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摘要：该文介绍以预应力连续梁桥的悬臂施工过程为背景，介绍了施工监控的方法和影响成桥线形及结构内力的主要因素。通过施工监测和采取一定的控制措施，大桥悬臂施工顺利合龙，很好地达到了规范及设计要求。
关键词：预应力混凝土桥,连续梁,悬臂施工,施工监测,控制
1.工程概况
漫流东北公路桥，位于鲁山县。轴线与总干渠中心线交点大地坐标为：X=3742662.080，Y=501461.125，桩号为K0+518.540，桥梁斜度为0度。全桥共1联，上部结构为(71.5+130+71.5)m预应力混凝土连续箱梁(见图1)，全桥长280.5m，下部结构为板式墩，肋板式台，钻孔灌注桩基础。采用挂篮悬臂灌注法施工。
2. 施工监控的目的和必要性
施工过程中，因设计参数误差(如材料特性、徐变系数等)、施工误差(如制造误差、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等种种原因，将导致施工过程中桥梁的实际状态(线型、内力)与理想目标存在一定的偏差，这种偏离如不及时加以识别和调整，累积到一定程度后将对施工过程中结构的可靠度和安全带来严重影响，并导致成桥后的结构状态偏离设计要求。为此，就必须进行施工过程的控制，即根据设计文件和施工方案，进行施工过程计算，以确定每个悬浇阶段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和调整后续梁段的立模标高，以确保施工过程中结构的可靠度和安全，确保合龙精度以及成桥后的桥面线型、内力符合设计要求。
3.施工监控的内容
施工控制的内容是校核主要的设计数据，提供施工各理想状态线形及内力数据，对施工阶段状态控制数据实测值与理论值进行比较分析，进行结构设计参数识别与调整，对成桥状态进行预测与反馈控制分析，对结构线形及内力(应力)进行监测，防止施工中出现过大位移和应力，确保施工朝预定目标顺利进行。
在施工监控计算及监测过程中须进行基础数据的收集，基础数据包括：
1)结构几何尺寸;
2)结构构件的自重;
3)混凝土材料的弹性模量;
4)挂蓝自重以及支点反力;
5)施工临时荷载。
4. 监控计算
1 监控计算软件
本桥监控计算拟采用多套软件进行，主要利用桥梁博士(Dr.Bridge)做平面计算，分析结构的内力和变形状况。考虑到本桥自身特点，采用MIDAS/ Civil软件进行计算作为复核。
2 监控计算内容
(1)成桥状态的计算及复核
成桥状态是施工监控计算的目标状态。本项内容就是形成成桥状态，并对设计计算进行复核。
(2)设计参数识别
在本桥施工控制中，设计参数的识别就是通过量测施工过程中实际结构的行为，分析结构的实际状态与理想状态的偏差，用误差分析理论来确定或识别引起这种偏差的主要设计参数，经过修正设计参数，来达到控制桥梁结构的实际状态与理想状态的偏差的目的。本桥采用最小二乘法进行参数调整。
(3)施工各阶段的架设计算
施工架设过程计算与施工同步进行，包括施工前的预测计算及施工后的校核计算。施工前的预测计算包括参数识别、理论计算和预测控制参数等内容。施工后的校核计算是本阶段施工完毕后，将架设计算结果与施工监测结果进行比较.
(4)主桥箱梁施工预拱
在大跨度预应力混凝土箱梁悬臂浇筑施工中，随着箱梁的延伸，结构自重将逐步施加于已浇筑的节段上，使其挠度逐渐增大而变化。挠度控制将影响到合龙精度和成桥线形，故对其必须进行精确的计算和严格的控制。通过实测和计算分析，对设计部门给定的预拱值在一定的范围作适当修正。否则，多跨桥梁将可能出现较明显的起伏现象。
箱梁浇筑时各节段立模标高由几部分组成
H施=H0-fs+fm+fg (1)
H施—主梁梁顶立模标高;
H0—主梁梁顶设计标高，即成桥状态设计线形;
fs—从梁段安装到成桥状态累计位移，向下为负;
fm—主梁的活载预拱度，本桥考虑活载最大位移的1/2;
fg—挂篮变形产生的挠度。
(5)主桥箱梁预拱的预测和调整
实际测量值与理论计算值的偏差可通过物理—力学模型予以分析，其手段是通过前期预测和后期调整来实现。预拱控制实际上是对成桥线型的预测，需要通过实际的桥面标高测量结果，不断反馈比较，用实践来检验理论计算的准确性与调整方案的合理性。
5.施工监测
施工监测就是通过在施工现场设立实时测量体系，对施工过程中结构的内力、位移(线形)和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控工作提供实测数据，以保证主梁施工过程中结构的安全及为监控计算提供实测结构参数和校核。
本桥的施工监测内容主要包括：线型测量(主要包括箱梁线形和桥墩偏位)、结构应力测试、温度场测量三个方面。
5.1主桥线形测试：
1.箱梁线形测量
