線形控制技術(shù)在客運(yùn)鐵路懸臂施工連續(xù)梁的應(yīng)用

劉柳

摘要：為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要， 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以其特有的優(yōu)點(diǎn)成為我國(guó)最具競(jìng)爭(zhēng)性的橋型之一， 同樣， 掛籃分段懸臂澆筑施工法以地形適應(yīng)性強(qiáng)，跨越能力大，造價(jià)合理等明顯的優(yōu)勢(shì)逐步取代著滿堂支架施工法。 但是， 連續(xù)梁橋的懸臂澆筑施工過(guò)程會(huì)受到許多因素的影響， 這些因素（掛籃自重、 混凝土收縮徐變、 預(yù)應(yīng)力的張拉、 日照溫差、 施工工藝、 施工人員的素質(zhì)等等） 都會(huì)影響結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形， 所以必須對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進(jìn)行施工監(jiān)控， 來(lái)確保懸臂施工過(guò)程結(jié)構(gòu)的安全。在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的監(jiān)控過(guò)里，線形控制是重點(diǎn)， 橋梁結(jié)構(gòu)豎向線形控制的好與壞， 直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)能否順利合攏，關(guān)系到最終的成橋狀態(tài)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。本文以新建南沙港鐵路洪奇瀝水道特大橋55#-58#跨通港大道連續(xù)梁橋懸臂施工工程實(shí)例為依托， 對(duì)線形控制技術(shù)在懸臂施工連續(xù)梁施工的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁橋;懸臂施工;線形監(jiān)控

從20世紀(jì)70年代末開(kāi)始，我國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，所謂經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，交通須先行，預(yù)應(yīng)力混凝土以結(jié)構(gòu)受力性好，伸縮縫少，變形小，抗震性能好，線形 簡(jiǎn)潔美觀等優(yōu)點(diǎn)而成為最富有競(jìng)爭(zhēng)力的主要橋型之一。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)橋梁，普遍采用掛籃對(duì)稱懸臂施工法進(jìn)行施工。分段懸臂澆注法主要用于跨越鐵路、公路、河流、湖泊等施工難度較大、跨度較大的工程，是目前國(guó)內(nèi)外大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的常用施工方法。由于懸臂施工必須分節(jié)進(jìn)行，每個(gè)施工階段緊密聯(lián)系，前期工作的成果直接影響后期階段的結(jié)果。所以每一節(jié)段的施工都必須進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，確保結(jié)構(gòu)線形滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。近年來(lái)，許多的研究和實(shí)例證明，懸臂施工連續(xù)梁在施工期的危險(xiǎn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于使用期，為此，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以達(dá)到施工安全和特定線形與受力狀態(tài)要求（線形控制是重點(diǎn)）是相當(dāng)有必要的。

1 工程概述

新建南沙港鐵路自廣珠鐵路鶴山南站（新設(shè)）引出，向東南方向經(jīng)鶴山市雅瑤鎮(zhèn)，江門(mén)市蓬江區(qū)、佛山市順德區(qū)均安鎮(zhèn)，中山市小欖、東風(fēng)、南頭、黃圃鎮(zhèn)，廣州市南沙區(qū)萬(wàn)頃沙鎮(zhèn)至南沙港區(qū)，新建線路正線長(zhǎng)度88.026公里。其中洪奇瀝水道特大橋跨通港大道為（40+56+40）預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，采用掛籃懸臂法施工澆筑。邊跨直線段13.6m，邊跨直線段及中跨界面特征點(diǎn)處為2.5m。中支點(diǎn)截面特征點(diǎn)處梁高3.7m，橋面組成擋砟墻內(nèi)側(cè)寬度8.7m，擋砟墻外翼緣板寬度各1.35m（含擋砟墻）。全橋箱梁頂寬12.0m，箱梁底寬5.7m，中跨合攏段2m。梁體在支點(diǎn)處設(shè)置橫隔板，全聯(lián)共設(shè)5道橫隔梁。橋梁總體布置圖及節(jié)段劃分，如圖1。

2線形控制

2.1 監(jiān)測(cè)方法

（1）該橋梁結(jié)構(gòu)線形控制是預(yù)告 量測(cè) 識(shí)別 修正 預(yù)告的一個(gè)重復(fù)過(guò)程， 在線形監(jiān)控過(guò)程中要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況變化， 不斷調(diào)整、 完善計(jì)算參數(shù)以滿足結(jié)構(gòu)線形要求。

2.2梁段測(cè)點(diǎn)布設(shè)

