高速公路桥梁改扩建施工监测方案研究_卢乔.pdf

道路桥梁建 筑 技 术 开 发116 Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月高速公路桥梁改扩建施工监测方案研究卢 乔（广东省高速公路有限公司粤赣河惠扩建工程管理处，广东惠州 516151）摘要 随着我国经济的快速发展，桥梁高速公路建设项目越来越多，呈现出突飞猛进的态势。而桥梁是高速公路中最重要的组成部分，随着交通运输量的增加和行车密度和车辆荷载的增加，对桥梁作业施工的质量提出了更高的要求，如何从技术上做好公路桥梁改扩建施工监测是工程建设中必须解决的一个问题。这就要求建设单位与施工单位和监理单位在施工技术上保持密切的沟通，重点做好施工过程中一些重点技术使用的监测工作，只有这样才能切实保证桥梁工程的施工质量。关键词 高速公路桥梁；施工监测；方案 中图分类号TU 563 文献标志码A 文章编号1001-523X（2023）02-0116-03RESEARCH ON MONITORING SCHEME OF EXPRESSWAY BRIDGE RECONSTRUCTION AND EXPANSION CONSTRUCTIONLu Qiao AbstractWith the rapid development of Chinas economy,there are more and more bridge and expressway construction projects,showing a trend of rapid progress.The bridge is the most important part of the expressway.With the increase of traffic volume,traffic density and vehicle load,higher requirements are put forward for the quality of bridge construction.How to technically monitor the reconstruction and expansion of highway bridges is a problem that must be solved in engineering construction.This requires the construction unit to maintain close communication with the construction unit and the supervision unit in construction technology,and focus on monitoring the use of some key technologies during the construction process.Only in this way can the construction quality of the bridge project be effectively guaranteed.Keywordshighway bridge;construction monitoring;programme1 工程概况茂湛高速公路按速度120 km/h，双向四车道高速公路标准设计，分为多期建设完成，全长108.593 km。全线改建（含加宽扩建和拆除重建）桥梁19 202.85 m/322座，其中大桥8 023.75 m/19座。改扩建工程采用设计速度 120 km/h 的双向八车道高速公路标准建设，路基标准宽 42.0 m，路基及桥梁原则采用在既有结构两侧拼接加宽。新建桥涵设计汽车荷载等级公路级，旧桥涵（观珠至东坡岭段）汽车荷载等级为汽车超20，挂车120。本次改造全线采用在旧路两侧拼接加宽的扩建方案，旧桥上部维修加固（或换板）后与新桥上部拼接，下部分离新建。根据不同的上、下部结构形式，结合梁片拼接布置，采用不同的桥面宽度进行拼接加宽。2 监测目的和主要内容本监测项目主要对茂湛改扩建工程中桥梁施工安全风险较大、施工技术要求较高的重要节点和工况进行监测。根据对改扩建图纸等相关资料的梳理，本次改扩建工程针对桥梁方面的主要监测重点如下：（1）新桥桩基施工对旧桥墩台的扰动；（2）旧桥连续箱梁施工期间的抗倾覆性能；（3）旧桥顶升过程中结构安全和施工前后内力状态变化情况；（4）扩建桥基础的工后沉降情况；（5）预应力连续箱梁拼接带受力参数测试。3 高速公路桥梁改扩建施工监测要点分析3.1 既有桥沉降监测根据设计图纸，本次扩建桥结构均为钻孔灌注桩基础，扩建桥桩基与既有桥桩基最小中心距3.7 m，净距只有2.5 m。扩建桥基础施工对土体的扰动极易导致旧桥墩台的沉降。对简支梁等静定结构桥梁，墩台的沉降不会引起梁体内力的变化，对连续梁等超静定结构桥梁，墩台沉降会导致梁体结构内力变化，轻微沉降会降低结构安全储备，严重者会导致梁体开裂等结构性病害。收稿日期：20230116作者简介：卢乔（1988），男，江西宜春人，工程师，主要研究方向高速公路工程建设管理。道路桥梁建 筑 技 术 开 发 117Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月茂湛高速各土建标段既有桥主要有以下桥型结构：（1）5 m、8 m、10 m板：旧板为普通钢筋混凝土简支空心板。（2）13 m板：旧板为预制普通钢筋混凝土空心板。（3）16 m 板：旧板为预制预应力混凝土空心板。（4）20 m板：在TJ1标内20 m板均为先简支后结构连续的预应力空心板；TJ2标、TJ3标和TJ4标内20 m板均为简支结构预应力空心板梁。（5）30 m和35 mT 梁：旧桥为预应力简支T梁。（6）连续箱梁：部分跨铁路线和地方道路位置旧桥采用等截面预应力混凝土连续箱梁。