为了保证箱梁轴线高程施工精度，应通过现场实测，及时准确地控制和调整施工中发生的偏差值。选用精密水准仪(误差≤1mm/km)，高程控制以精密水准高程控制测量标准为控制网。测量控制程序如图2所示。
(1)墩顶坐标测量和基准点的设立
利用大桥两岸导线控制点，用全站仪测出墩顶测点的三维坐标。将墩顶标高值作为箱梁高程的水准基点，每一墩顶布置一个水平基准点和一个轴线基准点(做好明显的红色标识，施工单位做好严格保护措施)。
(2)主梁挠度的观测
a、测点布置：施工单位在每一梁段悬臂端梁顶设立四个标高观测点和一个箱梁轴线的控制点。0#块的高程观测点不但是本块件箱梁顶板设计标高的控制点，同时也是后续各悬浇节段高程观测的基准点，因此每墩顶箱梁顶面的高程控制点作加密布置，具体见图3。
箱梁每一截面的控制点的位置如图4所示。控制点N01、N02、N03、N04测点采用φ16钢筋制作，在垂直方向上与箱梁顶板的上下层钢筋点焊牢固，并保持垂直，顶部磨圆并露出砼面3cm，采用红油漆标记，见图4中的“○”所示的位置。控制点C用钢板100×100×12mm预埋，钢板顶面与相应箱梁截面顶面混凝土表面的对应位置平齐，它既是箱梁顶面挠度的控制点，也是箱梁轴线的控制点。控制点须用红油漆标明编号，并采取相应的保护措施，各控制点横向间距350cm。
b、测量方法：用精密水平水准仪测量测点标高。
c、测量频率：施工单位每一节段按四种工况(即：挂篮模板安装后、纵向预应力张拉前、纵向预应力张拉后、挂篮前移后)对主梁挠度进行平行独立测量，监理单位对立模、预应力张拉后的主梁挠度进行复测，监控单位以预应力张拉后的状态为监控状态进行测量。
d、测量时间：一般在清晨无日照、温度较为恒定的时间进行测量。
(3)箱梁轴线抽测
a、测点布置：施工单位在每一梁段悬臂端梁顶中线设立一个轴线观测点。测点见图4点C所示的位置。
b、测量方法：使用全站仪和钢尺等，采用测小角法或视准法直接测量其前端偏位。
c、测量时间：一般在清晨无日照、温度较为恒定的时间进行测量。
(4) 主梁顶面高程的测量
在预应力张拉完毕后，对主梁顶面混凝土进行直接测量。在测量过程中，同一截面测三点，根据其横坡取其平均值，这样可得到主梁顶面的高程值。同时，根据不同的工况观察主梁的挠度(反拱)变化值，按给定的立模标高(含预拱度)立模，也可得到主梁顶面的高程值。两者进行比较后，可检验施工质量。
2.控制精度
按《公路工程质量检验评定标准》(JTG F801-2004)，施工控制精度如下：
(1)立模标高允许偏差：±5mm
(2)局部线形控制要求
相邻节段相对标高误差：±10mm。
(3)已浇梁段以及成桥后主梁系统控制误差
标高误差：±L/5000，其中L为跨径;
(4)轴线偏位：±10mm;
(5)同跨对称点高程差≤L/5000mm;
(6)合龙段相对高程差≤10mm;
(7)断面尺寸偏差：-10≤h≤5(mm);-30≤w≤30(mm)。
3.测量仪器
自动安平水准仪：莱卡水准仪，精度≤1mm/km。
全站仪：拓普康GTS-601全站仪，精度: ±1" 、±(2mm+2ppm)。
5.2主桥箱梁应力控制
构的应变—应力测试结果一方面用来评价施工质量，另一方面还可用于桥梁结构施工过程中以及竣工后的跟踪监测，进一步完善桥梁设计理论。因此，在预应力混凝土结构的应变实际测试中，通过系统识别、误差分析与处理，使测试应力尽可能地接近于实际，从而较准确地掌握结构的真实应力状态。
1.传感器选择
基于漫流东北公路桥施工工期长、工作量大(测量频繁且须多点同时读数)、在整个监测监控期间，为了不影响桥梁现场施工进度，鉴于同类桥梁施工监控的经验，拟选用内埋式钢弦应变传感器
2. 传感器布置方案
应力测试断面的选择主要考虑以下因素：①结构受力的关键截面;②施工流程;③本桥自身特点;④结构的对称性;⑤兼顾荷载试验。基于此，箱梁共布置7个应力测试断面，两个墩身共布置2个应力测试断面。
断面布置见图5，测试截面位置分别为边跨1/2、中跨在1/2跨及0#块处(墩顶附近箱梁根部截面)。为补偿混凝土内部的无应力应变，在应力断面附近制作混凝土试块，将应力元件埋入试块中作为应力补偿。
3. 钢弦应变计埋设
为保证埋设的钢弦应变计有较高的成活率和测量精度，需对埋设的应变计特殊处理和进行多项检查。在操作中尽可能准确地使钢弦应变计与纵向应力方向保持一致。为防止混凝土浇筑过程中传感器的窜位和角度改变，埋设时用扎丝将传感器较牢捆扎在钢筋上。
4. 主桥箱梁结构应力测量
混凝土箱梁结构在悬浇过程中，按下述三个工序循环推进：①挂篮前移、立模;②混凝土浇筑;③预应力张拉。应力测量考虑到施工中特殊工况和温度大幅变化等情况，因此，按混凝土浇筑后和预应力张拉后(或预应力张拉挂篮前移后)，分别对箱梁混凝土的应力进行跟踪监测，然后对体系转换后箱梁结构各工况改变后的应力监测，直至箱梁竣工。测量时间选定在每一工况结束后8小时为宜，同时，在每一施工阶段，各工况测量时的温度变化不能太大。
