大跨徑剛構(gòu)橋梁施工控制技術(shù)分析

蘇強

摘要：文章以廣西梧州西江三橋工程項目為背景，分析了大跨徑剛構(gòu)橋施工過程的控制技術(shù)，重點討論了主梁、掛籃等結(jié)構(gòu)的施工控制技術(shù)，并對影響施工控制的各方面因素進(jìn)行了總結(jié)，為國內(nèi)同類型大跨徑剛構(gòu)橋的施工控制提供經(jīng)驗借鑒。

關(guān)鍵詞：剛構(gòu)橋;大跨徑;施工控制;技術(shù)

0 引言

大跨徑剛構(gòu)橋的施工技術(shù)十分復(fù)雜，需要結(jié)合施工現(xiàn)場和施工方案考慮的方面很多，如橋體結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性等，而制約該類型橋梁施工控制措施的因素也有很多，如橋梁設(shè)計結(jié)構(gòu)參數(shù)、施工工藝、監(jiān)測技術(shù)和施工環(huán)境的溫度變化等。為此，大跨徑剛構(gòu)橋的施工控制技術(shù)一直都是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點課題。本文依托西江三橋工程項目背景，對大跨徑剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)進(jìn)行了深入研究。

1 項目背景

西江三橋工程項目為廣西梧州南環(huán)和東環(huán)快速干線的重點項目，北起站前快速路，南至蒼梧公路，橫跨梧州西江主河。該工程項目的主橋上部結(jié)構(gòu)為（108+3×188+108）m連續(xù)剛構(gòu)，引橋上部結(jié)構(gòu)為30 m混凝土空心板，整橋左、右幅構(gòu)造分別獨立，橋位下層地質(zhì)構(gòu)造為花崗巖分布，道路等級為城市快速路，主線設(shè)計時速為60 km/h，車輛載荷為公路Ⅰ級，人群載荷為3.0 kN/m2，通航水位設(shè)計高程26.52 m，為Ⅰ級通航標(biāo)準(zhǔn)。該橋梁設(shè)計使用壽命為100年，于2017年4月份正式通車[1]。西江三橋施工現(xiàn)場如圖1所示。

2 施工控制影響因素

2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

結(jié)構(gòu)參數(shù)屬于大跨徑剛構(gòu)橋梁施工控制系統(tǒng)中進(jìn)行模擬和分析的主要方面，結(jié)構(gòu)參數(shù)是否準(zhǔn)確決定了模擬和分析的最終結(jié)果。結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：構(gòu)件截面尺寸、材料的彈性模量和容重、施工載荷和預(yù)應(yīng)力等。西江三橋主梁使用C50型混凝土，其彈性模量為3.5×1010 Pa，容重為2.5 kN/m3;橋墩使用C40型混凝土，其彈性模量為3.2×1010 Pa，容重為2.5 kN/m3。采用低松弛鋼絞線，抗拉強度為1 840 MPa，其彈性模量為1.85×1011 Pa。構(gòu)件截面尺寸的偏差將引起截面特性改變，進(jìn)而影響橋體結(jié)構(gòu)內(nèi)力、形變等部分的分析準(zhǔn)確性，在施工控制過程中，應(yīng)對結(jié)構(gòu)尺寸采取動態(tài)控制和分析策略。材料彈性模量和容重與結(jié)構(gòu)形變的作用關(guān)系，在超靜定結(jié)構(gòu)情況下更為明顯，必要時應(yīng)進(jìn)行材性試驗，及時修正控制模型中的彈性模量數(shù)值。在西江三橋的施工控制過程中，掛籃及臨時構(gòu)件載荷所引起的形變影響不能忽略，預(yù)應(yīng)力剛構(gòu)橋形變因素還應(yīng)考慮其他影響因素，如張拉設(shè)備、管道阻力和鋼束斷面尺寸等，在實際的施工控制過程中對其數(shù)值作出合理預(yù)估。

2.2 施工工藝和監(jiān)測技術(shù)

西江三橋工程在滿足施工工藝要求的情況下，還考慮到因?qū)嶋H環(huán)境條件而引起的誤差，如預(yù)制件加工、存放和安裝等部分，使全過程施工狀態(tài)可控。值得注意的問題是，在溫度、應(yīng)力、形變等監(jiān)測過程中，所使用的監(jiān)測儀器、設(shè)備在使用和安裝過程中也會存在一定的工程誤差，這其中包括數(shù)據(jù)采集和施工環(huán)境匹配等方面，在施工控制策略中應(yīng)予以充分考慮并適時調(diào)整和優(yōu)化。