本次拟对涉及扩建的既有桥部分连续梁结构墩台予以监测，主要监测摩擦桩结构的连续梁。主要包含TJ1标内简支变结构连续的预应力空心板梁和其余标段内的连续箱梁。沉降观测点布置在桥梁墩台下部，每个墩柱布置1个测点，监测点位置在地面标高以上约10 cm处钻孔，将带有端头的钢筋（或膨胀螺栓）斜向插入，再以水泥砂浆充填。结合本工程的重要性和敏感性，并综合考虑监测工作的经济性和可操作性，垂直位移按二等变形监测等级进行，其要求的垂直位移测量中误差不大于0.15 mm。墩台沉降监测采用精密水准仪（徕卡DNA03），测试精度为每公里往返测量标准偏差不大于0.3 mm。3.2 连续箱梁抗倾覆监测扩建施工过程中主线连续箱梁桥首先要切除旧桥外侧翼缘，在扩建桥没有拼接之前保持该状态桥面正常通车。对于连续梁桥，尤其是独柱墩结构外侧的自重已经减小，而且车辆可变荷载还集中在内侧，在极端情况下可能出现梁体倾覆事故。目前，扩建桥梁中，有以下两座连续梁中墩均为独柱墩结构。（1）TJ2标的茂湛铁路高架桥（20+26+20）m连续箱梁的两个中墩均为独柱墩。（2）TJ2标的素水分离式立交（20.64+25.75+24.25+19.36）m连续箱梁的3个中墩均为独柱墩。本次拟对在施工过程中对其进行抗倾覆情况的 监测。在连续箱梁墩顶位置布置倾角仪，测试施工和通车过程中箱梁的扭转情况，以便起到指导施工和预警的作用。茂湛铁路高架桥全桥共安装8个静力水准仪（左右幅各4个），素水分离式立交桥共安装10个静力水准仪（左右幅各5个）。倾角仪采用自动化监测系统采集分析数据。传感器经现场数据采集单元采集，经DTU无线数据发送模块传输至云数据库，同时建立云网络服务器，网络服务器搭设为本项目专项开发的监测系统，用于远端客户访问，网络服务器支撑手机App模块，便于移动终端实时查阅及信息收集。3.3 连续箱梁顶升监测本次茂湛扩建涉及顶升的桥梁共有5座，其中简支梁顶升桥梁1座，为三丫江大桥（20 m简支空心板）；涉及连续梁顶升的桥梁有5座，见表1。表1 连续梁顶升桥联统计表桥名标段跨径组成/m备注连续梁墩号K3388+094.242素水分离式立交桥TJ2左幅：1420+（20.64+225+19.36）+420；右幅：1420+（19.36+225+20.64）+420顶升0.947 m，3个中墩均为独柱墩14号18号墩K3408+147.31分离式立交桥TJ3416+230+616顶升高度1.081 m，中墩固结4号6号墩K3410+536.55省道S285跨线桥（左幅）TJ3416+230+516顶升高度0.94 m，中墩固结4号6号墩K3418+637.17分离式立交桥TJ4230 顶升高度0.827 m，中墩固结0号2号墩K3425+554.723分离式立交桥TJ4230+116顶升高度0.5 m，中墩固结0号台2号墩对于连续梁结构，若顶升位移控制不良会引起结构的次内力，最终成桥状态与施工前会有较大偏离。目前桥梁结构顶升有成套的同步顶升系统，其自身已经有顶升位移的监测，在施工单位的基础上重点补充结构应力变化监测，此外对桥面线形在前后对比测试，总体掌握了解结构在顶升前后的状态变化情况。3.4 简支空心板梁顶升监测茂湛扩建工程除了上述连续箱梁顶升外，部分旧桥空心板梁桥跨也涉及到顶升，施工方式为梁体顶升加高垫石。对于简支空心板梁的顶升，横向各片梁的顶升如果不同步，对梁间铰缝受力不利，严重者或导致铰缝开裂破坏。本次对空心板梁顶升不做全部监测，只选取最先施工的1孔简支梁予以监测，了解掌握施工工艺，发现其中的不足，以便指导后续顶升施工。对简支梁顶升主要在各梁体底板布置位移计，监测竖向顶升位移（图1）。监测过程中施工单位顶升分级要细，对于多片式梁一般相邻梁体之间的位移差值不应超过0.4 mm。图1 简支空心板梁顶升位移监测测点布置示意3.5 扩建桥工后沉降监测茂湛扩建工程扩建桥梁和既有旧桥之间采用刚性道路桥梁建 筑 技 术 开 发118 Roads and BridgesBuilding Technology Development第50卷第2期2023年2月拼接，旧桥已经运营多年，基本可以认为墩台沉降已经稳定，新旧桥拼接后新桥基础后续发生的沉降（新旧桥不协调变形）可能导致结构在后期运营过程中出现结构病害。本次拟选择典型桥梁和桥跨，对新桥基础的沉降进行跟踪观测，收集各种桥型新桥基础工后沉降数据，分析其对拼接后桥梁整体受力影响。本次拟对10 m空心板、13 m空心板、16 m空心板、20 m简支空心板和简支变连续空心板、30 mT梁、35 mT梁、连续箱梁各选取1座桥跟踪观测新桥墩台沉降。在下部结构施工完成后立即布置测点，主要观测梁体自重、二期永久荷载、转换桥面交通后车辆荷载作用下墩台沉降情况。具体测试桥梁根据施工安排和桥梁基础情况确定，初步预计300个沉降测点。3.6 预应力连续箱梁拼接带受力参数测试3.6.1 拼接带振动参数测试选择1联预应力混凝土连续梁，采用现场测试的方式测试既有桥保持通车条件下跨中截面和墩顶截面拼接带两侧的相对振动加速度、振幅和动挠度。对安装减振装置前后的振动参数均进行测试，一方面基于实测的安装减振装置前的振动数据配合同济大学开展早强、低收缩抗扰动超高性能混凝土以及新型接缝构造型式研究；另一方面对比安装减振装置前后的振动数据，验证减振装置的适用性（图2）。旧桥动挠度测点竖向振幅测点竖向加速度测点新桥图2 拼接带振动参数测点布置示意3.6.2 早强低收缩抗扰动超高性能混凝土实桥验证 测试选择1联预应力混凝土连续梁，在新旧桥拼接带混凝土内埋应变测点，测试拼接带超高性能混凝土的收缩性能，验证早强低收缩抗扰动超高性能混凝土的适用性（图3）。旧桥新桥横向应变测点纵向应变测点图3 拼接带混凝土收缩测点布置示意3.6.3 系统网络架构管理系统基于物联网和互联网技术进行构建，监测数据（传感器）经现场数据采集单元采集，经DTU无线数据发送模块传输至云数据库，同时建立网络服务器，网络服务器