懸臂施工剛構橋施工周期差對線形控制的影響

郝旅飛

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

橋梁在施工過程中會產(chǎn)生各種變形，為了保證橋梁成橋時能夠符合設計要求，需要進行線形控制。懸臂法施工的高墩剛構連續(xù)梁橋，施工工藝復雜、工期長，橋梁的變形會受到很多不確定因素的影響，線形控制是施工過程中的難點。一般情況連續(xù)梁各T構進度相差不大，可不考慮施工周期差對線形的影響，但在因征地、拆遷導致T構間施工周期存在差異，施工周期較長則會導致梁體徐變增大。文章以華麗高速新莊特大橋為研究對象，具體分析施工周期差對橋梁線形的影響。

1 工程概況

新莊特大橋橋梁全長1096m，橋跨結構為6×40m+108m+3×200m+108m+1×40m，梁面寬度為12m。主橋為預應力混凝土連續(xù)剛構，全長816m。引橋為6×40m簡支T梁和40m現(xiàn)澆箱梁。連續(xù)剛構7～10號墩上部70m采用雙薄壁等截面空心墩，下部采用三箱變截面空心薄壁墩，最高墩高165m，6號、11號墩為單箱空心墩。

主橋共8個懸澆T構，每個T構共24個梁段，從懸臂根部至跨中梁段數(shù)及梁段長度為7×3.0m、6×3.5m、11×4.5m。主橋立面示意圖見圖1。

圖1 主橋立面圖（單位：cm）

2 新莊特大橋線型控制

2.1 測點布置

線形控制分為兩部分，一是平面位置控制，二是豎向標高線形控制。豎向標高控制主要通過在已施工的梁段端頭布設測點，根據(jù)理論線形狀態(tài)分段研究梁段的標高，得出各測點的標高來控制線形。新莊特大橋測點的布置情況見圖2。

2.2 模板安裝標高

梁段成型主要由模板安裝實現(xiàn)，模板安裝標高是實現(xiàn)線形控制的直接有效方法，通過線形監(jiān)控單位監(jiān)測、計算得出模板安裝標高的指令，可以修正各種因素引起的誤差，模板安裝標高計算公式如下：

圖2 測點示意圖

式中：Hisj為待澆梁段前端底板設計標高，mm；fy為本梁段預拱度，fy=fc+fs（其中fc為本梁段成橋預拱度，mm；fs為本梁段施工預拱度，mm）；ft為模板安裝標高修正值，mm。

實踐證明，目前國內(nèi)跨中成橋預拱度值一般取L/1000～L/1500（中孔跨徑），邊跨最大撓度一般發(fā)生在3/4L處，約為中跨最大撓度的1/4。

施工預拱度的計算公式如下：

式中：fgi為掛籃變形值，mm；fxi為混凝土收縮徐變對i節(jié)段的影響；fhi為1/2靜活載在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度，mm；∑fzi為各梁段自重在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度，mm；∑fyi為張拉預應力對i節(jié)段撓度的影響。

2.3 有限元模型

為了計算橋梁在各種作用下的撓度值，使用Midas軟件建立橋梁的有限元模型。建模時采用梁單元建模，主梁按照實際懸臂施工的節(jié)段劃分單元，全橋共劃分為1045個節(jié)點、506個單元。計算時考慮混凝土的收縮徐變、預應力以及支座沉降的影響。

3 施工周期差對線形監(jiān)控的影響

由式（1）、式（2）可知，施工周期差會通過影響橋梁的施工預拱度來對線形控制產(chǎn)生影響，這主要是混凝土收縮徐變造成的。下面設置不同的工況，計算不同施工周期差下的施工預拱度。

3.1 工況設置

華麗高速新莊特大橋主墩7號墩墩位緊鄰街道，周圍居民密集，由于拆遷影響，施工進度滯后，比其余T構施工滯后近8個月。在Midas建模中通過添加不同時間工況的方式來模擬施工周期差，通過在相鄰T構上添加時間工況，模擬7號墩和其余主墩之間的施工周期差，共設置了5種計算工況，見表1。

表1 計算工況表

3.2 計算結果

模擬工況下的施工預拱度僅在8號墩的懸澆T構上產(chǎn)生了變化，8號墩懸澆T構的施工預拱度模擬數(shù)據(jù)見圖3。從圖中可分析得出，隨著時間工況不斷增大，施工預拱度有了小幅的增大。

圖3 8號墩懸澆段施工預拱度

添加時間荷載的各工況與工況1相比，施工預拱度相差的極值見表2。

表2 施工預拱度相差極值

從表2可以看出，時間荷載導致的施工預拱度的差值，隨著時間荷載的增大而增大，但是增大的趨勢在逐漸變緩。這種差值會影響到線形控制的質(zhì)量，目前比較流行的懸臂澆筑的大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋誤差限值施工監(jiān)控標準為成橋后線形（標高）+50mm（僅供參考），合攏相對設計高程高差±30mm（與跨徑相關）。

在施工周期差達到2年時，帶來的誤差仍小于合攏容許相對設計高程高差，但考慮到線形控制時還會受到其他不確定因素的影響，因此當施工周期差較大時，應在線形控制時考慮其影響；在施工周期差較小，如不足半年時，線形控制時可以不考慮此項影響。

4 施工程序及異常情況對策

對于該項目而言，由于橋梁跨徑大，在施工過程中結構狀態(tài)誤差和測量誤差的存在，隨著施工過程的前進誤差就會積累起來，直到施工結束時，導致實際狀態(tài)的幾何線形和內(nèi)力狀況偏離結構的理想狀態(tài)。這就要求監(jiān)控人員在發(fā)現(xiàn)施工誤差后，必須及時對異常情況提出合理的對策。

對此，該項目應采取自適應控制方法來監(jiān)控橋梁施工。施工中每個工況的受力狀態(tài)達不到設計所確定的理想目標的重要原因是計算模型中計算參數(shù)的取值出現(xiàn)問題，主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永存預應力等與施工中實際情況有一定的誤差以及環(huán)境溫度、臨時荷載的影響。

自適應控制方法是指，通過比較施工過程中的標高和內(nèi)力的實測值和預計值，得到橋梁結構的主要基本設計參數(shù)，并找出產(chǎn)生實測值與預計值（設計值）之間偏差的原因，以實現(xiàn)修正參數(shù)、達到雙控的目的。即在閉環(huán)反饋控制基礎上加上一個系統(tǒng)辨識過程，使整個控制系統(tǒng)成為自適應控制系統(tǒng)。

5 結論

文章以新莊特大橋的線形控制為例，設置了5種施工周期差的工況，得出了以下結論：

（1）各T構間存在施工周期差時，由于混凝土的收縮徐變，施工進度快的懸澆T構應設置更大的施工預拱度。

（2）施工周期差對橋梁線形控制存在的影響，會跟隨T構間不同步程度的擴大而增大，但增大的加速度在減小。

（3）施工周期差給線形控制帶來的誤差在標準容許范圍之內(nèi)，在施工周期差不大時，可以不考慮此項影響。

（4）為簡化施工監(jiān)控，線形控制時可以不考慮施工周期差。