大跨度斜拉橋主梁線形控制技術(shù)研究

徐汝寶

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，斜拉橋在國內(nèi)外被廣泛采用，在有建筑限高要求的地區(qū)，矮塔斜拉橋也被廣泛修建。矮塔斜拉橋又稱“部分斜拉橋”，是介于連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的一種新的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由于矮塔斜拉橋兼有斜拉橋和連續(xù)梁橋的特點，其剛?cè)嵯酀奶匦苑辖Y(jié)構(gòu)受力特點，越來越多的中小跨度橋梁優(yōu)先采用矮塔斜拉橋形式。斜拉橋以其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，良好的經(jīng)濟指標(biāo)，越來越顯示出其巨大的發(fā)展?jié)摿?。斜拉橋主梁施工全過程線形控制是確保成橋線形的基礎(chǔ)，主梁懸臂澆筑施工過程中每節(jié)段預(yù)拱度設(shè)置及立模標(biāo)高確定是確保成橋線形的關(guān)鍵，施工過程中通過建模線形計算、主梁預(yù)拱度設(shè)置、主梁監(jiān)控量測以及主梁施工全過程施工工藝控制可以確保主梁線形符合預(yù)期要求，使主梁施工體系處于控制狀態(tài)。

1 工程概況

永州市城南大橋工程選址城南大道與金水路平交口，跨湘江西路和湘江東路，順接城南大道，止于城南大道與空港路平交口；橋梁主線全長1183.56m，主橋為70m+2×120m+70m 預(yù)應(yīng)混凝土矮塔斜拉橋，橋面寬34m，整幅式單箱五室箱梁截面。主橋橋墩：邊墩8，主墩9、10、11位于湘江內(nèi)，主墩10采用塔梁墩固結(jié)體系，主墩9、11采用塔梁固結(jié)、墩梁分離體系，且設(shè)滑動支座。主梁共計18 個梁段，0段10m（對稱于主墩中心線兩側(cè)各5m）,1～15段為掛籃懸澆梁段，其中1～6段為無索區(qū)梁段，7～15段為有索區(qū)梁段，16段為主梁合攏梁段，17段為邊跨現(xiàn)澆梁段。主橋立面、平面布置如圖1 所示。

圖1 主橋立面、平面布置圖

2 主橋懸澆施工工藝流程

永州城南大橋主橋懸臂梁施工工藝流程如下。

主梁0塊施工完成—在0上面拼裝三角掛籃—掛籃拼裝完成進行預(yù)壓—預(yù)壓完成根據(jù)預(yù)壓數(shù)據(jù)調(diào)整1立模標(biāo)高—施工1塊鋼筋和模板—澆筑1塊懸澆段混凝土—張拉1塊頂板縱向懸澆束預(yù)應(yīng)力—掛籃走行至2塊—張拉1塊橫向預(yù)應(yīng)力及腹板豎向精軋鋼—根據(jù)1塊實測變形數(shù)據(jù)及監(jiān)控指令確定2塊立模標(biāo)高—施工2塊鋼筋和模板—澆筑2塊懸澆段混凝土—張拉2塊頂板縱向懸澆束預(yù)應(yīng)力—掛籃走行至3塊—張拉2塊橫向預(yù)應(yīng)力及腹板豎向精軋鋼—根據(jù)2塊實測變形數(shù)據(jù)及監(jiān)控指令確定3塊立模標(biāo)高—依次循環(huán)完成5塊懸澆段施工—掛籃走行至6塊—根據(jù)5塊實測變形數(shù)據(jù)及監(jiān)控指令確定6塊立模標(biāo)高—施工6塊鋼筋和模板—測量定位第一組斜拉索主梁預(yù)埋管—澆筑6塊懸澆段混凝土—張拉頂板縱向懸澆束預(yù)應(yīng)力—掛籃走行至7塊—張拉6塊橫向預(yù)應(yīng)力及腹板豎向精軋鋼—張拉拉索錨固橫梁預(yù)應(yīng)力—掛索張拉第一組斜拉索—根據(jù)6塊實測變形數(shù)據(jù)及監(jiān)控指令確定7塊立模標(biāo)高—依次循環(huán)完成15塊懸澆段施工—施工邊跨現(xiàn)澆段—調(diào)整合龍口高差—施工邊跨合龍段—施工中跨合龍段。

