洋里高架橋施工中線形控制的研究

郭南華，郭建濤，高 杰

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

洋里高架橋施工中線形控制的研究

郭南華1，2，郭建濤1，2，高 杰1，2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院;2.北黑高速公路J6監(jiān)理辦)

大跨度連續(xù)箱梁橋施工過程受到較多敏感的因素如混凝土的彈性模量、強(qiáng)度、收縮徐變、溫度等的影響使得施工較為復(fù)雜，故而施工控制成為必要，其中施工控制中的線形控制是極其重要的一個(gè)內(nèi)容。良好的橋梁線形控制，在一定范圍內(nèi)能保證該橋受力與設(shè)計(jì)要求相吻合。以福建省福州國際機(jī)場(chǎng)高速工程中的洋里高架橋施工中線形控制為研究背景，探析了前進(jìn)分析與軟件模型相結(jié)合在該橋橋線形控制的應(yīng)用。

連續(xù)箱梁;線形控制;前進(jìn)算法

1 工程背景

洋里高架橋是福建省福州國際機(jī)場(chǎng)高速公路上的一座連續(xù)梁橋，其位置處在福建省福州市光明港河畔，臨近光明港公園。變截面連續(xù)箱梁跨徑為:45 m+80 m+45 m，布置圖見圖1。

圖1 洋里高架橋立面布置圖

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(1)設(shè)計(jì)荷載:公路－I級(jí)。

(2)設(shè)計(jì)車速:100 km/h。

(3)橋面寬:整體式雙幅橋:2×(0.5 m防撞欄+凈15.50 m+0.5 m 防撞欄)。

2 施工中線形控制的誤差參數(shù)分析

2.1 線形控制

線形控制不僅是橋梁施工控制的重要組成部分，而且也是控制工作中難度相對(duì)較大的部分，線形控制是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量的決定因素之一，線形控制是施工監(jiān)控是橋梁建設(shè)的安全保證同時(shí)也是橋梁運(yùn)營中安全性和耐久性綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵內(nèi)容。本項(xiàng)目線形控制的流程如圖2所示。

橋梁線形預(yù)測(cè)與調(diào)整是橋梁施工控制計(jì)算和分析的主要內(nèi)容之一。在橋梁施工控制中，對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)誤差的調(diào)整就是通過量測(cè)施工過程中實(shí)際結(jié)構(gòu)的行為，分析結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)和理想狀態(tài)的偏差，用誤差分析理論來確定或識(shí)別引起這種偏差的主要設(shè)計(jì)參數(shù)誤差，來達(dá)到控制橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)與理想狀態(tài)的偏差，使結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)與設(shè)計(jì)相一致。

因此，線形控制工作的重點(diǎn)是根據(jù)當(dāng)前施工階段結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行正裝計(jì)算至成橋狀態(tài)，預(yù)告今后施工可能出現(xiàn)的變形狀態(tài)，形成施工線形控制的兩大任務(wù)，即結(jié)構(gòu)標(biāo)高的前期預(yù)報(bào)和后期調(diào)整。

2.2 誤差分析

誤差分析是施工監(jiān)控的難點(diǎn)，也是施工監(jiān)控三大系統(tǒng)中相對(duì)最不成熟的部分，主要原因是測(cè)試數(shù)據(jù)較少而影響因素較多的矛盾引起的。對(duì)于洋里高架橋的線形控制中的誤差參數(shù)來源可歸納為如下幾點(diǎn)。

圖2 線形控制的流程框架

(1)混凝土收縮，徐變等變形差異。

(2)混凝土自身材料容重，彈性模量等的離散性。

混凝土的容重和彈性模量的誤差勢(shì)必會(huì)引起結(jié)構(gòu)剛度的變化，結(jié)構(gòu)剛度誤差對(duì)施工控制質(zhì)量的危害較大。

(3)掛籃及模板定位誤差。

由于掛籃和模板是一個(gè)龐大的結(jié)構(gòu)物，加上掛籃本身剛度的影響，實(shí)際施工時(shí)掛籃和模板位置很難做到與設(shè)計(jì)一致。掛籃模板定位包括外模板和內(nèi)模板的定位，外模板決定了梁底標(biāo)高，而內(nèi)模板決定了橋面的標(biāo)高。掛籃定位是控制主梁標(biāo)高最重要也是最直接的手段，定位時(shí)只要認(rèn)真負(fù)責(zé)，并且掛籃在設(shè)計(jì)上是合理的，掛籃定位誤差能夠控制在允許范圍以內(nèi)。

