构形式为（47＋80＋47）米预应力混凝土连续箱梁桥，单箱双室箱形截面，箱梁根部高度5.20米，跨中梁高2.40米，其间梁高按1.6次抛物线变化。采用纵、横、竖向三向预应力体系。各单“T”箱梁除墩顶块件外，分11对梁段，采用分段悬浇方法施工，梁段悬臂浇筑最大块件重量1992kN。桥型布置参见图1。

图1K92+621大桥主桥桥型布置图

2挂篮监测

2.1挂篮安全监测

跨越铁路线的桥梁在施工过程中保证既有铁路线的正常运行和桥梁安全是重中之重。挂篮施工过程中需做到以下几点：1）挂篮的安装与使用均应事先做好技术交底工作，上岗人员需严格执行有关安全操作规程。2）挂篮前移时要有专人负责组织有关检查工作。3）挂篮分两次走行到位，挂篮走行应同步进行。4）连续梁施工至铁路上部节段时，应在挂篮四周布满安全网，要求带电体必须在挂篮600mm以上，同时在挂篮底部吊挂环氧树脂绝缘板。5）挂篮应设置可靠的安全接地装置，防止感应电流对人体伤害。6）经常检查挂篮的悬吊系统，锚固系统及走行系统的连接状况，防止挂篮倾覆。

2.2挂篮预压试验

2.2.1试验目的

(1)对挂篮进行额定荷载及超载条件下检查挂篮设计、加工及安装质量，消除非弹性变形（消除安装及加工塑性变形）。(2)测定各种工况条件下弹性变形及非弹性变形，为悬浇节段箱梁立模标高提供依据。(3)试验检测挂篮构件的强度和挂篮的总体刚度，检验挂篮的使用安全性。(4)试验检测其他相关参数，为今后类似项目或进一步优化挂篮设计提供参考数据。

2.2.2试验工作

试验最大荷载为最大悬浇节段结构荷载的120％，2#块重量为199吨，加载至120％时的荷载（单侧）为199×120％＝238吨。大小桩号两侧挂篮对称同步加载。试验荷载采用施工单位自治的混凝土试块，将混凝土试块均匀地吊至底模上。单侧挂篮加载荷载分别为0→（25%额定荷载）→(50％额定荷载)→(80％额定荷载)→(100％额定荷载)→(120％额定荷载)→持荷12小时→卸载，共分5级进行加载和观测。

2.2.3试验结论及分析

主桁架杆件，前吊带（精轧螺纹钢），后锚（精轧螺纹钢）实测应力均小于理论计算值，有一定的安全储备。中主桁架为3片桁架中变形最大的，挠度为：41mm-11mm（残余变形）-11.2mm（后锚变形）-0.9mm（前支变形）=17.9mm<20mm，满足规范[1]要求。在加载至最大块段额定荷载时，挂篮的弹性变形较理论计算值14mm略大（这主要是试验荷载加载位置与理论值之间的差异所致）。塑性变形量为11mm，总变形量28.9mm。从试验数据上可以看出，在加载初期的塑性变形较大，加载到一定程度变形呈线性增长，表示塑性变形消除。在试验过程中杆件和焊缝无变形和开裂现象出现。挂篮试验结果表明，其受力及变形能够满足施工要求。

3施工监控

3.1施工监控的必要性

大跨度桥梁施工过程中，桥梁结构的空间位置随施工进展不断发生变化，要经历一个漫长和多次的体系转换过程，若同时考虑到施工中许多确定和不确定因素的影响，使得桥梁结构的实际状态偏离预定目标。使成桥桥面符合理想线形，是桥梁监控的重要目的[2]，施工过程及成桥状态结构应力处于安全状态是桥梁施工监控的重要作用。

3.2连续梁参数识别和现场测试

结构设计参数的变化能导致桥梁结构内力的变化和形状的改变，在施工控制中必须对其进行识别和修正[3]。连续梁桥主要设计参数有5类：1）结构几何形态参数；2）截面特性；3）温度，混凝土收缩，徐变随时间而变化的参数；4）荷载参数；5）材料参数。这些参数需通过现场测试来确定。

施工实时监测为施工控制提供了反映施工实际状况的技术数据和信息。主梁每一节段施工过程，在浇筑节段混凝土、张拉预应力及挂篮行走的前后都需要监测其挠度和应力变化数值，以便为合理成桥状态的阶段修正提供技术依据。①应力应变实测。应力应变实测通过埋置在箱梁混凝土内的钢筋应力计进行量测。梁体应力测试断面如图1所示，箱梁正应力测试断面布置在悬臂施工主梁根部、合拢段截面，单幅桥共计7个测试断面；具体测点布置见图2～图4。②挠度实测。测量以全站仪、精密水准仪和水准尺，采用水准测量的方法，周期性地对埋在施工各节段箱梁上的测点进行实测。在每一块箱梁前端顶面分上、下游方向各设置钢钉作为挠度监测的观测点，具体布置见图5。③建桥材料物理力学性能实测。（混凝土及钢材的强度，弹性模量等）

:钢弦应变计，能够测量应变与温度

:钢弦应变计，能够测量应变与温度

图2主梁1#块截面应力测点布置（B/C/E/F截面）图3主梁2#块截面应力测点布置（C/E

截面）

:钢弦应变计，能够测量应变与温度

图4合拢段截面应力测点布置（A/D/G截面）图5线形测点布置图3.3立模标高

桥梁的预拱度通常等于全部恒载和半活载产生的竖向挠度,长期荷载下的预拱度要考虑混凝土的收缩徐变,时间取成桥后1000天。预拱度的目的是使桥梁在建成后1000天,常遇荷载情况下桥面标高接近施工图的设计标高。f=(f g1+f g2-f y)[1+f(∞,t)]+1/2f p式中：f为长期荷载下的预拱度；f g1，f g2为一、二恒载产生的挠度；f y为预应力产生的挠度；f p为静活载产生的挠度。各施工梁段的立模高程按下式确定：H L=H s+f+f g式中：H L为立模标高；H s为设计标高；f为计算预拱度；f g为挂篮弹性变形。

4施工阶段实测与计算

4.1理论计算

结构计算采用有限元分析专业软件（桥梁博士V3.1）建立平面杆系模型，全桥共建立主梁单元74个，挂篮单元8个，共计82个单元。桥梁计算模型如图6所示。计算参数：1）上部结构混凝土为C50，f ck=32.4MPa,f cd=22.4MPa,f tk=2.65MPa；纵向预应力和横向预应力均采用φs15.2高强低松弛预应力钢绞线，标准强度f pk=1860MPa，张拉控制应力σcon=1395MPa，竖向预应力采用直径32mm的精轧螺纹钢筋，标准强度f pk=785MPa，张拉控制应力σcon=0.9f pk。2）荷载包括：结构自重根据截面实际构造按26kN/m3计，墩顶和中跨中横隔板以及锚固块重量作为外荷载施加在结构上，桥面铺装和防撞墙等二期恒载按95.5kN/m计，悬臂浇筑施工挂篮重按80吨计。成桥运营状态下计入活载（公路-I级），温度（常年温差升温14℃，降温30℃。日照温差按规范[4]表4.3.10-3取值），混凝土收缩、徐变效应。3）梁段的施工过程，每个阶段施工考虑挂篮就位，混凝土湿重，浇筑混凝土，预应力张拉四个步骤。

a)悬臂浇筑过程中