同步顶升施工桥梁监控技术

同步顶升施工桥梁监控技术

发表时间：2018-02-26T11:53:44.587Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第28期作者：季洛洛

[导读] 该项监控体系除了可用于桥梁同比顶升施工外，还可以用于桥梁支座的更换，铁路、轻轨桥梁的定位安装、整体加高。

中交隧道工程局有限公司福州市 350011

摘要：地铁施工中，会出现隧道穿越桥梁基础桩基的现象。在不拆除桥梁的情况下，需对桥梁进行桩基托换施工。托换施工过程中，对桥梁进行同步顶升施工是一项具有重大危险性的工艺。桥梁的顶升是一个短时动态的过程，随着对桥梁结构的持续顶升，桥梁的高程等一系列因素随之变化，进而会导致桥梁受力状态发生变化。顶升临时支撑结构自身的受力和稳定也影响到整个顶升过程的安全和桥梁的受力变形。

因此，在整个顶升过程中对桥梁结构和临时支撑体系的变形和关键部位的内力进行实时监控是非常必要的，能保证被顶升桥梁和临时支撑结构的安全。

关键词：高程变化；主梁裂缝；桥墩沉降

引言：福州市轨道交通2号线紫阳站~五里亭站区间范围内，五里亭立交桥墩桩基侵入隧道范围，拟对侵入隧道内桩基进行桩基托换，区间右线需穿越立交桥一处桥墩。本文的研究目的是通过对桥梁同步顶升过程中进行监控，从而掌握顶升过程中重要部位的变形和受力情况，使整个同步顶升过程处在规范和设计要求的警戒值内，并根据施工监测数据的相关分析和信息反馈，及时修正设计和指导施工，对托换施工过程进行有效的预测和控制，优化施工工序。对顶升过程进行实时监控，是保证被顶升桥梁整体结构的安全的必要措施。

利用同步顶升动力监控系统，在对主桥梁进行修复、更换支座及梁体进行整体提升方面，前人已经有了一定的研究，在对桥梁桩基托换施工中的研究较少。前人研究经过施工实际操作，验证了同步顶升动力监控系统在桥梁施工中具有广泛的应用性和重要性。研究结果表明，采用多参数实时监测技术的PLC控制多液压缸桥梁同步顶升系统可以实现高精度同步顶升，确保施工过程中的桥梁结构安全。

预计经过本次研究，使对桥梁进行同步顶升施工时的监控更加全面，从而对对整个顶升过程中的体系结构的变形和受力的掌握更加准确，保证被顶升桥梁体系的安全，优化施工工序。

1.工程背景

福州轨道交通2号线紫阳站~五里亭站区间范围内，五里亭立交桥墩桩基侵入隧道范围。为避让五里亭立交隧道左右线分开，右线以Ｒ-350曲线下穿五里亭立交一处桥墩，后经Ｒ-450曲线接至五里亭站；左线以Ｒ-2000曲线下穿五里亭立交两处桥墩，后经Ｒ-2000、

Ｒ-1200曲线接至五里亭站。区间隧道两侧主要为市场、办公楼、住宅区等。区间右线在里程YCK31+784.5附近需穿越五里亭立交D匝道桥桥墩的桩号为D0+032.045，隧道顶埋深约14m，D匝道托换的桥墩所在上部结构为3x15.75m钢筋砼连续箱梁，桥墩下部结构为薄壁墩配承台预制方桩基础，墩高11.714m，预制方桩的截面尺寸为40x40cm，桩长32m。区间左线里程在ZCK31+871和ZCK31+907附近需分别穿越五里亭立交E匝道桥桥墩的桩号为E0+334.932和E0+351.295，隧道顶埋深约为14m，E匝道托换的桥墩所在上部结构为6孔不等跨异性钢筋连续箱梁，桥墩下部结构为薄壁墩配承台预制方桩基础，墩高分别为8.241m和7.757m，预制方桩的截面尺寸为40x40cm，桩长29m。本文以D匝道处141#桥墩托换施工为例进行研究。

