大跨度橋梁的施工控制研究

文 / 貴州省荔波縣交通運(yùn)輸局 余松祿

引言

如今，我國大跨度橋梁數(shù)量越來越多，但大跨度橋梁施工難度較大，容易產(chǎn)生質(zhì)量或安全問題，這就需要在施工中切實(shí)加強(qiáng)施工控制，根據(jù)橋梁工程實(shí)際情況，明確施工控制的要點(diǎn)和方法，以保證大跨度橋梁的施工質(zhì)量。

施工控制意義

目前的大跨度橋梁不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且功能日益完善，施工時(shí)由于受到一系列不利因素的直接或間接影響，施工與成橋后結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)和預(yù)期目標(biāo)之間往往會(huì)發(fā)生很大偏差，情況較為嚴(yán)重時(shí)，還可能導(dǎo)致橋梁某些構(gòu)件產(chǎn)生極大的變形，威脅橋梁安全。

施工控制是指在橋梁施工中引入現(xiàn)場測試方法與計(jì)算分析方法，同時(shí)根據(jù)具體的施工過程構(gòu)建一套完善的控制系統(tǒng)，由此完成狀態(tài)監(jiān)測及評(píng)估。

施工控制的主要目的在于通過對(duì)大跨度橋梁施工過程的監(jiān)控監(jiān)測和計(jì)算預(yù)測，確定成橋后整體外觀與內(nèi)力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；另外，采用監(jiān)控計(jì)算和詳細(xì)分析的方法還能有效提高施工精度，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工順序的優(yōu)化，確保施工得以順利完成?；诖耍┕た刂瞥耸潜ＷC橋梁工程質(zhì)量的重要措施，還有保證施工安全的作用。

施工控制內(nèi)容

橋梁施工控制的主要任務(wù)是控制橋梁整個(gè)施工過程，使橋梁施工過程中的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形均能處在可控范圍內(nèi)，保證成橋后所有指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。

雖然不同橋梁其施工控制內(nèi)容不盡相同，但均包含下列幾方面：

其一，幾何控制。大跨度橋梁施工中其結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變形，而且變形還會(huì)受到很多因素直接或間接影響，導(dǎo)致施工中結(jié)構(gòu)所處位置和預(yù)期目標(biāo)之間發(fā)生偏離，影響橋梁合龍，或成橋后的外觀尺寸與設(shè)計(jì)不符。在施工控制工作中，需要根據(jù)規(guī)范允許誤差來控制，如果超出規(guī)范允許范圍則應(yīng)分析其產(chǎn)生原因，并采取針對(duì)性措施加以處理。

其二，應(yīng)力控制。大跨度橋梁在施工中與成橋后的實(shí)際受力情況能否滿足設(shè)計(jì)要求是橋梁施工控制必須把控的關(guān)鍵問題之一。通常采用對(duì)關(guān)鍵斷面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測，然后用監(jiān)測結(jié)果和計(jì)算結(jié)果之間進(jìn)行校核，根據(jù)校核結(jié)果對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整完善。重點(diǎn)是對(duì)頂推力、預(yù)應(yīng)力和索力進(jìn)行控制，以保證結(jié)構(gòu)處在安全狀態(tài)。施工中掛籃和支架等大型臨時(shí)設(shè)施會(huì)直接影響到施工安全，同樣要引起施工人員的高度關(guān)注。

其三，穩(wěn)定控制。大跨度橋梁結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定決定了其是否安全，它和強(qiáng)度具有同等意義。世界范圍內(nèi)有很多橋梁在建設(shè)中都是因?yàn)槭Х€(wěn)產(chǎn)生破壞出現(xiàn)事故的。在橋梁施工中除了要對(duì)結(jié)構(gòu)變形與應(yīng)力進(jìn)行嚴(yán)格控制，還要控制不同施工階段的構(gòu)件及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。一般主要采用穩(wěn)定性分析和計(jì)算的方法，確定結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)自身變形及應(yīng)力狀況對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)定，最后根據(jù)綜合評(píng)定結(jié)果予以針對(duì)性控制。

