集通高速黎明互通DK1+135.4匝道桥第6联为钢混组合梁, 上跨既有鹤大高速公路蝲蛄河大桥, 上跨段位于半径圆曲线 (R₁=1 800m) +缓和曲线 (A=155m) +圆曲线 (R₂=290m) 的曲线上, 与既有高速公路夹角为144.4°。钢箱梁跨径为33m+52m+33m, 重563t, 钢梁根据实际情况共分5个制作段, 采用顶推法施工。

主梁顶推长度为92m, 顶推段梁体在20～23号既有桥面上进行拼装, 导梁和第1段部分主梁支承于临时支撑ZJ4和19号主墩上, 施工过程中最大悬臂长度约为33m。导梁总长24m。顶推采用1台200t连续顶推千斤顶。顶推过程示意如图1所示。

在钢箱梁顶推过程中, 为保证安全施工, 对主梁、导梁和临时支撑的受力和变形情况进行监测, 采用施工监控软件实时通报监测数据, 指导现场施工。

顶推过程中监测对象为主梁、导梁和临时支撑, 测点包括应力测点和变形测点2类。测点命名规则如下。

测点编号为“SSXX-B/C-UF/DF/W, 500”, SS表示应力测点, B表示梁构件, C表示柱构件;UF表示截面上翼缘, DF表示截面下翼缘, W表示截面腹板, 500表示距离端部500mm。

测点编号为“DE/SPXX-B/C, 500”, DE表示挠度测点, SP表示水平变形测点, B表示梁构件, C表示柱构件, 500表示距离端部500mm。本工程梁构件测点位置均以主梁梁端为参照, 柱构件测点位置均以地面标高为参照。主要监测构件如图2所示。

主梁应力测点共6个, 编号为SS01～SS06。测点布置在主梁靠近导梁的交接处。每个测点布置1个应变计, 测点立面布置如图3所示。

导梁应力测点共8个, 编号为SS07～SS14。测点布置在导梁靠近主梁的交接处以及导梁跨中位置。每个测点布置1个应变计, 测点布置如图4所示。

临时支架应力测点共16个, 编号为SS15～SS30, 位于临时支架ZJ2, ZJ3, ZJ5和ZJ9上。每个测点布置1个应变计, 测点布置如图5所示。

导梁挠度测点共计3个, 编号为DE01～DE03, 每个测点布置1个倾角计 (见图6) 。

临时支架倾斜测点共计2个, 编号为SP04～SP05, 位于临时支架ZJ3上。每个测点布置1个倾角计 (见图7) 。

本次监测传感器与采集箱采用四芯屏蔽电缆线有线连接方式, 按照电缆线总长最短原则, 共设置3个采集箱, 采集箱布置位置及其覆盖测点范围如图8所示。

目前监控结构荷载主要使用的传感器有风速仪、加速度计、应变计、强震仪和动态承重仪等, 监测结构静动力的传感器主要有位移计、应变计、倾角仪等设备。

本项目监控的主要目的是指导施工, 验证理论计算是否合理。结合该项目施工环境及监测重点, 因此本次仅对钢箱梁、支架及导梁最不利断面进行内力监测, 同时监测顶推过程中是否存在倾覆的可能。故选用应变计监测各构件内力大小, 选用倾角计监测各构件变形情况。

考虑测量精度要求, 并结合施工现场条件, 本工程使用的应力监测传感器为表面应变计 (BGK-4000) , 变形监测传感器为倾角仪 (BGK-6151) 。

自动数据采集仪器配合本工程使用的各类传感器, 并考虑施工全过程实时监测。

本次监测设备采用有线数据采集, 采集器到基站数据采用基于GPRS的无线数据传输进行数据传递。GPRS无线数据采集模块放于采集箱中。监测基站数据将实现实时传输, 关键施工实现现场可视化操作。

