懸臂連續(xù)橋梁拼裝施工線形控制淺談

張煒

摘 要：懸臂拼接橋梁施工控制就是在結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上通過對施工過程中的應(yīng)力及線形進(jìn)行控制。本文介紹了線形控制的基本原理和懸臂拼裝線形控制方法。結(jié)合實際項目闡述了線形控制的重要性。

關(guān)鍵詞：懸臂；拼裝；線形控制；施工。

引言：橋梁分段施工控制就是圍繞著三個結(jié)構(gòu)基本狀態(tài)進(jìn)行，即設(shè)計理想狀態(tài)、施工實際狀態(tài)、最優(yōu)實現(xiàn)狀態(tài)。施工控制的目的就是確保施工中結(jié)構(gòu)的安全以及結(jié)構(gòu)形成后的外形和內(nèi)力狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)實現(xiàn)狀態(tài)，以符合設(shè)計要求。

懸臂拼裝施工連續(xù)梁橋的建成要經(jīng)歷復(fù)雜的施工過程，結(jié)構(gòu)體系也將隨施工階段不同而不斷變化。施工過程中，因設(shè)計參數(shù)誤差（如材料特性、截面特性、徐變系數(shù)等）、施工誤差（如制造誤差、安裝誤差等）、測量誤差及結(jié)構(gòu)分析模型誤差等種種原因，將導(dǎo)致施工過程中橋梁的實際狀態(tài)（線形、內(nèi)力）與理想目標(biāo)存在一定的偏差，這種偏差累積到一定程度如不及時加以識別和調(diào)整，成橋后的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)將難以保證。而且，已施工梁段上一旦出現(xiàn)線形誤差時，誤差將永遠(yuǎn)存在，并導(dǎo)致成橋狀態(tài)偏離設(shè)計理想狀態(tài)。因此對大橋施工過程進(jìn)行監(jiān)控具有重要實用價值。

1 工程概況

某大橋為（45+70+45）m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。梁體為單箱單室斜腹板截面，箱梁中跨跨中梁高2.6 m，根部梁高4.8 m；梁底下緣為1.8次拋物線，底板及腹板厚度按折線變化。采用短線預(yù)制法與現(xiàn)澆相結(jié)合進(jìn)行施工，即0號塊、合攏段及濕接縫現(xiàn)澆，其余節(jié)段工廠預(yù)制，預(yù)制節(jié)段截面由多鍵型剪力鍵定位匹配，現(xiàn)場懸拼。

2 線形控制的實施

2.1 線形控制基本原理

大跨度橋梁的線形控制是施工-量測-識別-修正-預(yù)測-施工的循環(huán)過程，即首先根據(jù)結(jié)構(gòu)模型分析計算，確定箱梁理論定位高程并實施，然后監(jiān)測已完成梁段的高程和平面位置，將已完梁段的實際高程和理論高程相比較，在對偏差的結(jié)果綜合分析的基礎(chǔ)上，對待拼粱段的定位高程和平面位置加以優(yōu)化調(diào)整。

2.2 懸臂拼裝線形控制方法

2.2.1 測點布置

測點是指在短線法梁節(jié)段預(yù)制過程中，預(yù)制廠根據(jù)線路的設(shè)計參數(shù)（橋梁的平、豎曲線及理論預(yù)拱度設(shè)置）確定整體坐標(biāo)系，在待安裝節(jié)段頂面預(yù)埋軸線控制點、標(biāo)高控制點，簡稱六點坐標(biāo)。六點坐標(biāo)包括有預(yù)制的理論坐標(biāo)和預(yù)制的實際坐標(biāo)，預(yù)制過程中，為了保證最終成橋坐標(biāo)符合設(shè)計理論六點坐標(biāo)，后續(xù)節(jié)段須根據(jù)前一節(jié)段的預(yù)制誤差及測釘埋設(shè)偏差進(jìn)行修正，并且采用三維定位軟件將節(jié)段局部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至整體坐標(biāo)系內(nèi)，這便是預(yù)制的實際六點坐標(biāo)。預(yù)制的實際六點坐標(biāo)便是懸臂拼裝施工過程的理論定位坐標(biāo)。

2.2.2 節(jié)段預(yù)制定位高程的控制

采用節(jié)段預(yù)制為使成橋線形能符合設(shè)計要求，要求在預(yù)制施工過程中必須將可能影響結(jié)構(gòu)線形的因素都要進(jìn)行考慮，如臨時支撐形式、節(jié)段施工順序、受力齡期、合攏順序、混凝土徐變、預(yù)應(yīng)力損失、二期恒載（橋面鋪裝、體外預(yù)應(yīng)力張拉）等。在考慮這些因素的前提下，經(jīng)結(jié)構(gòu)分析得到各“T”構(gòu)的預(yù)制拱度，形成預(yù)制曲線，線形控制作業(yè)的關(guān)鍵在于節(jié)段生產(chǎn)與安裝的施工精度，必須建立專業(yè)、固定的測量系統(tǒng)，在調(diào)整匹配面以形成預(yù)制曲線過程中，嚴(yán)格控制誤差在2 mm以內(nèi)。

預(yù)制塊實際六點定位坐標(biāo)標(biāo)高：Hi=Hs+fi 。

綜合預(yù)留拱度：fi=fi1+fi2+fi3+fi4+fi5

式中：Hs —設(shè)計高程；fi1 —各施工階段的累計撓度；fi2 —1/2靜活載撓度；fi3 —支座壓縮及基礎(chǔ)沉降值；fi4 —混凝土收縮、徐變撓度；fi5 —預(yù)制偏差調(diào)整值。