5. 测试应力误差分析
混凝土结构的应力是通过应变测量获得的式中 ——载荷作用下混凝土结构的弹性应力;E——混凝土弹性模量; 弹——载荷作用下混凝土结构的弹性应变。
混凝土的应变可分为受力应变和非受力应变，在实测的应变中它们是混杂在一起的。根据CEB—FIP(1990)标准规范，在时刻t承受单轴向、不变应力 的混凝土构件,在时刻t测量总应变 可分解为式中 ——加载时初应变; ——时刻t>τ时的徐变应变; ——收缩应变; ——温度应变; ——系统应变误差
5.3箱梁施工过程温度场测量
结构受力状态及线型的变化除与结构外荷载状态等因素有关外，还与结构体系的温度场相关。桥梁结构在桥位处各种环境因素的影响下，其温度场的变化主要体现在长期季节温差和短期体系温差两种形式上。
在施工过程中，这两种形式的温差均将对墩身和箱梁的内力及线型产生重要影响，因此必须在施工过程中对结构的温度场进行监测。
(1)测试断面与测点布置
温度场测试断面的选择及测点布置主要考虑以下因素：①一般认为，桥梁沿长度方向的温度变化比较小;②结构的对称性;③结构或构件温度场的分布特征;④合龙精度控制需要。
(2)测量工作内容
温度场的测量工作内容主要包括：①环境温度测量;②箱梁温度场测量;③墩身温度场测量。
(3)测试仪器及元件
温度场测量元件采用JMT-36半导体智能型温度传感器结合点温计进行。
JMT-36智能型温度传感器主要性能：精度±0.5℃，稳定性±0.5℃，测量范围-40℃～150℃，线性误差±0.3℃;其测量结果可不受接长导线长度影响。
6. 施工控制影响因素分析：
1.1截面特征参数。桥梁施工可能存在截面尺寸误差，这种误差将直接导致截面特征参数(截面面积、截面惯性矩等)的误差，控制过程中通过结构变形和内力的实时监测数据对截面特征参数进行动态修正并作误差分析。
1.2材料特性参数。材料特性参数主要指材料的弹性模量E，对于混凝土材料来说，弹模在施工过程中会有一定的波动，在桥梁施工计算中要按照实测值进行分析。
1.3温度及混凝土收缩徐变。温度变化对桥梁结构的内力和变形有较大影响，一贯作法是通过定时观测(如每天早晨日出前进行观测)来尽量减小温度影响。混凝土收缩徐变与桥梁结构的形成历程有着密切的关系，在混凝土桥梁结构中，混凝土收缩、徐变对结构的内力与变形都有明显的影响。
1.4荷载参数。荷载参数主要是指结构构件自重力(容重)、施工临时荷载和预加力。由于施工组织不合理材料堆放引起的施工临时荷载，也会有较大的误差。对于结构体系中的有效预加力，由于预应力损失的变化也常常引起不小的误差。
7. 施工监控组织体系
施工控制工作是一个复杂的巨系统工程，涉及建设、设计、施工、监理和监控等多个部门和单位，且各个部门和单位在施工控制过程中也发挥着不同的作用。因此，为确保监控过程中各项工作的有序、协调、有效开展，必须事先建立完善的施工控制组织体系
1.组织体系
为保障施工控制工作的高效运作，必须明确施工控制实施过程中的各项工作制度和组织制度。为此，在施工控制阶段，成立由大桥的建设单位、设计单位、施工单位、监理单位和监控单位有关人员组成的“施工控制领导小组”，负责施工控制工作过程中的总体协调工作。
8.现场监控监测实施体系
结束语
(1)施工过程监控对于悬臂浇筑施工安全性具有重要的意义，是保证桥梁建造质量的重要手段;(2)通过施工监控，施工工艺参数更具合理性，各节段立模标高的确定更加合理，保证了桥梁结构内力和线形符合设计要求;(3)施工监控可以掌握实际结构的真实应力状态，为桥梁的运营和养护提供基础资料。
参考文献：
(1)漫流东北公路桥施工图设计
(2)《城市桥梁设计准则》(CJJ 77-98)
(3)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
(4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)
(5)《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》(JTJ025-86)
(6)《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》(JTJ 074-94)
(7)《公路工程技术标准》(JTJ B01-2003)
(8)公路圬工桥涵设计规范 (JTG D61-2005)
(9)《公路桥涵地基及基础设计规范》(JTG D63-2007)
(10)《公路桥梁抗震设计细则》(JTGT B02-01-2008)
(11)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)
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