3 線形計算

通過對城南大橋主橋進行施工全過程仿真分析，得到橋梁的成橋后施工累計位移，midas2015（有限元分析軟件）計算模型結(jié)果如圖2 所示。

圖2 midas 模型成橋后累計位移計算結(jié)果（單位：mm）

4 施工階段監(jiān)測控制

4.1 理論立模標(biāo)高計算

箱梁理論立模標(biāo)高的數(shù)據(jù)分析計算，為全方位監(jiān)控提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通常，在得出立模標(biāo)高數(shù)據(jù)時，結(jié)構(gòu)的三條高程曲線（設(shè)計曲線、目標(biāo)曲線和預(yù)拱度曲線）數(shù)據(jù)也會同時產(chǎn)生。設(shè)計曲線，即橋梁的線形設(shè)計；目標(biāo)曲線，即將運營活載影響值與長期收縮徐變進行迭加后與設(shè)計曲線共同形成的曲線；預(yù)拱度曲線，即將工程的每個施工階段的位移進行累計，以疊加方式達(dá)到目標(biāo)曲線后的曲線。

確定目標(biāo)曲線非常關(guān)鍵，也是大跨徑斜拉橋在施工設(shè)計和施工質(zhì)量中需要嚴(yán)格把控的重要環(huán)節(jié)，主要由于橋梁受到長期徐變作用會增加跨中撓度，因此需要準(zhǔn)確計算長期徐變并進行科學(xué)分析。如果長期徐變的計算數(shù)據(jù)與實際出現(xiàn)差異，會導(dǎo)致跨中預(yù)拋高值的設(shè)計不合理，最終導(dǎo)致橋梁在運行一段時間后跨中線形會逐漸出現(xiàn)下垂且越來越明顯?？梢?，準(zhǔn)確的長期徐變值以及以此設(shè)置的跨中預(yù)拋高值即目標(biāo)曲線的合理性和準(zhǔn)確性將直接影響橋梁的后期運行。為更好地確定目標(biāo)曲線，需要設(shè)計單位準(zhǔn)確計算出各跨的跨中預(yù)拋高值，再通過二次拋物線過渡的方式進行復(fù)核，然后將以上數(shù)據(jù)疊加于設(shè)計線形中，以此形成最終的目標(biāo)線形。由工程監(jiān)控單位進行再次校核，最后對預(yù)拱度數(shù)值進行復(fù)核確認(rèn)，并給出相應(yīng)的校核意見。

預(yù)拱度曲線的確定能夠為箱梁各節(jié)段的理論立模標(biāo)高提供計算依據(jù)，預(yù)拱度曲線的設(shè)計與確定會受到施工過程中的溫度、自重、徐變、索力以及來自預(yù)應(yīng)力等各方作用的影響，因此，在設(shè)計預(yù)拱度曲線時要將以上因素考慮進去。其結(jié)構(gòu)材料參數(shù)的設(shè)計與確定要以實測數(shù)值為依據(jù)，比如彈模E 和容重γ。

4.2 主梁立模標(biāo)高

主梁預(yù)拱度設(shè)置數(shù)據(jù)由0跨2.8cm 增加至15塊15.5cm，以主橋9墩1～1塊立模標(biāo)高為例說明預(yù)拱度設(shè)置及立模標(biāo)高變化情況。

4.3 箱梁節(jié)段線形測點布置

在箱梁每個塊段頂板的前端頂板面上埋設(shè)7 個測點，底板設(shè)置3 個測點。箱梁施工中的鋼筋直徑設(shè)計不小于8mm。鋼筋混凝土中的鋼筋頭在澆筑時要超出混凝土表面約2～3cm，鋼筋與箱梁懸澆段前端的距離為10cm，在整個施工作業(yè)過程中要確保所設(shè)置的測點不被破壞。高程測量采用自動安平水準(zhǔn)儀進行監(jiān)測，確保往返測量誤差低于1mm/km，絕對誤差也要控制在±5mm/km（相對施工控制網(wǎng)），可見，測量要求精度極高。在施工過程中，專業(yè)人員要定期對 0塊上后視點進行復(fù)測，以確保標(biāo)高測量所產(chǎn)生的絕對誤差符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 箱梁懸臂節(jié)段線形測量階段

