利用線性變形控制技術(shù)的掛籃施工控制探討

農(nóng)基武

(廣西翔路建設(shè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在橋梁工程中，掛籃結(jié)構(gòu)已逐漸發(fā)展成為多元化的結(jié)構(gòu)，具有自重輕、結(jié)構(gòu)堅固穩(wěn)定、變形小、移動與裝拆便利、可重復(fù)利用性好等特點。我國掛籃的設(shè)計和生產(chǎn)已經(jīng)完全適應(yīng)了輕型結(jié)構(gòu)、高強度、大跨度的需要。

長跨度橋梁的施工控制是施工→測量→鑒定→校正→預(yù)測→施工的多重輪回進(jìn)程。因此，大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術(shù)是對主梁的標(biāo)高和內(nèi)力采用雙重控制的形式。大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術(shù)是指在橋梁懸臂法施工階段，對橋跨結(jié)構(gòu)所發(fā)生的幾何變形應(yīng)用形變控制軟件，利用計算進(jìn)行矯正，使其接近或達(dá)到設(shè)計的理想狀態(tài)[1]。大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術(shù)中存在兩個關(guān)鍵問題，分別是施工質(zhì)量控制的規(guī)范化計算和現(xiàn)場施工時試塊的精確質(zhì)量試驗過程。通過對試塊做精確的質(zhì)量試驗，可以得到關(guān)于橋梁變形和內(nèi)力的最有效的數(shù)據(jù)信息。這些數(shù)據(jù)為在施工進(jìn)程中執(zhí)行施工質(zhì)量控制措施、調(diào)配結(jié)構(gòu)內(nèi)力和防止新澆筑橋梁段發(fā)生大尺度位移提供保障；這是進(jìn)行施工質(zhì)量管控，改善最初設(shè)計中的不合理構(gòu)造，保證橋梁主體在施工進(jìn)程中安全穩(wěn)定的重要內(nèi)容。

1 掛籃選型及主要特征

1.1 掛籃的組成和分類

掛籃常見的分類有多種形式，見表1。

表1 掛籃分類表

掛籃一般采用軌道行走方式作為行走模塊，用電動卷揚機(jī)做牽引動力來源，行走模塊可以分為前牽引部分和尾索保護(hù)部分。通過埋在梁肋內(nèi)的縱向預(yù)應(yīng)力筋來錨固，可以加大尾部壓力或其他措施來增加錨固能力，確保澆筑混凝土?xí)r掛籃擁有足夠的穩(wěn)定性。掛籃的主要作用為承受新澆混凝土的重量和支撐模板；施工混凝土灌漿現(xiàn)場、張拉、調(diào)節(jié)施工高程都是通過掛籃的工作平臺實現(xiàn)，所以不僅要求掛籃施工時具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，而且還要求掛籃施工時具有足夠的強度，同時在此前提下，掛籃重量越輕越好，移動越靈活越好，越易于調(diào)節(jié)高程越好。

1.2 掛籃主要結(jié)構(gòu)特征

不同類型的掛籃，根據(jù)其承載力、制作料材、抗傾覆方式[2]以及施工工期計劃、技術(shù)重難點、經(jīng)濟(jì)利益等方面進(jìn)行分類，見表2。

表2 各類掛籃特征比較表

2 西江扶典口特大橋掛籃施工介紹

西江扶典口特大橋位于梧州市環(huán)城公路K29 km處。地屬梧州市城東，自北向南跨越西江。橋址河段處于西江億噸黃金水道，規(guī)劃通航等級為Ⅰ(3)級。正常水位水面寬度約1 000 m，水深10～25 m。梧州市環(huán)城公路西江大橋建設(shè)工程為新建高速公路特大橋。主要工程內(nèi)容為：1#主橋，(145+270+145) m矮塔斜拉橋；2#主橋，(131+198+131) m連續(xù)剛構(gòu)橋；引橋，11×40 m先簡支后連續(xù)T梁橋。橋梁全長1 474 m。2#主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，橋?qū)?8.5 m，分左右兩幅設(shè)置，單幅橋?qū)?2.75 m，兩幅橋間凈寬3 m。主梁采用單箱單室截面。主墩采用雙薄壁墩，承臺接鉆孔灌注樁群樁基礎(chǔ)。