1、 0#塊箱梁頂面水準(zhǔn)點(diǎn)為箱梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中的平面線形控制點(diǎn)和豎向線形控制點(diǎn)。

2、 從 1#塊箱梁段開(kāi)始， 在距梁段縱向端截面 15 厘米處， 沿結(jié)構(gòu)橫向方向布置 3個(gè)箱梁頂板高程測(cè)點(diǎn)， 當(dāng)中箱梁頂板中間測(cè)點(diǎn)主要用于箱梁水平軸線的監(jiān)測(cè)控制，測(cè)點(diǎn)鋼筋應(yīng)高出混凝土3 厘米，

3、 在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的 95%以后， 且在張拉節(jié)段的縱向鋼束前， 同時(shí)測(cè)量頂板標(biāo)高測(cè)點(diǎn)的高程。

4、 測(cè)點(diǎn)的使用期為整個(gè)箱梁的施工過(guò)程， 故應(yīng)保證預(yù)埋測(cè)點(diǎn)質(zhì)量并加以標(biāo)示和保護(hù)， 不得損壞和覆蓋。

2.3測(cè)點(diǎn)觀測(cè)時(shí)間

在每個(gè)塊段的箱梁結(jié)構(gòu)掛籃施工過(guò)程中需進(jìn)行如下 3 個(gè)工況的監(jiān)測(cè)：

1、 節(jié)間混凝土澆筑前后;

2、 預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前后;

3、 三角掛籃移除后;

3箱梁線形控制的有限元法

本節(jié)是豎向線形控制的關(guān)鍵，在對(duì)連續(xù)梁橋箱梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析的時(shí)候就必須將其劃分成為許多個(gè)單元體，以單元節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，最后根據(jù)整體平衡條件，求出節(jié)點(diǎn)位移，整個(gè)計(jì)算過(guò)程需用到有限元軟件 Midas Civil 。

3.1 立模標(biāo)高的確定

橋梁豎向線形的控制過(guò)程里，嚴(yán)格控制每一施工梁段的標(biāo)高（給出正確的立模標(biāo)

高），是保證全橋成橋驗(yàn)收高度符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)。下面，按照施工方案確定的合

攏時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)合攏溫度計(jì)算鋪裝后的該大橋工程成橋驗(yàn)收標(biāo)高公式為：

H=H0+f1+f2

其中：

H 為成橋驗(yàn)收標(biāo)高;

H0 為設(shè)計(jì)高程;

f1 為設(shè)計(jì)單位提供的成橋預(yù)拱度;

f2 為橋梁在規(guī)范規(guī)定的收縮徐變的時(shí)間計(jì)算終點(diǎn)時(shí)的變形與交工驗(yàn)收時(shí)的變形的差值。

3.2計(jì)算實(shí)例

本座橋梁上部變截面箱梁的施工過(guò)程大致是： 搭設(shè)支架進(jìn)行 0#塊的施工， 安裝掛籃對(duì)稱施工 1#-7#塊，在對(duì)該橋的線形控制過(guò)程中， 對(duì) 56#、 57#墩上的變截面箱梁懸臂對(duì)稱施工的7個(gè)塊件的線形標(biāo)高都進(jìn)行監(jiān)測(cè)計(jì)算， 考慮到隨著懸臂長(zhǎng)度的不斷增加， 箱梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越來(lái)越差， 結(jié)構(gòu)線形受外界條件（溫度、 預(yù)加應(yīng)力等） 的影響也越來(lái)越明顯， 所以， 本文以對(duì) 56#墩6#和 57#墩 6#塊件的標(biāo)高控制測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值進(jìn)行比較， 給出 7#塊件（最大懸臂狀態(tài)） 的立模標(biāo)高為例進(jìn)行分析。

應(yīng)用 Midas Civil 軟件，對(duì) 56#、57#墩6#塊件施工的各個(gè)工況（混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力鋼束張拉前后、 掛籃移動(dòng)前后） 進(jìn)行模擬計(jì)算，得出各個(gè)工況下標(biāo)高控制測(cè)點(diǎn)的撓度理論計(jì)算值， 然后， 將前一工況與后一工況進(jìn)行對(duì)比相減，得出相應(yīng)的理論變化值。 將撓度變化理論值與現(xiàn)場(chǎng)前后工況撓度變化實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，檢驗(yàn)該段線形是否滿足要求， 若滿足要求，則可進(jìn)行下一步工序，給出 7#塊的立模標(biāo)高，尚若不滿足要求，就必須進(jìn)行參數(shù)識(shí)別和誤差修正，進(jìn)行調(diào)整處理。