(4)懸臂施工掛籃作用在箱梁上的反力，施工荷載等。

由于施工荷載隨機(jī)性較大，只能通過實(shí)地觀察，估計(jì)橋面荷載的重量以及位置，在計(jì)算數(shù)據(jù)中考慮。如果能準(zhǔn)確估計(jì)第一類荷載的重量，并且隨時(shí)記錄第二類荷載堆放的時(shí)間和重量，是能夠在計(jì)算中消除此類誤差的。由于臨時(shí)荷載是隨機(jī)的，如果把每一種荷載影響作為荷載工況輸入跟蹤計(jì)算，并不方便。一般情況下，可先試算，將各種荷載影響的結(jié)果算出，作為修正值現(xiàn)場(chǎng)修正會(huì)比較方便。

(5)各梁段預(yù)應(yīng)力的實(shí)際張拉力與理論值之間的差異等。

預(yù)應(yīng)力束張拉誤差一方面由張拉千斤頂?shù)挠蛪罕碜x數(shù)誤差引起，另一方面由各種預(yù)應(yīng)力損失引起。預(yù)應(yīng)力損失包括:①管道摩阻力，②錨具損失，③溫度損失，④鋼絲松弛，⑤徐變損失。

(6)合攏順序的變化。

(7)溫度影響。

溫度影響是施工控制中較難掌握的因素，這主要是因?yàn)闇囟仁冀K變化無常，而且在同一時(shí)刻，結(jié)構(gòu)各部分也存在溫差。所以，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中一般不把溫度影響作為單獨(dú)工況，而是將溫度影響單獨(dú)列出，作為修正。溫度測(cè)量也比較困難，一般情況下，只能測(cè)氣溫，而氣溫和結(jié)構(gòu)溫度是有很大差別的。

溫度影響產(chǎn)生橋梁撓度變化有兩種情況:均勻溫差、箱梁內(nèi)外側(cè)的相對(duì)溫差。溫度變化雖然隨時(shí)存在，但其對(duì)施工控制的危害主要表現(xiàn)在掛籃定位時(shí)，選擇夜間或者早晨進(jìn)行掛籃定位比較合適。溫度影響變化無常，每座橋都有各自特點(diǎn)，所以施工控制前必須加強(qiáng)觀測(cè)，及時(shí)掌握規(guī)律，盡可能排除溫度影響。如果能掌握溫度引起撓度的變化規(guī)律，可以將掛籃定位安排在任意的時(shí)間進(jìn)行，對(duì)于加快施工進(jìn)度是有好處的。

在施工過程中關(guān)于在線形控制中的誤差標(biāo)準(zhǔn)在滿足相關(guān)規(guī)范的要求外，我監(jiān)控方還進(jìn)行細(xì)化、量化且更加嚴(yán)格化。做到掛籃定位標(biāo)高與預(yù)報(bào)標(biāo)高之差控制在1 cm以內(nèi)，預(yù)應(yīng)力張拉完成后，如梁端測(cè)點(diǎn)標(biāo)高與控制小組預(yù)報(bào)標(biāo)高之差超過2 cm，需經(jīng)研究調(diào)整方案后，確定下一步的調(diào)整措施。

3 前進(jìn)算法在實(shí)際工程中的應(yīng)用

3.1 前進(jìn)算法分析的原理

隨著施工階段的推進(jìn)，結(jié)構(gòu)形式、邊界約束、荷載形式在地改變，前期結(jié)構(gòu)將發(fā)生徐變，其幾何位置也在改變，前一階段的結(jié)構(gòu)狀是本次施工階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。這種按施工階段前后次序進(jìn)行的結(jié)構(gòu)分法稱為前進(jìn)分析法。前進(jìn)分析法能較好的考慮與橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程有關(guān)的一些影響因素，如構(gòu)的非線性問題及混凝土收縮、徐變。對(duì)于大跨徑橋梁，只有通過前進(jìn)分析算才能了解結(jié)構(gòu)在各個(gè)施工階段的位移和受力狀況。

前進(jìn)分析法特點(diǎn)如下。

(1)只有根據(jù)詳細(xì)制定的施工方案中確定的施工加在順序進(jìn)行，才能結(jié)構(gòu)中間階段或最終成橋階段的實(shí)際變形和受力狀態(tài)。

