大跨度變截面懸臂箱梁施工線形控制技術

周黨偉

(中鐵七局集團有限公司，河南鄭州 410052)

大跨度變截面懸臂箱梁施工線形控制技術

周黨偉

(中鐵七局集團有限公司，河南鄭州 410052)

結合85 m+160 m+85 m變截面懸臂現澆連續剛構箱梁模板高程計算方法，介紹了梁塊自重、預加應力、施工荷載引起的撓度，以及溫度、混凝土收縮徐變等影響梁體線形的主要因素及計算方法，闡述了連續剛構橋梁結構線形的施工控制技術。

變截面箱梁 懸臂施工 線形控制

隨著國內橋梁施工水平的不斷提高，對連續梁在外觀線形方面的要求也隨之提高。施工中因設計參數誤差(如材料特性、徐變系數等)、施工誤差(如梁段重量、安裝誤差等)、測量誤差及結構分析模型誤差等的存在，勢必導致施工過程中橋梁的實際狀態(線形)與理想目標存在一定的偏差;這種偏差如不及時加以識別和調整控制，累積到一定程度在影響梁體線形的同時將對施工過程中結構的安全帶來嚴重影響。為此，對施工過程進行線形監控，及時識別施工偏差，根據監控數據計算修正，確定每個懸澆節段的立模高程，就顯得非常有必要。本文結合工程實踐就懸臂法施工的混凝土梁的線形控制作一介紹。

1 工程概況

普安特大橋全長913 m，主跨為85 m+160 m+85 m預應力混凝土連續剛構，位于半徑7 035 m的圓曲線上和35 000 m半徑的豎曲線上。剛構設計為變截面箱梁，梁高2.00～9.75 m，梁寬7 m，橋面寬12.5 m，梁底按二次拋物線設置。全梁共79節段，橋梁上部主體結構均采用懸臂現澆法施工。由于梁體跨度大，節段多，對梁體線形控制有著較高的要求，如控制不好，不僅影響梁體的外觀質量，更重要的會影響梁體的運營。為此，在梁體施工過程中，針對大跨度混凝土連續剛構線形控制進行了專題研究。

2 線形控制原理及控制流程

線形監控就是通過在施工過程中對每個梁段在立模、混凝土澆筑及施加預應力后的平面位置、高程變化情況進行測量，來了解結構各構件在每一施工階段的實際變形情況。對監測的成果在考慮預應力、混凝土收縮徐變、墩身混凝土壓縮、掛籃變形、溫度等諸多因素后，進行分析計算以確定每個懸臂澆筑節段的立模高程。同時在施工過程中根據施工監測的成果對誤差進行分析，預測和調整后續梁段的立模高程，以確保施工過程中結構的可靠度和安全，確保合龍精度和體系轉換的順利進行，最終使成橋后的橋面線形符合設計要求。

曲線橋梁平面內、外側弧形的圓順，以及連續剛構現澆箱梁變截面各施工段線形盡量達到或接近設計的二次拋物線，是施工線形控制的兩個方面。豎向線形控制主要依據施工預先選用的混凝土自重、施工臨時荷載、預應力張拉設計值等主要荷載，對懸臂梁產生正負撓度疊加值;另外還要考慮橋梁懸臂施工引起的靜定結構短期彈性撓度和長期徐變撓度值。施工時對于靜定懸臂施工的兩端預設上拱度的具體做法是在施工高程的基礎上預設彈性撓度和徐變撓度影響數值。

在實際施工中遵循“計算預測→施工量測→反饋分析→計算調整→施工量測”的次序循環進行;在成橋后，再根據實測線形和預測線形進行比較，對整個線形控制過程進行分析總結。線形控制如圖1所示。

3 影響梁體線形主要因素分析及計算

3.1 主要影響因素

施工過程的撓度計算不僅與力學計算模型的選取有關，而且更重要的是與許多影響撓度的因素相關，這些主要因素包括:

1)施工階段的一期恒載(梁自身靜載)和預加應力;

2)施工臨時荷載，即懸澆的掛籃、施工荷載等;

3)其他因素，即溫度變化、混凝土收縮徐變等。

圖1 線形控制流程

除此以外，還有許多隨機變化的待定因素，如混凝土自身的彈塑性性能，各節段施工周期隨季節變化的不定性，預應力損失的隨機性，日照使結構混凝土內外溫度變化的不均衡性等。

3.2 主要影響因素的計算方法

1)施工靜載引起的撓度(如圖2所示)

施工靜載包括一期恒載和施工臨時荷載，各節段的混凝土自重屬一期恒載，掛籃設備以及機具人員等屬于施工臨時荷載。混凝土自重產生的撓度通過懸臂梁的自重撓度公式進行計算，在此不贅述，僅說明各節段對各點撓度的疊加公式。

由于各個節段對其前面的節段均會產生撓度，故而計算各節段的自重撓度值時必須進行疊加計算，具體計算公式為

式中 δij——j節段自重及預應力束在i節段端頭產生的撓度;

δi——由各梁段自重在i節段產生的撓度總和;

∑δij——由張拉各節段預應力在i節段產生的撓度總和;

圖2 施工自重產生的撓度疊加圖式

由于掛籃設備的重心距懸臂梁的根部力臂較大，造成已完成梁段的變形，從而使待澆筑梁段模板下垂;這種變形屬于彈性變形，將隨著掛籃的拆除而消失，因此在設置預拱度時，要預先考慮施工臨時荷載δ4i的影響。即施工臨時荷載屬于在施工中移動的臨時靜載，是靜載計算的一個特例，且該施工靜載隨著節段的前移使撓度不斷增大，但隨著節段的完成最后在合龍時拆除而歸于0，故在高程計算過程中要予以扣除。