要嚴(yán)格控制箱梁懸臂節(jié)段線形測量的次數(shù)，測量次數(shù)過于密集會影響工程作業(yè)進度且給測量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與處理帶來麻煩；如果測量次數(shù)太少，則對箱梁變形的觀測數(shù)據(jù)又不全面，造成后期立模標(biāo)高的數(shù)據(jù)依據(jù)不足。通過工程實踐，最終確定以下四個階段的測量效果最好。

第一階段：掛籃移動作業(yè)后對現(xiàn)澆段進行測量。

第二階段：張拉預(yù)應(yīng)力之前，測現(xiàn)澆段和已澆段。測已澆段的目的主要為分析線形。

第三階段：張拉預(yù)應(yīng)力之后，測現(xiàn)澆段。

第四階段：斜拉索張拉后，測現(xiàn)澆段。

4.5 數(shù)據(jù)處理、預(yù)測分析和立模標(biāo)高

該工程中的線形控制關(guān)鍵點主要體現(xiàn)在高程數(shù)值的數(shù)據(jù)處理及預(yù)測分析兩方面。高程數(shù)值的準(zhǔn)確性受以下因素影響：一是掛籃變形誤差；二是橋面臨時荷載；三是結(jié)構(gòu)剛度誤差；四是溫度；五是張拉頂板縱向懸澆束預(yù)應(yīng)力誤差；六是測量定位誤差；七是斜拉索索力誤差等。橋梁設(shè)計的懸臂長度不同，產(chǎn)生的量值的影響因素也會不同。按照橋梁在實際工程進度中產(chǎn)生的實測數(shù)據(jù)進行整理分析，確保線形測量的準(zhǔn)確性，并以此進行立模標(biāo)高。

5 施工過程工藝控制

5.1 掛籃立模方面控制要點

一是0塊上面組裝完畢的施工掛籃（自重117t），按照最大梁段重量的50%、80%、100%及120%分級加載預(yù)壓掛籃，以消除非彈性變形，測量掛籃底模標(biāo)高變化，分析計算出掛籃彈性變形，為立模標(biāo)高提供預(yù)拱度數(shù)值參考。

二是兩端掛籃應(yīng)該同步前移，掛籃移動速度控制在0.1m/min 以內(nèi)，不同步差值控制在30cm 以內(nèi)。

三是掛籃走行就位、提升錨固后，按照監(jiān)控指令進行底模及翼緣板模板標(biāo)高調(diào)整，掛籃底模標(biāo)高調(diào)整到誤差允許范圍內(nèi)，綁扎底板和腹板鋼筋，安裝波紋管和內(nèi)模等。

四是掛籃底模系統(tǒng)的前吊桿、后吊桿和掛籃主桁架后錨壓梁錨點等安全可靠性必須檢查確認(rèn)，掛籃底模系統(tǒng)緊固牢固，在澆筑混凝土過程中，掛籃懸吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)的任何錨點不得產(chǎn)生任何松動，以確保施工全過程狀態(tài)穩(wěn)定。

5.2 混凝土澆筑方面控制

一是主梁C55 混凝土采用地泵輸送，主梁混凝土坍落度控制在180mm±20mm 范圍內(nèi),強制式拌和機拌和2min，混凝土泵送時間間隙控制在15min 以內(nèi)，施工現(xiàn)場因故停息時間間隔控制在30min 以內(nèi)。

二是主梁懸澆梁澆筑順序“底板—腹板下倒角—腹板—腹板上倒角—頂板”，澆筑過程中采用水平分層方法，采用振動棒振搗，波紋管及錨下鋼筋密集部位加強振搗。

三是主梁懸澆段混凝土澆筑施工盡量不設(shè)置水平施工縫，一次完成澆筑施工，如果混凝土分兩次澆筑，上下兩部分混凝土的彈模、收縮、徐變等力學(xué)性能差異較大，不利于整體質(zhì)量。

