大跨度連續(xù)梁施工線形控制技術(shù)探討

周大勇

（中鐵十八局集團有限公司，天津 300222）

1 引言

武廣客運專線滬蓉高速特大橋全橋長2261.61 m，橋址區(qū)域?qū)匍L江三級階地，地勢開闊平緩，多處跨越水塘、公路、高速公路。其中53～56號墩上跨滬蓉高速公路，上部結(jié)構(gòu)為60＋100＋60m雙線預應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁底下緣按二次拋物線變化。箱梁底寬6.7m，頂寬13.4m，根部梁高7.85m，跨中梁高4.85m。箱梁最大懸臂長度4m，共分13個節(jié)段，采用掛籃懸臂法澆注施工。全橋平面位于直線上，線路縱坡2.92‰，為保證各分塊懸澆施工的懸臂合攏平面和高程誤差控制在設(shè)計要求范圍內(nèi)，必須實施嚴密的線形控制。

2 線形施工控制總體方案和流程

2.1 線形施工控制總體方案

在懸臂施工過程中，通過監(jiān)測各個施工階段主梁結(jié)構(gòu)的變形情況，以及時了解結(jié)構(gòu)實際行為。根據(jù)筆者在施工過程中監(jiān)測所獲得的各種數(shù)據(jù)，確保結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，通過計算分析，調(diào)整確定下一懸澆梁段的立模高程，保證成橋后的梁體線型及受力狀態(tài)與設(shè)計盡量吻合，施工控制的以主梁撓度與內(nèi)力為控制對象，具體方法是采取參數(shù)識別法與灰色預測相結(jié)合的方案。

2.2 線形施工控制流程

大跨度連續(xù)梁的施工控制是一個施工、測量、識別、修正、預測、施工的循環(huán)工程。施工控制中最基本的原則是確保施工過程中大橋結(jié)構(gòu)的安全，在大橋施工過程安全性滿足要求的前提下，再對大橋施工過程中結(jié)構(gòu)的線形進行控制，確保大橋最終線形滿足預期目標。

連續(xù)梁施工過程復雜，影響參數(shù)多。如結(jié)構(gòu)剛度、梁段的重量、施工荷載、混凝土的收縮徐變、溫度和預應(yīng)力等。求解施工控制參數(shù)的理論設(shè)計值時，都假定這些參數(shù)值為理想值。為了消除因設(shè)計參數(shù)取值的不確切所引起的施工中設(shè)計與實際的不一致性，在施工過程中對這些參數(shù)進行識別和預測。對于重大的設(shè)計參數(shù)誤差，提請設(shè)計方進行理論設(shè)計值的修改，對于常規(guī)的參數(shù)誤差，通過優(yōu)化進行調(diào)整，具體施工控制流程如圖1。

圖1 線形施工控制流程

2.2.1 設(shè)計參數(shù)識別

通過在實際施工狀態(tài)下狀態(tài)變量（位移、彈模、混凝土齡期及預應(yīng)力損失等）實測值與理論值進行比較，以及進行設(shè)計參數(shù)影響分析，最終識別出設(shè)計參數(shù)誤差量。

2.2.2 設(shè)計參數(shù)預測

根據(jù)已施工梁段設(shè)計參數(shù)誤差量，采用合適的預測方法（采用灰色模型）預測未來梁段的設(shè)計參數(shù)可能誤差量。

2.2.3 優(yōu)化調(diào)整

本施工控制主要以控制線形為主，優(yōu)化調(diào)整也就以此方面的因素建立控制目標函數(shù)（或約束條件）。通過設(shè)計參數(shù)誤差對橋梁變形的影響分析，應(yīng)用優(yōu)化方法調(diào)整本梁段與未來梁段的預應(yīng)力以及未來梁段的立模標高，使成橋狀態(tài)最大限度地接近理想設(shè)計成橋狀態(tài)，并且保證施工過程中受力安全。

3 施工控制監(jiān)測的主要內(nèi)容和方法

施工監(jiān)測是大跨度橋梁施工控制的基礎(chǔ)，因為在復雜的施工過程中，影響其施工控制目標順利實現(xiàn)的因素很多，如所用材料性能與設(shè)計取值之間的差異；先期形成結(jié)構(gòu)的截面特性等與分析取值之間的誤差；施工荷載與計算值之間的差異；結(jié)構(gòu)模擬分析模型與實際情況之間的差別；施工測量存在的誤差；施工條件與工藝非理想化以及結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)實測中存在的誤差等。因此，在施工中必須對重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測，根據(jù)實際施工情況與控制目標建立完善的施工監(jiān)測系統(tǒng)，以獲取反映實際施工情況的數(shù)據(jù)和技術(shù)信息，不斷地根據(jù)實際情況修正原先確定的各施工階段的理想狀態(tài)，使施工狀態(tài)處于控制范圍之中。本施工監(jiān)測系統(tǒng)中包括設(shè)計參數(shù)監(jiān)測及位移參數(shù)監(jiān)測。