西江扶典口特大橋掛籃由工廠生產(chǎn)，運到現(xiàn)場組裝。由于承受載荷較大，且可以長時間反復(fù)使用，所以生產(chǎn)時應(yīng)嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和加工零件的質(zhì)量。

為了便于運輸，且需要考慮現(xiàn)場吊裝能力的限制，長組件一律采用分段制作的生產(chǎn)方式和現(xiàn)場組裝的拼裝方式。如圖1～3所示：

圖1 西江扶典口特大橋掛籃施工布置立面圖(cm)

圖2 西江扶典口特大橋掛籃施工布置斷面圖(cm)

圖3 掛籃施工流程圖

3 西江扶典口特大橋掛籃施工控制

3.1 掛籃施工的線性變形控制技術(shù)

大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術(shù)是對主梁的標(biāo)高和內(nèi)力采用雙重控制的形式。它不但是對施工技術(shù)的要求，而且是一個系統(tǒng)性項目，雙重控制由兩大模塊組成：(1)數(shù)據(jù)信息收集與處理模塊，即在橋上鋪設(shè)各種傳感與感應(yīng)元件，進(jìn)而布置監(jiān)控模塊，用于相關(guān)數(shù)據(jù)的收集；(2)數(shù)據(jù)解析與模擬仿真模塊，這一模塊對上一模塊收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析與模擬，可以得到施工進(jìn)程中各階段的數(shù)據(jù)信息。

大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術(shù)模塊框圖見圖4。

圖4 施工線性變形控制技術(shù)質(zhì)量控制模塊框圖

3.2 掛籃施工線形及控制措施

對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)橋梁，線性控制是對梁跨的幾何結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制，矯正計算結(jié)果，從而使施工結(jié)果達(dá)到理想狀態(tài)。

為了保證橋梁施工質(zhì)量與橋梁施工安全，有效提高橋梁的承載力水平，避免在使用中出現(xiàn)長期變形和裂縫現(xiàn)象，做到安全可靠，在大橋的施工過程中應(yīng)加強對大橋的施工監(jiān)控，同時選用有資質(zhì)的第三方進(jìn)行監(jiān)控，確保大橋施工的線形、應(yīng)力控制準(zhǔn)確。

在主梁0#塊件上設(shè)置臨時水準(zhǔn)點，兩臨時水準(zhǔn)點的高程精度達(dá)到三等水準(zhǔn)控制測量。根據(jù)高程控制數(shù)據(jù)及主梁混凝土彈性模量及收縮徐變等因素綜合考慮，現(xiàn)場技術(shù)員應(yīng)及時算出下一節(jié)段混凝土立模標(biāo)高返饋回來，通過監(jiān)測、分析和設(shè)計理論值相比較，驗證各項設(shè)計假定的合理性及設(shè)計的可靠性，保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全，同時提供立模數(shù)據(jù)以指導(dǎo)施工，保證橋梁線形。

施工期間應(yīng)密切測量箱梁各節(jié)段位置及撓度，發(fā)現(xiàn)預(yù)拱度超出設(shè)計應(yīng)及時調(diào)整；密切觀測墩頂位移變化。大風(fēng)天氣、掛籃前移和日照峰值溫度等三種狀態(tài)為最危險時刻，現(xiàn)場做好應(yīng)急應(yīng)對措施。