因现场条件限制, 钢箱梁整个滑移过程在4个工作日完成, 钢箱梁实际滑移过程如表1所示。

根据现场监测数据, 及时对下个施工步进行预警计算。本项目采用现场实时监测, 现场情况异常时, 监测数据可能会产生剧烈震荡, 当监测数据超过安全预警值时, 监测系统将发出警示, 监测人员通过通信设备及时通知操作人员, 暂停施工并检查原因, 有效指导施工。

预警阈值根据以下原则确定:①通过结构设计规范、有限元模拟分析、工程经验等确定应力、应变预警阈值;②设定两级预警, 预警指标分为黄色和红色2级, 黄色时为预警阈值的50%、红色时为预警阈值的70%;本工程的应力预警指标如表2所示。

6月12日14:30钢箱梁正式开始滑移, 主梁测点应力变化如图9所示。

根据应力变化可知:

1) 6月12日14:30—15:30, 钢箱梁试顶推滑移了5m (即钢箱梁由原位置ZJ5向前滑移5m) , SS01～SS06 的应力值变化范围为-20～10MPa, 小于黄色预警值148MPa, 钢箱梁处于安全状态。

2) 6月18日07:30—09:20, SS01～SS06的应力绝对值变化趋势为先增大后减小。其原因为钢箱梁由ZJ5滑移至ZJ3, 梁经历了从有支撑到无支撑再到有支撑的过程, 钢箱梁测点区域由多点支撑变化为无支撑再变化为多点支撑, 即可判断SS01～SS06的应力绝对值变化趋势为先增大后减小。

3) 6月18日09:20—16:20, 钢箱梁由悬臂状态变化成多点支撑状态, 因此SS01～SS06应力值最初变化较为平稳, 之后由于导梁右侧先滑移 (按照滑移前进方向) 至ZJ9, 现场对钢箱梁位置进行纠偏, 受现场操作因素影响, SS01～SS06的应力值变化趋势无规律。

4) 6月20日15:00—18:00, 钢箱梁滑移至接近ZJ2的位置, SS01～SS03的应力绝对值最大为35.87MPa;SS04～SS06的应力绝对值最大为29.07MPa, 小于黄色预警值148MPa, 钢箱梁处于安全状态。

5) 6月28日09:20—18:00, 钢箱梁滑移就位, 滑移过程中SS01和SS02变化平稳, SS03～SS06的应力绝对值先逐渐增大后变化平稳, 应力值最大值为36.74MPa, 小于黄色预警值148MPa, 钢箱梁处于安全状态。

导梁测点的实际应力值如图10所示。

1) 6月12日14:30—15:30, 钢箱梁试顶推滑移了5m (即钢箱梁由原位置ZJ5向前滑移5m) , SS07和SS08的应力符号相反且应力绝对值都增大, SS07的最大值为-147.98MPa, SS08的最大值为181.96MPa;SS09和SS10的应力值符号相反且应力绝对值都增大, SS09的最大值为-67.41MPa, SS10的最大值为75.48MPa;SS11～SS14的应力都较小, 应力最大值出现在SS12处, 为22.25MPa。SS07的应力极值接近于黄色预警值148MPa, SS08的应力极值介于黄色预警值与红色预警值之间, SS09～SS14的应力值均小于黄色预警值148MPa。SS07, SS08的应力值分别大于SS09, SS10的, 说明导梁右侧 (滑移前进方向) 高度比左侧偏低。

2) 6月18日07:30—09:20, SS07和SS08的应力绝对值先增大后减小, 因为此时钢箱梁从ZJ5滑移至ZJ3, 应力的变化原理与主梁应力变化第2点相同, SS08 的应力绝对值最大为202.09MPa, 介于黄色预警值与红色预警值之间;SS09和SS10 的应力绝对值最大为85.18MPa, 小于黄色预警值148MPa;在SS11～SS14中, 测点 SS14的应力值波动较大, 其应力绝对值最大为70.23MPa, 小于黄色预警值148MPa。 此时导梁右侧 (滑移前进方向) 高度仍然比左侧偏低, 现场应及时采取措施, 保证导梁两侧高度相同。