其四，影響因素分析。很多因素都會(huì)給大跨度橋梁實(shí)際監(jiān)控測試結(jié)果造成影響，為了對(duì)控制性參數(shù)予以準(zhǔn)確、及時(shí)且有效的反饋，需深入分析所有關(guān)鍵性因素，以確保測試結(jié)果精準(zhǔn)真實(shí)有效。

施工控制方法

對(duì)施工控制而言，施工控制方法作為核心問題，主要解決實(shí)際狀態(tài)和理想狀態(tài)存在的偏差。在橋梁施工中可采用的施工控制方法有很多，具體來說可以分成以下幾類：第一，事后控制類；第二，預(yù)測控制類；第三，自適應(yīng)控制類；第四，最大寬容度類。為了使施工控制達(dá)到理想效果，使偏差達(dá)到最小，應(yīng)采用合理可行的控制理論，并充分考慮不同偏差可能對(duì)大跨度橋梁造成的影響。

施工控制方法應(yīng)具備以下幾方面功能：其一，對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行校正，將設(shè)計(jì)參數(shù)誤差可能造成的影響降至最低；其二，采用濾波的方法確定結(jié)構(gòu)所處真實(shí)狀態(tài)，同時(shí)對(duì)未來進(jìn)行預(yù)測；其三，對(duì)施工誤差與其它已經(jīng)存在的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。

值得一提的是，目前我國已經(jīng)開發(fā)出自校正調(diào)節(jié)法，它將預(yù)測控制與自適應(yīng)控制兩類方法具有的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)融合到一起，能實(shí)現(xiàn)將施工偏差降至最低的根本目標(biāo)，現(xiàn)在已經(jīng)在很多橋梁的施工控制工作中得到良好應(yīng)用。

施工控制案例

案例一

某橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)，跨徑布置為140m+268m+140m，設(shè)計(jì)采用掛籃現(xiàn)澆的方法進(jìn)行施工。

在該橋梁建成前，對(duì)大跨度剛構(gòu)橋而言，由混凝土收縮與徐變?cè)斐傻膯栴}比較突出，導(dǎo)致很多橋梁都產(chǎn)生了下?lián)系膯栴}，嚴(yán)重影響預(yù)拱度確定與設(shè)置，甚至給高速行車造成威脅。

基于此，如何確定適宜的預(yù)拱度，使橋梁成橋后的線形達(dá)到要求成為施工控制的要點(diǎn)所在。

（1）混凝土自身收縮徐變會(huì)對(duì)預(yù)拱度確定及設(shè)置造成很大影響。在施工控制初期，需對(duì)我國現(xiàn)有相同類型的橋梁開展大規(guī)模調(diào)研，針對(duì)梁體下?lián)线@一常見問題實(shí)施專題研究，將其作為確定預(yù)拱度的依據(jù)，然后在預(yù)拱度設(shè)置過程中考慮成橋后30年對(duì)應(yīng)的收縮徐變。

（2）該橋梁的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量有很多，在預(yù)應(yīng)力施工時(shí)產(chǎn)生的誤差會(huì)給橋梁線形造成很大影響。在理論計(jì)算階段就需要對(duì)三向預(yù)應(yīng)力予以充分考慮，并在施工中嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范加以控制。

（3）各施工節(jié)段存在的重量誤差會(huì)給橋梁線形造成影響。在實(shí)際施工控制工作中，因橋梁的跨度較大，梁體混凝土數(shù)量會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形，對(duì)此，計(jì)算分析時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況加以精確模擬。