3.1 主梁結(jié)構(gòu)部分設(shè)計參數(shù)的測定

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)主要是按規(guī)范取用，由于部分設(shè)計參數(shù)的取值一般小于實測值，因此，大多數(shù)情況下，采用規(guī)范設(shè)計參數(shù)計算的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移均較實測值大，這對設(shè)計是偏于安全的，但對于結(jié)構(gòu)施工控制來說是不容忽視的偏差，因為它將直接影響到成橋后的結(jié)構(gòu)線形是否設(shè)計要求。因此，應(yīng)對部分主要設(shè)計參數(shù)提前進行測定，以便在施工前對部分結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進行一次修正，從而進一步修正原設(shè)計結(jié)構(gòu)線形，為保證該橋成橋后滿足設(shè)計要求奠定基礎(chǔ)。

影響結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的基本技術(shù)參數(shù)有很多個，就其對結(jié)構(gòu)行為影響程度而言可將基本技術(shù)參數(shù)分為兩大類:主要技術(shù)參數(shù)和次要技術(shù)參數(shù)。在這些基本技術(shù)參數(shù)中，有些參數(shù)是可以測定的，而另一些則是難以用試驗來確定的。在此只考慮主要的、而且可測定的參數(shù)。具體測定工作的進行，由施工單位根據(jù)該橋所在的自然環(huán)境、所用材料情況、施工工藝及工序情況來加以測定，監(jiān)理及監(jiān)測單位參與并進行審查。施工時需測定的參數(shù)如下:混凝土彈性模量（7，14，28，90d）及各種強度指標；預應(yīng)力鋼絞線及鋼筋的彈性模量及強度值；預應(yīng)力孔道摩阻及偏差系數(shù)；混凝土容重；施工臨時荷載。

3.2 結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測

3.2.1 箱梁懸澆施工平面與高程控制網(wǎng)的建立

在線下工程施工時，已通過對設(shè)計院交付的平面控制點、高程控制點進行了加密和聯(lián)測，在大橋周圍已建立了穩(wěn)定且精度較高的控制網(wǎng)。由于該橋上跨滬蓉高速公路，離目前施工控制測量網(wǎng)比較遠，且來往不便，在箱梁懸澆施工中每次由這些控制點進行平面和高程控制，費工費時，效率低下，降低了施工放樣和變形監(jiān)測的精度。由于該橋連續(xù)梁位于直線上，因此，在53號、56號墩承臺和54號、55號墩承臺和0號塊上建立了局部測量控制網(wǎng)，作為連續(xù)梁的測量放樣和變形監(jiān)測的相對基準，用于指導懸澆各塊件的施工。

連續(xù)梁的控制測量網(wǎng)如圖:軸線控制測量網(wǎng)由6個平面控制點組成，編號S1～S6，分別布置在53號墩、56號承臺和54號、55號墩頂0號塊上。水準控制點由6個水準控制點組成，編號BM1～BM6，分別布置在53號墩、56號承臺和54號、55號墩頂0號塊的箱梁頂面和箱梁內(nèi)底板上。

3.2.2 標高控制監(jiān)測

（1）0號塊件高程測點布置。每段高程控制點布置在離塊件前端10cm處，采用φ16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固。并要求垂直測點（鋼筋）露出箱梁表面5cm，測頭磨平并用紅油漆標記。

布置0號塊高程觀測點是為了控制頂板的設(shè)計標高，同時也作為以后各懸澆節(jié)段高程觀測的基準點。每個0號塊布置11個觀測點，如圖2。

（2）各懸澆階段的高程觀測。每施工節(jié)段設(shè)一測試截面，掛籃施工控制標高設(shè)置在梁底兩腹板底部，每節(jié)段施工完成后轉(zhuǎn)移至梁頂，梁頂設(shè)4個觀測點。測點布置如圖3、圖4所示。

圖2 0號塊高程測點布置

圖3 梁體標高控制測點縱向位置

圖4 梁體標高控制測點橫向布置

測試儀器:采用高精度水準儀，測量精度在±1mm以內(nèi)。測試要求包括觀測水準線路形式以布設(shè)在各自0號塊的水準點為起始點，采用閉合水準路線形式進行。變形觀測使用精密水準儀和銦鋼水準尺，采用一等水準進行測量；要求觀測在每一節(jié)段施工的掛籃安裝模板后、澆筑混凝土后、縱向預應(yīng)力張拉前、后、掛籃前移后等施工環(huán)節(jié)均進行標高測試，觀測各節(jié)點斷面高程變化；為了掌握日照溫差對箱梁標高的影響，在施工荷載和施工狀態(tài)不變的情況下，每天進行3次梁段標高測量。第1次0時至日出前，第2次14:00～15:00，第3次17:00～20:00。合龍段應(yīng)在施工前進行連續(xù)24h（每次間隔2h）觀測，提供合龍前的數(shù)據(jù)。