其中各節(jié)面中預(yù)拋高值由Midas Civil計(jì)算模型導(dǎo)出，然后根據(jù)立模標(biāo)高的H=H0+f1+f2計(jì)算公式得出 7#塊箱梁的立模標(biāo)高。

例如， 56#墩 7#塊 A 截面立模標(biāo)高的計(jì)算如下：

其中由Midas Civil 計(jì)算模型導(dǎo)出56#墩7號(hào)塊節(jié)面中預(yù)拋高值，56墩 7#梁段小里程側(cè)（邊跨側(cè)）立模預(yù)拱度為 10.6mm（↑）， 其中包括掛籃變形+12mm

（含已施工梁段變形影響），后期施工計(jì)算預(yù)拱度-2.4mm，以前節(jié)段偏差調(diào)整值+1mm;56 號(hào)墩 7#梁段大里程側(cè)（中跨側(cè)）立模預(yù)拱度為 35.3mm（↑）， 其中包括掛籃變形+12mm（含已施工梁段變形影響），后期施工計(jì)算預(yù)拱度+22.3mm，以前節(jié)段偏差調(diào)整值+1mm;，

HL= HS+ HY+Δа

式中：

HL—A 截面 1#測(cè)點(diǎn)的立模標(biāo)高;

HS—A 截面的設(shè)計(jì)標(biāo)高;

HY—計(jì)算所得的 A 截面預(yù)拋高值;

Δа —掛籃變形值。

小里程邊跨側(cè)HL= HS+ HY+Δа=14.194+0.012-0.0024+0.001=14.2046m

大里程中跨HL= HS+ HY+Δа=14.415+0.012-0.0223+0.001=14.4503m

3結(jié)論

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的快速發(fā)展， 實(shí)行施工監(jiān)控顯得如此重要， 本文首先介紹了國(guó)內(nèi)外橋梁施工監(jiān)控技術(shù)的研究情況和控制方法。 然后， 結(jié)合廣東新建南沙港鐵路連續(xù)梁橋，以該橋梁為例，借助橋梁有限元分析軟件Midas對(duì)掛籃懸臂施工的連續(xù)梁橋的線形控制進(jìn)行模擬分析計(jì)算，出立模點(diǎn)表高。

參考文獻(xiàn)：

[1]張愛(ài)林，趙國(guó)蕃，王光遠(yuǎn). 現(xiàn)役結(jié)構(gòu)可靠性評(píng)定研究述評(píng)[J] . 北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 1998.

[2]劉西拉. 結(jié)構(gòu)工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告[J] . 北京： 清華大學(xué)土木工程系， 2004.

[3]范立礎(chǔ). 橋梁工程（上/下冊(cè)） [M]. 北京： 人民交通出版社， 1996.

[4]任和生. 現(xiàn)代控制理論及其應(yīng)用[M] . 北京： 電子工業(yè)出版社， 2005.

[5]于長(zhǎng)官. 現(xiàn)代控制理論[M] . 哈爾濱： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 1996.

[6]李偉興， 黃鼎業(yè)， 李德章. 超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束孔道摩擦的探討及應(yīng)用[J]. 結(jié)構(gòu)工程師， 1999（3） ： 14-17

[7]史 振 春，孫 桂 云 ，趙 迎 萍 .后 張 預(yù) 應(yīng) 力 混 凝 土 梁 管 道 摩 阻 及 測(cè) 試 [J]. 西部探 礦工程， 2001（3） ： 26-27.

[8] 張 偉 雄 . 后 張 T 梁 預(yù) 應(yīng) 力 筋 管 道 摩 阻 損 失 測(cè) 試與分析[J] .科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與 經(jīng)濟(jì)， 2001， 11（l） ：67-68.

[9]孫仙山， 吳俊亮， 孫文成， 等. 高架多跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力箱梁張拉鋼絞線摩阻損失測(cè)試研究[J]. 實(shí)用測(cè)試技術(shù)， 1999， （3） ： 5-7.

[10]雷喜庭， 崔建光等. 預(yù)應(yīng)力硅梁摩阻損失實(shí)測(cè)的若千經(jīng)驗(yàn)[J] . 黑龍江交通科技， 2005， （2） ： 9-10.

[11]岳， 王亞君， 萬(wàn)振江. 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民交通出版社， 2000.

[12]俊卿. 橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì)[M]. 北京：人民交通出版社， 2000.

（作者單位：上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）