對橋梁懸臂線性控制的研究

【摘要】懸臂澆筑和懸臂拼裝在采用預制梁段施工速度比現澆的快，但在施工變形及穩定性安全方面控制比較難。如何做好懸臂拼裝線性質量控制是關系到橋梁工作質量和后期養護的一項重要工作。本文介紹了懸臂拼裝的理論和控制方法，確保橋梁拼裝精準和施工安全穩定。

【關鍵字】懸臂拼裝；穩定性；控制

0 引言

橋梁分段施工控制就是圍繞著三個結構基本狀態進行，即設計理想狀態、施工實際狀態、最優實現狀態。施工控制的目的就是確保施工中結構的安全以及結構形成后的外形和內力狀態達到最優實現狀態，以符合設計要求。在分段施工前，一般要結合橋型特點及施工方法等計算確定成橋階段的設計理想狀態，采用倒退分析方法確定施工理想狀態，與實際施工狀態比較，根據監測成果數據分析兩種狀態的誤差，然后采用各種控制方法加以預測、調整，確保合攏段兩懸臂端的相對偏差在允許范圍內。

懸臂拼裝施工連續梁橋的建成要經歷復雜的施工過程，結構體系也將隨施工階段不同而不斷變化。施工過程中，因設計參數誤差（如材料特性、截面特性、徐變系數等）、施工誤差（如制造誤差、安裝誤差等）、測量誤差及結構分析模型誤差等種種原因，將導致施工過程中橋梁的實際狀態（線形、內力）與理想目標存在一定的偏差，這種偏差累積到一定程度如不及時加以識別和調整，成橋后的結構安全狀態將難以保證。而且，已施工梁段上一旦出現線形誤差時，誤差將永遠存在，并導致成橋狀態偏離設計理想狀態。因此對大橋施工過程進行監控具有重要實用價值。

1 工程概況

某大橋為（45+70+45）m三跨變截面預應力混凝土連續梁橋。梁體為單箱單室斜腹板截面，箱梁中跨跨中梁高2.6 m，根部梁高4.8 m；梁底下緣為1.8次拋物線，底板及腹板厚度按折線變化。采用短線預制法與現澆相結合進行施工，即0號塊、合攏段及濕接縫現澆，其余節段工廠預制，預制節段截面由多鍵型剪力鍵定位匹配，現場懸拼。

2 線形控制的實施

2.1 線形控制基本原理

大跨度橋梁的線形控制是施工-量測-識別-修正-預測-施工的循環過程，即首先根據結構模型分析計算，確定箱梁理論定位高程并實施，然后監測已完成梁段的高程和平面位置，將已完梁段的實際高程和理論高程相比較，在對偏差的結果綜合分析的基礎上，對待拼粱段的定位高程和平面位置加以優化調整。

這種預測控制中的優化不是一次在線完成，而是反復在線完成的，每一采樣時刻優化性能指標只涉及該時刻起到未來有限時刻。到下一個采樣時刻，這一優化時段會同時向前推移。因此預測控制不是用一個對全局相同的性能優化指標，而是每一時刻有一個相對于該時刻的局部性能優化指標。

2.2 懸臂拼裝線形控制方法

2.2.1 測點布置

測點是指在短線法梁節段預制過程中，預制廠根據線路的設計參數（橋梁的平、豎曲線及理論預拱度設置）確定整體坐標系，在待安裝節段頂面預埋軸線控制點、標高控制點，簡稱六點坐標。六點坐標包括有預制的理論坐標和預制的實際坐標，預制過程中，為了保證最終成橋坐標符合設計理論六點坐標，后續節段須根據前一節段的預制誤差及測釘埋設偏差進行修正，并且采用三維定位軟件將節段局部坐標轉換至整體坐標系內，這便是預制的實際六點坐標。預制的實際六點坐標便是懸臂拼裝施工過程的理論定位坐標。

2.2.2 節段預制定位高程的控制

采用節段預制為使成橋線形能符合設計要求，要求在預制施工過程中必須將可能影響結構線形的因素都要進行考慮，如臨時支撐形式、節段施工順序、受力齡期、合攏順序、混凝土徐變、預應力損失、二期恒載（橋面鋪裝、體外預應力張拉）等。在考慮這些因素的前提下，經結構分析得到各“T”構的預制拱度，形成預制曲線，線形控制作業的關鍵在于節段生產與安裝的施工精度，必須建立專業、固定的測量系統，在調整匹配面以形成預制曲線過程中，嚴格控制誤差在2 mm以內。