2.3 溫度變化

大跨徑剛構(gòu)橋施工過程中必須考慮到溫度變化因素，如季節(jié)、光照、雨水等方面所引起的溫差變化。該工程項目位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫度為21.5 ℃，最低溫度為1月（11.2 ℃），最高溫度為7月（28.5 ℃）。施工控制中將特定的理想溫度狀態(tài)作為可控因素，將溫度變化引起的結(jié)構(gòu)受力或形變因素進(jìn)行適當(dāng)過濾，在進(jìn)行施工監(jiān)測數(shù)據(jù)采集時，選取一天當(dāng)中溫度變化程度較小的清晨時段進(jìn)行，對于因季節(jié)性變化而引起的溫差殘余影響可通過一定的修正措施進(jìn)行控制。

2.4 混凝土收縮徐變

在大跨徑剛構(gòu)橋施工中，混凝土材料的收縮和徐變將引起超靜定結(jié)構(gòu)出現(xiàn)次內(nèi)力，并對形變產(chǎn)生一定影響，這種情況多由于施工過程中的混凝土加載齡期較短或各段齡期差異性較大引起，施工控制過程中應(yīng)使用較為合理的徐變參數(shù)或模型來驗證。在懸臂澆筑法大跨徑剛構(gòu)橋施工中，如果主梁兩側(cè)懸臂的施工進(jìn)度不一致時，可引起懸臂合龍所耗的時間不同，進(jìn)而帶來不同程度的徐變形變，且通常情況下對這類徐變形變的評估較難掌控，因此很容易發(fā)生合龍困難的情況，使得橋體的結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力變大[2-3]。

西江三橋施工控制影響因素如表1所示。

3 橋體結(jié)構(gòu)施工控制

3.1 結(jié)構(gòu)形變控制

在西江三橋工程施工中，橋梁結(jié)構(gòu)會發(fā)生一定的形變（撓曲），影響橋梁結(jié)構(gòu)形變的因素很多，其會使得橋體結(jié)構(gòu)實際位置在施工中發(fā)生改變（立面標(biāo)高和平面位置等），應(yīng)進(jìn)行施工控制以使橋體結(jié)構(gòu)的實際位置與預(yù)期狀態(tài)相符，使成橋線形滿足施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。施工過程中的幾何控制參數(shù)通常包括標(biāo)高、合龍誤差、軸線偏移和傾斜度等。當(dāng)前懸臂澆筑施工的誤差控制標(biāo)準(zhǔn)為：成橋后的線形與方案線形誤差≤±50 mm;合龍后的相對高程誤差≤±20～±30 mm。[JP]具體數(shù)值由該橋跨徑?jīng)Q定，相對高程誤差控制通常以成橋后1 000 d的狀況為影響條件，特殊情況時可適當(dāng)延長影響時間。

3.2 結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制

橋體結(jié)構(gòu)以成橋狀態(tài)受力特點來決定是否進(jìn)行施工控制，以結(jié)構(gòu)應(yīng)力的監(jiān)測來判斷具體狀態(tài)。如果實際應(yīng)力情況與工程方案設(shè)計的誤差較大，應(yīng)查找具體原因并及時調(diào)控，使偏差在工程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定范圍以內(nèi)。具體來說，控制包括以下幾部分：橋體結(jié)構(gòu)自重應(yīng)力部分（實際應(yīng)力與設(shè)計方案應(yīng)力誤差≤±5%）;載荷情況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力（實際應(yīng)力與設(shè)計方案應(yīng)力誤差≤±5%）;除張拉雙控外的結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力（伸長量誤差≤±6%），還包括管道阻力等方面的因素;溫度應(yīng)力;混凝土徐變應(yīng)力;其他應(yīng)力。上述工程參數(shù)由橋梁施工標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范給出。