2.基本原理

在对桥梁同步顶升的过程中，监控技术采用的基本原理如下：在规范控制标准和施工工艺的原则下，制定监控方案。在同步顶升的每个施工步骤中，监测桥梁结构主要部位变形及其应力变化，根据得到的监控数据进行分析，若数据超限，则报警、停止施工，采取一定的技术措施后进行下一步施工；若未超限，可进行下一步工序施工。在得到监控数据后，也要分析各实测数据之间的关系，可验证数据的准确性和合理性，进而达到优化施工工序的目的。

3.施工监测内容

3.1桥梁裂缝监测

在施工监测前期桥梁承载能力评定检测中，对现有桥梁进行裂缝调查，了解现有裂缝的分布位置、裂缝走向、长度、宽度，用相机拍照并记录裂缝位置、宽度，并在上部结构的影响区域内的跨中（梁底）和支座负弯矩位置（翼缘底面）的裂缝安装应变计对其进行监测。裂缝监测点详见图3-1。

（1）测点布置：根据裂缝实际位置，在托换结构所在联影响区域的各跨跨中（梁底）和支座负弯矩位置（翼缘底面）布设测点。

（2）测点安装方法：在箱梁底面和翼缘底面跨缝安装振弦式应变计。

（3）测试方法：采用DH3815N静态应变测量系统进行实时数据采集。

（4）数据处理：将各测点变化值汇总，并绘制出裂缝发展趋势图。

（5）测试频率：①开始施工前②新建桩基和新建承台完成后③箱梁顶升前、后④拆除旧桥下部结构后⑤新墩浇筑完成后⑥拆除临时支撑架后

图3-1 D匝道裂缝观测点平面示意图（单位：cm）

对箱梁进行同步顶升时的监测数据如下：

规定图中上为左、下为右受压为- 受拉为+

监测结果：在进行同步顶升施工托换桥梁过程中、在取支座过程中、千斤顶卸载后，裂缝宽度最大变化值为均为0.01mm；在同步顶升完成托换后的三天监测中，主梁裂缝宽度变化值在0~0.01mm之间。

监测结论：在整个同步顶升桥梁施工过程中，主梁裂缝宽度未明显增大。

3.2箱梁支点竖向绝对位移监测

在同步顶升施工过程中上部结构不可避免会产生位移。但桥梁结构的变形是有限的，因此在施工过程中必须对其进行严密监控，监测结果用以推算顶升各工序托换结构内力及应力变化，验证托换结构实施后受力转换的可靠性并且可以对桥梁准确的安全状态评估提供科学依据，还可进一步检验设计和施工工艺的效果，墩顶高程监测布点包括对桥面支座截面、旧墩、临时支撑架顶、底端的布点，详见图3-2、

3-3。

（1）测点布置：桥面支座截面测点同桥梁线形监测测点共用；旧墩墩底按东、西、南、北4个方向各布设一个测点用于观测在施工过程中的旧墩沉降；临时支撑架底端每个钢管分别布设4个沉降观测点；临时支撑架顶端安装接触式电子位移计用于观测箱梁与临时支撑架的相对位移；静力水准仪安装在被托换墩和相邻墩的箱梁梁体上。（2）测点安装方法：采用钻机对旧墩钻孔并植入沉降测点；临时支撑架通过焊接固定测点用于观测；静力水准仪（或光电挠度仪）通过在箱梁上固定支架安装。

（3）测试方法：采用天宝DINI精密电子水准仪配合铟瓦尺按照二等水准要求进行监测（或光电挠度仪实时监测）；静力水准仪通过采集仪自动采集数据。

（4）数据处理：通过监测桥面支座截面测点变位得出箱梁支座截面的绝对位移变化量，从总体上把控结构安全；计算施工过程中旧墩、临时支撑架底端的沉降和临时支撑架与箱梁底面的相对位移量，并根据施工进度绘制旧墩的沉降时程变形曲线；（5）测试工况：①开始施工前②临时支撑架安装完成后③箱梁顶升前、后④拆除旧桥下部结构后⑤新墩浇筑完成后⑥拆除临时支撑架后⑦地铁施工完成后的一年内

图3-2 D匝道墩底沉降测点示意图（单位：cm）

图3-3 D匝道静力水准仪观测点示意图（单位：cm）同步顶升桥梁施工中的墩底沉降数据如下：