四是梁段施工過程中要盡量控制不平衡施工荷載作用對箱梁線型撓度的影響。

5.3 預(yù)應(yīng)力張拉方面控制要點

一是預(yù)應(yīng)力張拉施工必須確保錨下設(shè)計應(yīng)力穩(wěn)定建立，在鋼束張拉過程中，通過持荷時間來保證錨下應(yīng)力的穩(wěn)定建立：縱向預(yù)應(yīng)力鋼束長度在30m 以內(nèi)的持荷時間為2～3min, 鋼束長度在30m 以上的持荷時間為3～4min；橫向及豎向預(yù)應(yīng)力錨固持荷時間為2min。

二是施工過程中要采取相關(guān)措施確保腹板豎向精軋鋼張拉及壓漿符合設(shè)計要求，由于腹板豎向精軋鋼的錨固方式遠(yuǎn)不如低松弛鋼絞線的錨夾具，且腹板精軋鋼屬于豎向預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力容易損失且有時損失較大，為了避免和減小預(yù)應(yīng)力損失，通常采用24h 后二次張拉的方法進行錨固，腹板精軋鋼二次張拉完成后及時進行孔道壓漿。

三是豎向預(yù)應(yīng)力管道上面安裝的壓漿管、排氣孔和錨墊板要仔細(xì)處理，防止連接部位進漿，影響孔道壓漿，在后續(xù)施工過程中，只要掛籃軌道一移開，就立即進行腹板精軋鋼張拉施工，及時建立豎向預(yù)應(yīng)力，增加主梁梁體的復(fù)合抗荷能力。

5.4 斜拉索掛索張拉施工

一是斜拉索控制張拉力，為使每根索中各鋼絞線索力均勻，應(yīng)采用等值張拉法進行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，以傳感器讀數(shù)進行監(jiān)測。

二是斜拉索環(huán)氧鋼絞線單根張拉時，要對張拉油壓、張拉力、傳感器讀數(shù)、初值油壓、測量初值、測量終值及回縮值等進行記錄。

三是斜拉索環(huán)氧鋼絞線單根張拉順序為：先張拉不帶抗滑鍵的一端，讓抗滑鍵緊貼錨墊板；再根據(jù)張拉力及索伸長量，同時張拉鋼絞線兩端。

5.5 合龍線形控制措施

斜拉橋的合龍控制是一個關(guān)鍵工序，該工程需要在水上施工，因此作業(yè)環(huán)境難度增大。尤其對合龍段的施工要求更高，對合龍段的施工方案和作業(yè)時機有著非常精確的要求，也是工程中的難點和重點。

根據(jù)實際的施工環(huán)境進行詳細(xì)調(diào)查，以此作為影響混凝土澆筑的因素之一進行綜合考量。由專業(yè)人員進行連續(xù)觀測，尤其要對合龍口的寬度、長度以及溫度進行實時監(jiān)測。合龍作業(yè)前要對合龍方案進行反復(fù)優(yōu)化分析，對施工中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力作用的變化、主梁受力影響、合龍誤差等各方面因素進行充分分析，以確定最優(yōu)合龍方案。確保主梁高精度合龍。另外，要選擇在氣溫穩(wěn)定的時間進行合龍作業(yè)。

根據(jù)現(xiàn)場溫度場試驗及合龍前連續(xù)觀測數(shù)據(jù)分析，將城南大橋中跨合龍段混凝土澆筑時間選在2019年8月11日凌晨，合龍段臨時固定勁性骨架現(xiàn)場提前布置好，并將勁性骨架在合龍口單側(cè)提前焊接固定，在澆筑混凝土前1h 內(nèi)將勁性骨架另外一端全部焊接完成，完成鎖定施工，然后澆筑合龍段混凝土，待合龍段混凝土強度達(dá)到設(shè)計要求，張拉頂板縱向預(yù)應(yīng)力之前，拆除合龍段勁性骨架。

主橋合龍后成橋線形符合設(shè)計預(yù)期要求。

6 結(jié)語

斜拉橋主梁線形控制的核心問題就是懸澆段預(yù)拱度設(shè)置問題，線形控制的策略主要是分析影響預(yù)拱度的相關(guān)因素，施工過程中必須加強線形控制研究，分析每一節(jié)段懸澆梁的澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后、掛籃走行前后、斜拉索張拉前后的梁體標(biāo)高變化情況，及時修正立模數(shù)據(jù)，制定節(jié)段誤差調(diào)整措施，使得線形控制取得良好效果，保證橋梁順利合龍，確保合龍后成橋線形符合預(yù)期要求。