2.2.3 懸臂拼裝定位高程的控制

懸臂拼裝施工中高程控制的關(guān)鍵就是施工撓度，雖然在預(yù)制過程中已經(jīng)考慮了理論預(yù)拱度，但是在實際施工中膠拼張拉預(yù)應(yīng)力前后、墩臺沉降以及施工誤差等造成實際與理論預(yù)拱度值的偏差。因此就需要采取優(yōu)化措施對后面施工節(jié)塊定位標(biāo)高進(jìn)行優(yōu)化，以期張拉完后預(yù)制塊標(biāo)高達(dá)到最優(yōu)。

下面以灰色預(yù)測控制理論來對預(yù)制塊的定位標(biāo)高進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)Z（i）為第i節(jié)段膠拼張拉預(yù)應(yīng)力前后懸臂豎向位移實測值與設(shè)計值之比，考慮到Z（i）的獨立性，對Z（i）建立GM（1，1）預(yù)測模型：

（1）

其中z（1） 為z的累加生成數(shù)；則當(dāng)確定a1 ，u1 后有：

（2）

若（2）式也成為GM（1，1）預(yù)測響應(yīng)式，其還原值為：

（3）

若第k+1節(jié)段膠拼張拉預(yù)應(yīng)力前后豎向位移設(shè)計值為△γ（k+1） 則模型輸出△m（k+1） 為：

△m（k+1）=z（k+1）×△γ（k+1） （4）

則第k+1節(jié)段優(yōu)化定位標(biāo)高為：

（5）

其中， 為實際預(yù)制六點坐標(biāo)高程。

雖然應(yīng)用灰色預(yù)測理論模型對定位標(biāo)高進(jìn)行了優(yōu)化，但是由于短線預(yù)制法的特點，前后節(jié)段相匹配，通過對多鍵型剪力鍵進(jìn)行定位，預(yù)制塊件前后緊密卡位，所以實際調(diào)整量很小，不如懸臂現(xiàn)澆那樣可以自由調(diào)整掛籃來進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。因此實際調(diào)整較難達(dá)到預(yù)期的理想效果，只能達(dá)到調(diào)整范圍內(nèi)的實際優(yōu)化。

2.2.4 懸臂拼裝定位軸線控制

由于懸臂拼裝與懸臂現(xiàn)澆的不同，軸線控制問題在懸臂拼裝施工中顯得比較突出，由于短線法的自身特點，不能進(jìn)行整個預(yù)制跨度的預(yù)拼，線形控制是通過調(diào)整兩節(jié)匹配節(jié)段平面及立面內(nèi)的轉(zhuǎn)角來實現(xiàn)。預(yù)制過程中的軸線控制是施工過程控制的先決條件，很大程度上決定了懸臂拼裝施工中軸線定位的偏移程度。

實際施工中在0號塊現(xiàn)澆完成達(dá)到要求后，通過濕接縫按照實際預(yù)制六點坐標(biāo)準(zhǔn)確定位1號塊，因為處于懸臂根部1號塊的定位將直接決定將來施工線形的偏移程度。懸臂拼裝過程中，準(zhǔn)確測量已膠拼張拉預(yù)應(yīng)力節(jié)段的軸線偏差，同時試拼下一節(jié)段，觀測其試拼定位數(shù)據(jù)，結(jié)合兩節(jié)段的偏差測量數(shù)據(jù)，采用前進(jìn)分析方法，同時兼顧節(jié)段實際的調(diào)整量范圍，在使整體拼裝偏移最小的前提下，決定具體的糾偏調(diào)整量。

3 實際施工控制實施

3.1 實施的措施和流程

在懸臂拼裝過程中采用專人、專儀器實行控制和數(shù)據(jù)的采集。同時為了減少溫度對采集數(shù)據(jù)的影響，每天定時早上7：00測量。準(zhǔn)確獲得定位、膠拼張拉前后數(shù)據(jù)為優(yōu)化控制提供條件。

在節(jié)段拼裝過程中確定了調(diào)整量后，一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力進(jìn)行調(diào)整，必要時可通過千斤頂進(jìn)行調(diào)整，也可通過在膠縫材料中嵌墊軟金層片（如銅）或石棉網(wǎng)來調(diào)節(jié)。但每次不宜墊得太厚，由于無相應(yīng)規(guī)范，以經(jīng)驗小于5 m為宜，通過計算逐步調(diào)整。當(dāng)在拼裝過程中梁段線形誤差過大，難以用其他方法進(jìn)行補救時，可以增設(shè)一道濕接縫來調(diào)整，所增設(shè)的濕接縫寬度必須用鑿除節(jié)段梁端面混凝土厚度的辦法來完成。具體控制流程如圖1所示。

3.2 工程施工控制的結(jié)果

該大橋只完成了24號墩最大懸臂狀態(tài)施工，23號墩懸臂正在施工中，施工過程中由于節(jié)段間剪力鍵定位匹配，調(diào)整量受到限制，實際施工結(jié)果比預(yù)測值有一定量的差距，只能在可調(diào)整范圍內(nèi)達(dá)到實際的最優(yōu)，最大標(biāo)高施工偏差為1.85cm，滿足設(shè)計及監(jiān)控要求。

4 結(jié)語

采用預(yù)制節(jié)段懸拼法施工時，國外幾乎全是采用短線法進(jìn)行梁體節(jié)段預(yù)制，由于其預(yù)制、施工控制要求精度較高，在國內(nèi)還未能得到很好的推廣，通過對該大橋懸臂拼裝施工控制的具體實踐，可以對短線預(yù)制懸拼工藝的推廣起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[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] 陳舟順. 連續(xù)梁懸臂澆筑施工線型控制[J].安徽建筑， 2006.

[3] 郎林中. 淺議連續(xù)梁懸臂澆筑施工質(zhì)量的控制要點[J].交通科技， 2008.