3.2.3 主梁軸線位置測量

（1）測點布置。每個節(jié)斷的橋面中心點設(shè)置一個測點。

（2）測試儀器。采用全站儀和經(jīng)緯儀進行測量，測量精度在±5mm以內(nèi)。

（3）測試要求。為保證施工箱梁懸臂平面位置的準確對節(jié)，施工中采用經(jīng)緯儀控制每一塊懸澆箱梁的平面位置，每施工一個節(jié)段后觀測本節(jié)段的測點平面位置，施工中經(jīng)常采用兩個平面控制點進行交叉復核，避免產(chǎn)生誤差。

4 施工控制的具體步驟

4.1 橋墩及0號塊施工階段

0號塊采用墩身預埋托架現(xiàn)澆，托架安裝好后，按照不小于1.2倍的施工重量進行充分預壓，以消除非彈性變形，測定彈性變形，為0號塊施工立模標高提供依據(jù)。

按施工控制小組提供的0號塊底面立模標高立模澆注0號塊；建立墩梁臨時錨固；0號塊澆注好后，按線形控制設(shè)計方案布設(shè)的測點，測量0號塊標高結(jié)果報施工控制小組。

在0號塊拼裝掛籃。對掛籃預壓試驗，消除全部非彈性變形，量測彈性變形量，試驗結(jié)果應(yīng)整理出加載測試報告。向施工控制小組提供掛籃預壓試驗變形結(jié)果，將彈性變形值及非彈性變形值的測量結(jié)果用于指導施工。

4.2 循環(huán)懸臂澆注階段

從掛籃的前移定位至預應(yīng)力鋼束張拉完畢是本橋施工的一個周期，每個周期中有關(guān)施工控制的步驟如下:按照預報的掛籃定位標高定位掛籃，由施工單位測量定位后的掛籃標高，經(jīng)監(jiān)理簽認后向控制小組提供掛籃的定位測量結(jié)果；立模板、綁扎鋼筋；澆筑混凝土之前，測量所有已施工梁段上的高程測點，復測掛籃定位標高，經(jīng)監(jiān)理簽認后報施工控制小組；施工控制小組分析測量結(jié)果，如需調(diào)整，給出調(diào)整后的標高；澆筑完混凝土后第2d測量所有已施工梁段上的測點標高，測量本梁段端部梁底和預埋在梁頂?shù)臏y點標高，建立梁頂與梁底標高的關(guān)系，經(jīng)監(jiān)理簽認后提供施工控制小組；澆筑完混凝土后第2d測量本節(jié)段上的箱梁軸線位置測點，經(jīng)監(jiān)理簽認后提供施工控制小組；按《客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》檢查斷面尺寸，經(jīng)監(jiān)理方簽認后提供給施工控制小組并向施工控制小組提供梁段混凝土超重的情況；張拉預應(yīng)力鋼筋后，測量所有已施工梁段上的高程測點，經(jīng)監(jiān)理簽認后提供施工控制小組；定期觀測臨時錨固構(gòu)件的變形及受力情況；施工控制小組分析測量結(jié)果，根據(jù)上一施工周期梁底標高測量值預報下一施工周期的掛籃定位標高；如果須進行壓重，預報值經(jīng)設(shè)計單位認可，與控制單位會簽后交監(jiān)理；監(jiān)理將上述預報標高最后核定后下指令交施工單位執(zhí)行。測量工作內(nèi)容及時間要求見表1。