(2)以符合設(shè)計(jì)要求的實(shí)際施工結(jié)果倒退到施工的第一階段作為結(jié)構(gòu)進(jìn)分析的初始狀態(tài)。

(3)前一階段的計(jì)算結(jié)果是本階段結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)，前一階段結(jié)構(gòu)位移是本階段確定結(jié)構(gòu)軸線的基礎(chǔ)。以前各施工階段結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是本階段結(jié)構(gòu)時(shí)材料非線性計(jì)算的基礎(chǔ)。

(4)對(duì)于混凝土徐變、收縮等時(shí)差效應(yīng)，在各施工階段中逐步計(jì)入。

(5)在施工分析過程中計(jì)入結(jié)構(gòu)幾何非線性效應(yīng)。

在洋里高架橋線形控制采用前進(jìn)算法，運(yùn)用Dr.Bridge專用分析軟件，并根據(jù)高強(qiáng)混凝土現(xiàn)場(chǎng)收縮徐變，建立了相應(yīng)仿真分析模型，得施工過程中變形、仿真分析結(jié)果，用于指導(dǎo)施工。

3.2 洋里高架橋線形標(biāo)高理論控制值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比

洋里高架橋運(yùn)用Dr.Bridge軟件采用正裝分析法，考慮誤差因素對(duì)線形控制的影響，建立了相應(yīng)仿真分析模型(如圖3所示)，得出各節(jié)點(diǎn)每個(gè)施工階段撓度及累計(jì)撓度，用于指導(dǎo)橋梁線形施工監(jiān)控。

圖3 洋里高架橋橋博仿真分析模型

洋里高架橋在線形控制中每個(gè)節(jié)段的斷面上均設(shè)置3個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 標(biāo)高測(cè)點(diǎn)布置圖

洋里高架橋通過橋博軟件結(jié)合前進(jìn)算法的分析得到的各節(jié)段的控制標(biāo)高與實(shí)測(cè)的標(biāo)高對(duì)比如下圖(圖5～圖10)所示。

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩1測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高通過前進(jìn)正裝法結(jié)合分析軟件預(yù)測(cè)節(jié)段的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段12位置，差值達(dá)到了12 mm，其出現(xiàn)如此大差值的最大可能原因?yàn)閽焖{(lán)定位誤差。

圖5 洋里高架橋左幅2#墩大樁號(hào)側(cè)1測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

圖6 洋里高架橋左幅2#墩2測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩2測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段12位置，差值達(dá)到了10 mm。

圖7 洋里高架橋左幅2#墩3測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅2#墩3測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高，其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段4位置，差值達(dá)到了12 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

圖8 洋里高架橋左幅3#墩1測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩1測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段8位置，差值達(dá)到了15 mm。

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩2測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高，于總體上較為精準(zhǔn)。其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段6位置，差值達(dá)到了18 mm。

圖9 洋里高架橋左幅3#墩2測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

圖10 洋里高架橋左幅3#墩3測(cè)點(diǎn)標(biāo)高對(duì)比

從本圖數(shù)據(jù)中可以看出洋里高架橋左幅3#墩3測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高，其中誤差最大值出現(xiàn)在節(jié)段6位置，差值達(dá)到了15 mm。此誤差值偏大，但是還小于線形控制容許誤差限值(20 mm)。

通過上述圖5～10的對(duì)比可以看出，前進(jìn)算法結(jié)合分析軟件模擬各節(jié)段的施工并計(jì)算各節(jié)段的立模標(biāo)高，在實(shí)際應(yīng)用中其結(jié)果可靠，誤差值(最大差值為18 mm)均可控制在施工控制容許的誤差限值(20 mm)，滿足工程精度要求。

4 結(jié)論

采用前進(jìn)算法，運(yùn)用Dr.Bridge橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高強(qiáng)混凝土試驗(yàn)，掛籃預(yù)壓試驗(yàn)等，并根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)中橋梁截面等尺寸、配筋及預(yù)應(yīng)力情況及實(shí)際施工工藝，建立了相應(yīng)仿真分析模型，得出各節(jié)點(diǎn)每個(gè)施工階段撓度及累計(jì)撓度，用于指導(dǎo)橋梁線形施工監(jiān)控。研究結(jié)果表明，通過仿真分析所取得的結(jié)果可以有效的指導(dǎo)施工。

洋里高架橋施工控制表明其建模精確，參數(shù)選取合理，有力保證了橋梁結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定，避免了橋梁施工過程的安全、質(zhì)量隱患，規(guī)避了不必要損失。

［1］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］向中富.橋梁施工控制技術(shù)［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］蔚建華.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工技術(shù)要點(diǎn)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

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1008－3383(2011)12－0055－03

2011－10－12