3.3 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全控制

橋體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與工程的質(zhì)量和安全性密切相關(guān)，與橋梁工程的結(jié)構(gòu)強度同等重要，主要由穩(wěn)定安全系數(shù)來衡量，結(jié)合橋體結(jié)構(gòu)應(yīng)力和形變情況來綜合判定并進(jìn)行控制。結(jié)構(gòu)安全控制由形變、應(yīng)力和穩(wěn)定控制來綜合決定，在某種程度上反映了上述各方面控制的質(zhì)量，但因橋梁工程質(zhì)量問題引發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)安全問題不屬于此種情況。

西江三橋施工控制內(nèi)容和具體措施如表2所示。

4 主梁及掛籃施工控制

4.1 主梁截面應(yīng)力變化控制

主梁截面的應(yīng)力變化控制屬于西江三橋施工控制的主要內(nèi)容，其能夠直接體現(xiàn)主梁的受力情況，是西江三橋橋體結(jié)構(gòu)性能評估的主要指標(biāo)。根據(jù)西江三橋的現(xiàn)場施工情況，采用自動式應(yīng)變感測技術(shù)，預(yù)先埋設(shè)一定數(shù)量的傳感器，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿挥跇蚨仗幍闹修D(zhuǎn)箱，再將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的計算機上，實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)測。

4.2 主梁撓度實時控制

主梁撓度的變化特征較復(fù)雜，幾乎時刻都在發(fā)生變化，其變化通常與外載荷變化、自身收縮徐變等有關(guān)。外載荷變化一般由具體施工工序引起，例如混凝土預(yù)制件施工、預(yù)應(yīng)力張拉和掛籃移動等環(huán)節(jié)中都會引起撓度迅速變化，但與時間的關(guān)聯(lián)度不大。由混凝土收縮、徐變引起的撓度隨時間變化較緩慢，變化過程一般呈指數(shù)趨勢，即前期較快而后期較慢。當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生改變后，主梁和墩身內(nèi)部溫差引起撓度改變，這類撓度的變化具有一定的周期性和往復(fù)性，且變化幅度很大。

4.3 掛籃結(jié)構(gòu)安全性控制

這部分內(nèi)容應(yīng)考慮到西江三橋的掛籃自重、各節(jié)段混凝土重量、施工機械載荷、施工人員載荷以及振動器的自重等。混凝土澆筑過程中，應(yīng)先確保各節(jié)段混凝土已經(jīng)完成澆筑，暫不考慮混凝土在初凝階段對于結(jié)構(gòu)體帶來的影響。假定各節(jié)段混凝土重量已完全作用在掛籃，在相應(yīng)的載荷組合中應(yīng)分別求出底籃、吊桿和主桁、后錨等構(gòu)件的剛度，綜合上述各類因素來驗算掛籃的結(jié)構(gòu)安全性，在行走情況下也應(yīng)嚴(yán)格驗算掛籃結(jié)構(gòu)的整體安全性[4-5]。

西江三橋結(jié)構(gòu)應(yīng)力對比分析控制流程如圖2所示。

5 結(jié)語

大跨徑剛構(gòu)橋施工控制技術(shù)除本文所研究的這些方面外，還涉及很多其他部分，如立模標(biāo)高控制、合龍段誤差控制和基礎(chǔ)沉降的監(jiān)測控制等。這些施工控制環(huán)節(jié)既相互聯(lián)系又彼此影響，需要從橋梁工程的整體設(shè)計方案中綜合考慮。本文對西江三橋工程項目的施工控制技術(shù)進(jìn)行了探討，主梁和掛籃等結(jié)構(gòu)的施工控制部分研究內(nèi)容具有一定的創(chuàng)新性，提出了橋體結(jié)構(gòu)應(yīng)力對比分析控制流程，使該工程的施工控制方案更具有針對性。本文內(nèi)容在大跨徑剛構(gòu)橋的施工控制研究領(lǐng)域中具有一定的示范意義。

[1]項海帆，徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]樓莊鴻.國內(nèi)外大跨徑橋梁的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中南公路工程，1993（2）：54-61.

[3]周軍生，樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學(xué)報，2000，13（1）：31-37.

[4]楊高中，楊征宇，周軍生，等.連續(xù)剛構(gòu)橋在我國的應(yīng)用和發(fā)展[J].公路，1998（6）：1-7.

[5]楊 勝.高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工線性控制及應(yīng)力監(jiān)控研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2006.

作者簡介：蘇 強（1983—），工程師，公路工程一級建造師，從事公路工程項目管理工作。