（4）對(duì)墩身的內(nèi)力予以控制。橋梁合龍前要做好縱向頂推，保證成橋之后結(jié)構(gòu)內(nèi)力滿足相關(guān)要求。

（1）成橋后橋梁主梁標(biāo)高的實(shí)測結(jié)果和計(jì)算結(jié)果基本相符，整體線形保持平順。標(biāo)高的最大誤差值為4.6cm，大多數(shù)節(jié)段標(biāo)高實(shí)際誤差都小于3cm。

（2）結(jié)構(gòu)內(nèi)力與設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求相符，即所有監(jiān)測斷面實(shí)測應(yīng)力及其變化規(guī)律都能和計(jì)算結(jié)果相吻合，差值保持在2-3MPa范圍內(nèi)。

案例二

某橋梁跨徑組成為250m+1280m+440m，塔柱采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下橫梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

在懸索橋施工中，主纜架設(shè)精度和空纜狀態(tài)確定與架設(shè)時(shí)的控制參數(shù)有關(guān)，為確保懸索橋施工完成后其加勁梁與主梁都可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需做好以下施工控制工作：明確空纜狀態(tài)；對(duì)基準(zhǔn)索股與一般索股的架設(shè)進(jìn)行控制；對(duì)加勁梁整個(gè)吊裝施工過程進(jìn)行控制；對(duì)橋塔的應(yīng)力進(jìn)行控制；對(duì)橋塔的偏移進(jìn)行控制；對(duì)索夾定位與吊機(jī)預(yù)偏量進(jìn)行控制；分析各項(xiàng)參數(shù)的敏感性。

（1）明確空攬狀態(tài)在很大程度上決定了懸索橋架設(shè)施工精度，通過根據(jù)成橋狀態(tài)進(jìn)行反算實(shí)現(xiàn)，將主纜無應(yīng)力長度在錨、邊跨和中跨均保持不變?yōu)橐罁?jù)，同時(shí)還應(yīng)考慮在空纜狀態(tài)和成橋狀態(tài)中主纜所處平衡狀態(tài)。

（2）對(duì)懸索橋而言，其施工控制核心為怎樣對(duì)無應(yīng)力長度予以精細(xì)化的分析和計(jì)算，在對(duì)該懸索橋主纜實(shí)際無應(yīng)力長度進(jìn)行計(jì)算的過程中要充分考慮通過試驗(yàn)得出的參數(shù)，以及其可能造成的綜合影響。

（3）因主纜架設(shè)時(shí)會(huì)受到很多因素的影響，所以在主纜架設(shè)時(shí)要對(duì)不同參數(shù)對(duì)應(yīng)的影響量加以深入分析，進(jìn)而提前做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，確保成橋后主纜的線形與設(shè)計(jì)目標(biāo)之間盡可能接近。

（4）在加勁梁吊裝時(shí)進(jìn)行的控制主要是對(duì)橋塔偏位予以嚴(yán)格控制，并確定具體的頂推方案，該懸索橋頂推方式確定主要以主索鞍在不同施工階段對(duì)應(yīng)的自由滑移歷程曲線和塔頂沿順橋向的容許最大水平方向位移為依據(jù)。

（1）對(duì)基準(zhǔn)索股實(shí)際架設(shè)參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確控制與調(diào)整，使主纜得以高精度架設(shè)。

（2）橋面系施工結(jié)束后，吊索拉力的實(shí)測結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果相吻合，其中，吊索索力的偏差不超過10%，且有59%以上的吊索索力偏差不超過±5%，有80%以上的吊索索力偏差不超過±7%。

（3）成橋后橋梁線形保持平順，相較于監(jiān)控目標(biāo)，最大絕對(duì)偏差在50mm以內(nèi)，在同一橫斷面內(nèi)，上下游兩個(gè)吊點(diǎn)實(shí)際高差小于15mm，與相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求相符。

結(jié)語

綜上所述，大跨度橋梁工程的施工控制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方及監(jiān)控方之間共同配合，只有這樣才能真正達(dá)到理想成效，保證橋梁工程的質(zhì)量與安全，保證各參與方的綜合效益。