3) 6月18日09:20—16:20, SS07～SS10的应力绝对值最大为93.03MPa; SS11～SS14的应力绝对值为88.76MPa, 小于黄色预警值 148MPa, 导梁处于安全状态。

4) 6月20日15:00—18:00, 钢箱梁从ZJ9滑移至ZJ2过程中, SS08的应力值最大, 达到 241.48MPa, 超过红色预警值207MPa。现场及时发布预警暂停施工, 查明原因是导梁右侧 (滑移前进方向) 高度比左侧偏低, 现场调整高差后, SS08的应力值减小, 导梁继续滑移至ZJ9时, SS08的应力值为30.38MPa, 小于黄色预警值148MPa, 导梁处于安全状态。

5) 6月28日09:20—18:00, SS08的应力值最大, 达到235.32MPa。现场及时发布预警暂停施工, 立即调整钢箱梁高差, SS08的应力值减小为200.63MPa, 小于红色预警值207MPa。

临时支架应力测点的实际应力值如图11所示。

1) 6月12日14:30—15:30, 钢箱梁试顶推滑移了5m (即钢箱梁由原位置ZJ5向前滑移5m) , ZJ2, ZJ3和ZJ9应力变化平稳, 此时钢箱梁还未滑移至ZJ3;ZJ5的测点应力绝对值最大为31.10MPa, 小于黄色预警值155MPa, 临时支架处于安全状态。

2) 6月18日07:30—09:20, ZJ2, ZJ3和ZJ9应力变化平稳, 此时钢箱梁还未滑移至ZJ3;ZJ5的测点应力绝对值最大为44.06MPa, 小于黄色预警值155MPa, 临时支架处于安全状态。

3) 6月18日09:20—16:20, ZJ2和ZJ9应力变化平稳, 钢箱梁还未滑移至ZJ9;此时ZJ3和ZJ5共同受力, ZJ3和ZJ5的测点应力绝对值最大为48.55MPa, 小于黄色预警值155MPa, 临时支架处于安全状态。

4) 6月20日15:00—18:00, ZJ2, ZJ3, ZJ5和ZJ9的测点应力绝对值最大为 52.74MPa, 小于黄色预警值155MPa, 临时支架处于安全状态。

5) 6月28日09:20—18:00, ZJ2, ZJ3, ZJ5和ZJ9的测点应力绝对值最大为 82.01MPa, 小于黄色预警值155MPa, 临时支架处于安全状态。

导梁的挠度监测结果如图12所示。

1) 6月18日07:30—09:20, 钢箱梁从ZJ5滑移至ZJ3, Δ2和Δ3的变化趋势一致, 都是先增大后减小, 说明钢箱梁刚脱离ZJ5时导梁的挠度增大, 在逐渐接近ZJ3时, 导梁的挠度减小。

2) 在整个钢箱梁滑移过程中, 钢箱梁的分段挠度值最大为6.5mm, 小于黄色预警值120mm, 导梁处于安全状态。

临时支架倾斜测点的实际应力值如图13所示, 图中负值代表ZJ3向钢箱梁滑移方向倾斜。

1) 钢箱梁滑移过程中, 测点SP04和SP05出现明显向钢箱梁滑移方向倾斜的趋势, 并且倾斜值呈缓慢增大趋势。

2) ZJ3柱顶的总水平位移δ为测点SP04与SP05位移值的和。δ的绝对最大值为22.43mm, 小于黄色预警值25mm, 临时支撑ZJ3处于安全状态。

钢箱梁顶推是一项复杂的综合性工作, 钢箱梁在顶推过程中受力变化复杂, 因此对钢箱梁在顶推过程中进行监测是一项必不可少的工作。通过对集通项目复杂线形山字形截面开口钢箱梁顶推施工监测, 将监测数据进行分析处理, 可以及时发现钢箱梁在顶推过程中存在的结构安全问题, 并及时进行调整。

以集通项目复杂线形山字形截面开口钢箱梁顶推监测为例进行分析研究, 监测成果表明, 采用顶推施工技术并配备精细的施工监测, 对复杂线形山字形截面开口钢箱梁顶推施工具有指导意义。