掛籃自重及臨時荷載引起的撓度計算，實際就是n節段重量等于掛籃及臨時荷載重量引起的撓度δin的計算。且該撓度按照負值計算(在合龍后撓度消失，梁體在最后統一產生負撓度，故在前期計算按照負撓度疊加)。

2)預應力引起的撓度

由于懸臂結構施工時的預應力束均在梁體的上部，所以各節段預應力引起的撓度一般為負值。根據預應力引起的撓度計算公式計算疊加而得出各節段的預應力撓度值δj，具體疊加辦法同梁體自重產生的撓度疊加辦法相同。

3)掛籃變形引起的撓度

由于懸臂結構各節段的自重達到1 000 kN以上(項目的懸臂結構最重的節段已達到2 500 kN)，所以掛籃的變形值也必須予以考慮。其中掛籃變形值是根據掛籃加載試驗(掛籃加載試驗是在掛籃安裝完畢后，按照懸臂澆筑最重節段的120%進行加載通過測量得來)的各項綜合測試結果，繪出掛籃荷載—撓度曲線，然后進行內插而得掛籃變形撓度值δig。

4)混凝土收縮徐變的影響

當施工階段變形的理論計算值與實測值符合較好的情況下，可以通過累計變形分析來調整混凝土的收縮徐變系數。即在理論模型中首先將混凝土重度、梁體尺寸、鋼絞線張拉應力、鋼絞線摩擦系數等參數調整準確，保證理論模型與實際結構的“初步”吻合，進而由累計變形理論計算值與實測值的差異來調整理論模型中混凝土收縮徐變系數，使累積變形的理論模型與實際結構的變形相吻合。

鋼筋混凝土及預應力混凝土結構內力和位移計算必須考慮混凝土收縮徐變的影響。影響收縮徐變的主要因素有:水泥品種、集料性質、混凝土配合比、外加劑和其它成分、加載齡期、環境溫度、構件尺寸、應力大小及應力持續時間等。混凝土的收縮徐變不僅影響結構在施工期間的變形，而且對結構在成橋竣工后的變形也有較大影響。在建立理論計算模型時，混凝土收縮徐變產生撓度一般按照混凝土隨齡期增長的收縮徐變系數對整體預拱度予以調整，即

式中 δix——混凝土收縮、徐變在i節段引起的撓度;

φt，τ——混凝土收縮徐變系數(通常首先根據以往的經驗和相關資料進行綜合分析賦初值);

δj——由張拉各節段預應力在i節段產生的撓度總和;

δ4i——施工臨時荷載在i節段引起的撓度;

δig——掛籃對i節段引起的撓度。

3.3 豎向線形指標計算

在計算出以上各個技術參數的基礎上，對各個節段的立模高程進行預測計算。在各節段施工前就要預先確定該段的立模高程，每節段立模高程的計算采用下面的立模高程計算公式

式中 Hlmi——i節段立模高程;

Hsji——i節段設計高程;

通過以上的計算，就可以準確地預先計算出各個節段的施工立模高程，再根據提供的立模高程進行施工前后的監測分析，以確定后續高程的計算。

4 線形監控實施

在懸臂箱梁開始施工前，為了測量工作的方便，通過設計單位提供的施工區平面導線點，在0號塊現澆梁墩頂選擇可靠點進行控制點加密，并以多邊形導線網的技術要求和精度指標進行聯測復核。

在施工過程中，每個節段均需進行數次觀測(即澆筑混凝土前、澆筑混凝土后張拉前、張拉完成后、掛籃移出后均須進行高程觀測)，觀察各控制測點的撓度、主梁合龍精度及橋面的線形。鑒于日照溫差的復雜性，為了提高測量精度，觀測的時間宜安排在早晨太陽出來之前進行。根據測定的數據進行分析，判定是否需要進行調整或參數修正。

首先通過選取2個節段的監控對比和施工影響系數調整，并據此預設反拱數值滿足線形監控的需要。然后根據該組參數對后續節段繼續進行理想高程的調整，以達到最終的理想線形。在后續的施工監測中，因該參數一直得到應用，故滿足了施工監控的要求。通過有效的自適應控制分析和線形控制，剛構橋梁的線形得到了有效的控制，完全滿足了設計要求。

5 結語

對普安特大橋主橋85 m+160 m+85 m連續剛構，在梁體施工過程中，采用上述方法進行了線形控制和監測調整，最終使梁體得到良好的線形。此監控方法可為同類橋梁施工線形監控提供參考借鑒。

[1]張繼堯，王昌將.懸臂澆筑預應力混凝土連續梁[M].北京:人民交通出版社，2007.

[2]姜偉.大跨度連續梁施工和線型控制技術[J].鐵道建筑，2010(1):92-94.

[3]田仲初，丁巖，蔣田勇.高速鐵路尼爾森體系系桿拱橋徐變變形影響因素[J].長沙理工大學學報(自然科學版)，2010(2):25-32.

[4]文永奎，陳政清.考慮預應力損失的混凝土梁徐變計算方法[J].中國鐵道科學，2005，26(3):36-41.

[5]鄧鳳學.大跨度連續梁橋懸臂澆筑施工的撓度控制與分析[J].鐵道建筑，2008(3):23-25.

[6]中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司.衡陽湘江特大橋監控監測實施細則[R].武漢:中鐵大橋局，2007.

U445.466

A

1003-1995(2012)06-0016-03

2012-01-20;

2012-02-22

周黨偉(1971— )，男，陜西興平人，工程師。

(責任審編 孟慶伶)