預制塊實際六點定位坐標標高： 。

綜合預留拱度：

式中： —設計高程； —各施工階段的累計撓度； —1/2靜活載撓度； —支座壓縮及基礎沉降值； —混凝土收縮、徐變撓度； —預制偏差調整值。

2.2.3 懸臂拼裝定位高程的控制

懸臂拼裝施工中高程控制的關鍵就是施工撓度，雖然在預制過程中已經考慮了理論預拱度，但是在實際施工中膠拼張拉預應力前后、墩臺沉降以及施工誤差等造成實際與理論預拱度值的偏差。因此就需要采取優化措施對后面施工節塊定位標高進行優化，以期張拉完后預制塊標高達到最優。

下面以灰色預測控制理論來對預制塊的定位標高進行優化。設Z（i）為第i節段膠拼張拉預應力前后懸臂豎向位移實測值與設計值之比，考慮到Z（i）的獨立性，對Z（i）建立GM（1，1）預測模型：

（1）

其中 為z的累加生成數；則當確定 ， 后有：

（2）

若（2）式也成為GM（1，1）預測響應式，其還原值為：

（3）

若第k+1節段膠拼張拉預應力前后豎向位移設計值為 則模型輸出 為：

（4）

則第k+1節段優化定位標高為：

（5）

其中， 為實際預制六點坐標高程。

雖然應用灰色預測理論模型對定位標高進行了優化，但是由于短線預制法的特點，前后節段相匹配，通過對多鍵型剪力鍵進行定位，預制塊件前后緊密卡位，所以實際調整量很小，不如懸臂現澆那樣可以自由調整掛籃來進行自適應調整。因此實際調整較難達到預期的理想效果，只能達到調整范圍內的實際優化。

2.2.4 懸臂拼裝定位軸線控制

由于懸臂拼裝與懸臂現澆的不同，軸線控制問題在懸臂拼裝施工中顯得比較突出，由于短線法的自身特點，不能進行整個預制跨度的預拼，線形控制是通過調整兩節匹配節段平面及立面內的轉角來實現。預制過程中的軸線控制是施工過程控制的先決條件，很大程度上決定了懸臂拼裝施工中軸線定位的偏移程度。

實際懸臂拼裝前應實測各節段外形尺寸，并模擬試拼整個懸臂以檢查預制過程中軸線控制的效果，為實際懸臂拼裝提供參考。實際施工中在0號塊現澆完成達到要求后，通過濕接縫按照實際預制六點坐標準確定位1號塊，因為處于懸臂根部1號塊的定位將直接決定將來施工線形的偏移程度。懸臂拼裝過程中，準確測量已膠拼張拉預應力節段的軸線偏差，同時試拼下一節段，觀測其試拼定位數據，結合兩節段的偏差測量數據，采用前進分析方法，同時兼顧節段實際的調整量范圍，在使整體拼裝偏移最小的前提下，決定具體的糾偏調整量。

3 實際施工控制實施

3.1 實施的措施和流程

在懸臂拼裝過程中采用專人、專儀器實行控制和數據的采集。同時為了減少溫度對采集數據的影響，每天定時早上7：00測量。準確獲得定位、膠拼張拉前后數據為優化控制提供條件。

在節段拼裝過程中確定了調整量后，一般可通過張拉力筋或控制力筋張拉力進行調整，必要時可通過千斤頂進行調整，也可通過在膠縫材料中嵌墊軟金層片（如銅）或石棉網來調節。但每次不宜墊得太厚，由于無相應規范，以經驗小于5 m為宜，通過計算逐步調整。當在拼裝過程中梁段線形誤差過大，難以用其他方法進行補救時，可以增設一道濕接縫來調整，所增設的濕接縫寬度必須用鑿除節段梁端面混凝土厚度的辦法來完成。

3.2 工程施工控制的結果

該大橋只完成了24號墩最大懸臂狀態施工，23號墩懸臂正在施工中，施工過程中由于節段間剪力鍵定位匹配，調整量受到限制，實際施工結果比預測值有一定量的差距，只能在可調整范圍內達到實際的最優，最大標高施工偏差為1.85cm，滿足設計及監控要求。

4 結語

采用預制節段懸拼法施工時，國外幾乎全是采用短線法進行梁體節段預制，由于其預制、施工控制要求精度較高，在國內還未能得到很好的推廣，通過對該大橋懸臂拼裝施工控制的具體實踐，可以對短線預制懸拼工藝的推廣起到一定的借鑒作用。

參考文獻

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