對連續(xù)梁線性能造成影響的主要因素為：在施工進(jìn)程中由于重力和工作載荷及梁懸臂端向下位移時的預(yù)應(yīng)力，導(dǎo)致梁懸臂向上位移偏移。事實上，除了具體的重力和預(yù)應(yīng)力外，梁墩還需要承載掛籃的自身的重量。另外，由于受到混凝土蠕變、固結(jié)收縮和養(yǎng)護(hù)溫差不同等因素的影響，導(dǎo)致在混凝土澆筑前模具的高程和施工完成后梁頂高程存在顯著高程差(5～10 cm)。線性控制的基本機(jī)理是對施工現(xiàn)場情況進(jìn)行模擬計算，然后根據(jù)計算結(jié)果，可以得到梁的最終偏轉(zhuǎn)值，進(jìn)而計算出最終撓度(即橋梁的垂直形變程度)。最后，在各個階段的施工進(jìn)程中就可以提前設(shè)置好預(yù)拱度，然后根據(jù)設(shè)定好的預(yù)拱度調(diào)整梁的前緣高程。

3.2.1 西江扶典口特大橋掛籃的形變

針對西江扶典口特大橋掛籃施工，因為掛籃表面與橋梁混凝土表面之間始終存在間隙，并且在施工進(jìn)程中也增設(shè)了拉桿，而在進(jìn)行模擬計算時，出于簡化計算的目的，可能會導(dǎo)致模擬計算值和實測撓度之間存在差異。通過負(fù)載試驗，逐漸增加到負(fù)載的130%，根據(jù)所測得的實測數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確計算出各段懸臂掛籃的偏移量。因此可以在各個階段的施工進(jìn)程中提前設(shè)置好預(yù)拱度，同時也可以由此推算出在各個階段施工進(jìn)程中的掛籃撓度[4]。詳見圖5和表3。

圖5 西江扶典口特大橋掛籃計算模型圖

節(jié)塊數(shù)節(jié)塊長度(m)節(jié)塊重(kN)前吊點力(kN)前點撓度(mm)理論值試驗內(nèi)插值131 046403.1211.8013.72231 011389.8711.2113.2133961367.2710.5212.5443865332.7810.0111.8053765293.219.3911.1963726279.848.8710.6473201269.558.4210.0284887387.549.4111.1894845361.818.8810.67104764327.428.339.84114704301.297.899.41124684294.507.378.62134668283.417.008.39

3.2.2 實測撓度值與理論值的差異性分析

掛籃形變有兩種：彈性形變與非彈性形變。彈性形變?yōu)榫€性形變，可以從理論上推導(dǎo)出來。非彈性形變是非線性的，隨著掛籃的每次后移，非彈性形變是無法避免的，同時非彈性形變也在積累，主要原因及控制措施為：

(1)掛籃各部件之間與混凝土之間始終存在間隙，通過負(fù)載試驗，逐漸增加到負(fù)載的130%可以消除大部分縫隙。但是當(dāng)該橋段施工結(jié)束，掛籃開始向后移動，就會導(dǎo)致有新的縫隙產(chǎn)生。

(2)盡管施工進(jìn)程中使混凝土面保持表面平整，同時也在混凝土表面加墊鋼板，但是在混凝土面和滑道中間，依然有約1 mm的間隙存在。

3.2.3 基于線形變形控制技術(shù)的施工控制措施

針對橋梁施工存在明顯的接縫，在混凝土澆筑前模具的高程和施工完成后梁頂高程存在顯著高程差等問題，結(jié)合實際西江扶典口特大橋掛籃施工經(jīng)驗，提出基于線形變形控制技術(shù)的施工控制措施及相關(guān)施工矯正手段：

(1)選擇改進(jìn)的三角型掛籃，該掛籃兩個延伸臂梁的前端延伸，作為籃底模平臺一側(cè)的滑塊向前運動，三角型掛籃后端錨固在箱梁頂，無需配備平衡配重。

(2)當(dāng)掛籃無法正確就位時，可能是因為掛籃地預(yù)埋孔與實際位置存在較大偏差造成。因此，需要提高掛籃各部位的插入孔的配置精度。同時，為了防止混凝土在預(yù)埋孔附近振搗時產(chǎn)生位移，嵌入孔應(yīng)該用鋼筋網(wǎng)固定[5]。