表1 施工控制測量內(nèi)容及時間

4.3 合龍及合龍后階段

懸臂澆注完成后拆除全部掛籃，同時準備現(xiàn)澆邊跨現(xiàn)澆段；測量全橋測點標高；在最早完成施工的T構(gòu)進行懸臂端測點標高48h連續(xù)觀測，每2～3h觀測1次，記錄懸臂端標高隨時間的變化曲線；安裝邊跨合龍支架及模板，但不得與主梁緊固（務(wù)必保持放松狀態(tài)，縱向鋼筋只允許綁扎一端，另一端必須保持自由）；合龍段壓重，必要時根據(jù)標高調(diào)整壓重的重量；標高調(diào)整完畢后，在低溫（上述曲線表中標高最穩(wěn)定時段）時焊接合龍段臨時勁性骨架，緊固模板，綁縱向扎鋼筋的另一端，張拉臨時合龍預應(yīng)力；澆注合龍段混凝土，同時卸載壓重；測量合龍點標高、中跨懸臂標高；張拉邊跨合龍段預應(yīng)力鋼筋；拆除邊跨合龍支架；測量合龍點標高、中跨懸臂端標高；中跨合龍點安裝合龍吊架及模板，但不得與主梁緊固（務(wù)必保持放松狀態(tài)，縱向鋼筋只允許綁扎一端，另一端必須保持自由）；中跨合龍段壓重，必要時根據(jù)標高調(diào)整壓重的重量；標高調(diào)整完畢后，在低溫、標高最穩(wěn)定時段焊接合龍臨時勁性骨架；緊固模板，綁縱向扎鋼筋的另一端，張拉臨時合龍預應(yīng)力；中跨澆注合龍段混凝土，同時卸載壓重；測量中跨、邊跨合龍點標高；張拉中跨合龍段預應(yīng)力鋼筋；拆除中跨合龍吊架；全橋測點聯(lián)測，按網(wǎng)絡(luò)測量橋面標高提供施工控制小組；施工控制小組提供施工控制報告。

4.4 誤差控制

施工控制總目標是成橋后梁底曲線與設(shè)計值誤差控制在20mm以內(nèi)；立模完成后，檢查模板尺寸位置偏差應(yīng)滿足以下要求:梁段縱向中線最大偏差小于10mm；梁段底模標高與預拋高拱度偏差小于3mm；梁段底模同一端兩角高差小于2mm；梁段長度偏差小于10mm。每個節(jié)段箱梁澆注完成后，檢查混凝土澆筑梁段的允許誤差應(yīng)滿足下列要求:懸臂梁段的高程偏差應(yīng)在～5～＋15mm內(nèi)；梁段軸線偏差小于15mm；梁段頂面高程差小于±10mm；合龍前兩懸臂端相對高差小于15mm。預應(yīng)力索張拉完后，如梁端測點標高與控制小組預報標高之差超過±20mm，需經(jīng)控制小組研究分析誤差原因，確定下一步的調(diào)整措施；軸線及平整度誤差超過允許值，進行及時修正后方可進行以后的施工；其他允許偏差要求按《客運專線鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收暫行標準》檢查控制；如有其他異常情況發(fā)生影響標高控制，其調(diào)整方案也應(yīng)經(jīng)控制小組分析研究，提出控制意見。

4.5 組織保障措施

4.5.1 成立施工線形控制領(lǐng)導小組

大跨度連續(xù)梁的線形變化影響因數(shù)很多，為更好的進行線形控制。應(yīng)成立施工控制領(lǐng)導小組。由建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位和施工控制單位參加。包括建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位、施工控制單位的領(lǐng)導同志或技術(shù)負責人各單位一人，其中建設(shè)單位任組長單位。施工控制小組不定期開會，由組長召集。討論施工控制中出現(xiàn)的重大問題，并提出修正方案。

4.5.2 成立施工線形控制工作小組

由施工控制單位、施工單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位和建設(shè)單位參加。包括:施工控制單位的現(xiàn)場負責人、施工現(xiàn)場施工技術(shù)小組、施工現(xiàn)場測量小組、施工現(xiàn)場試驗小組、監(jiān)理單位的現(xiàn)場代表、設(shè)計單位的設(shè)計代表，其中施工控制單位的現(xiàn)場負責人任組長。

施工控制小組定期開會，由組長召集。討論施工控制中存在的問題，并提出修正方案。如碰到重大施工問題的，或需要修改設(shè)計的，提交施工控制領(lǐng)導小組討論。

4.5.3 建立施工控制運行程序

施工控制運行程序如圖5。

圖5 施工監(jiān)控運行程序

5 結(jié)語

由于各方面措施有力，方法得當，滬蓉高速特大橋正橋懸灌過程中，各梁段端部在混凝土灌筑前后、預應(yīng)力張拉前后的撓度值與軟件計算值的差值基本上都在5mm左右；由于梁段標高的逐段控制與調(diào)整，三次合龍的精度也均在15mm之內(nèi)。全橋體系轉(zhuǎn)換后，梁頂標高的實測值與設(shè)計值相比，不超過5mm，成橋線型與設(shè)計相吻合。

［1］王文濤.剛構(gòu)－連續(xù)組合梁橋［M］.北京:人民交通出版社，1995.

［2］張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］鐵道部大橋工程局.中華人民共和國行業(yè)標準鐵路橋涵施工規(guī)范TB10203－2002［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［4］李 惠.高強混凝土及其組合結(jié)構(gòu)［M］.北京:科學出版社，2004.

［5］楊洪軍，黃 輝，劉成龍.海滄大橋140m連續(xù)剛構(gòu)橋施工撓度變形監(jiān)測的理論與方法［J］.黑龍江工程學院學報，2002，16（1）:23～26.