(3)在掛籃進(jìn)行調(diào)整到位后，一定要用千斤頂對吊桿進(jìn)行張拉，讓吊桿始終處于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。各節(jié)相應(yīng)保持一致，努力降低彈性形變與非彈性形變，為在各個階段的施工進(jìn)程中提前設(shè)置好預(yù)拱度提供準(zhǔn)確的依據(jù)；同時利用掛籃模板和橋梁接觸面的摩擦，來解決接縫錯臺等施工問題帶來的差距錯誤(見圖6)。

(4)健全按時測量制度，每30 min間隔測量一次，認(rèn)真分析測量結(jié)果，繪出撓度曲線圖，為下一段的綜合預(yù)拱度的準(zhǔn)確預(yù)報和設(shè)計提供依據(jù)。

(5)對于相鄰部分進(jìn)行標(biāo)高與軸線的聯(lián)合測量，在施工進(jìn)程中，標(biāo)高與軸線的精度將保持一致，為橋梁順利合龍?zhí)峁┍Ｕ稀?/p>

(6)施工進(jìn)程中嚴(yán)格執(zhí)行平衡施工制度，盡可能地避免未按照平衡施工要求導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，例如施工荷載不均衡或橋面雜物堆放不均引起的測量誤差。

(7)不允許在惡劣天氣情況下(強光、高溫和大風(fēng)等)進(jìn)行觀測。應(yīng)在每天凌晨日出之前完成施工觀測。

(8)觀測時要采用固定人員、固定儀器，避免人為原因或儀器原因引起的測量誤差。

(9)對梁體施工選用的原料材的性能進(jìn)行嚴(yán)格控制，建設(shè)原料材應(yīng)該全橋統(tǒng)一，避免料材不合格造成的質(zhì)量問題。

圖6 西江扶典口特大橋掛籃預(yù)壓結(jié)構(gòu)布置圖

4 結(jié)語

對于西江扶典口特大橋合龍時的相對高差，中跨≤8 mm，邊跨≤6 mm，中線偏差≤5 mm，說明線性控制結(jié)果符合規(guī)范要求，施工質(zhì)量控制措施到位。因此，可得出以下結(jié)論：

(1)施工進(jìn)程中線形控制的結(jié)果良好得當(dāng)，則說明了在各個階段的施工進(jìn)程中提前設(shè)置預(yù)拱度的正確性；

(2)當(dāng)模擬計算值與現(xiàn)場實際測量結(jié)果保持一致時，則證明施工進(jìn)程中采用的線性變形控制技術(shù)是可行的，該理論可用于施工質(zhì)量控制，滿足施工精度的要求；

(3)相對于灌筑混凝土和施加預(yù)應(yīng)力對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，掛籃每段施工完成后的移動工作對結(jié)構(gòu)變形的影響要小得多；

(4)在實際施工中，規(guī)范中提供的彈性模量值和用于施工的混凝土彈性模量實際測量值差異較大，進(jìn)行模擬計算時應(yīng)該注意到兩者的差異造成的計算錯誤；

(5)除對施工進(jìn)程進(jìn)行精準(zhǔn)的模擬計算外，還應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工質(zhì)量管理，包括各工種的密切配合等，都是實現(xiàn)精確掛籃施工線性變形控制的質(zhì)量保證[6]。

掛籃施工過程中的線性變形控制尤為重要，不僅在實時防止預(yù)應(yīng)力張拉過度等問題上，做到實時應(yīng)力監(jiān)測，還應(yīng)該對實時監(jiān)控進(jìn)行調(diào)整，保證整橋全段的線性變形在可控范圍內(nèi)，確保順利合龍。