懸臂梁橋施工監控中梁段施工預拱度調整技術

尚德惠

(山西路橋第一工程有限責任公司，山西太原 030006)

1 概述

任何橋梁施工，特別是大跨徑橋梁的施工，都是一個系統工程。在該系統中，設計圖紙是目標，而自開工到竣工整個為實現設計目標而必須經歷的過程中，將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響，包括設計計算、橋用材料性能、施工精度、荷載、大氣溫度等諸多方面在理想狀態與實際狀態之間存在的差異，施工中如何從各種受誤差影響而失真的參數中找出相對真實之值，對施工狀態進行實時識別(監測)，調整(糾偏)、預測對設計目標的實現是至關重要的。預應力混凝土連續剛構橋是在預應力混凝土連續梁和T型剛構基礎上發展起來的墩梁固結的一種新型連續結構，連續剛構橋懸臂施工節段多、工期較長，其縱面高程受多種因素影響，容易出現較大的懸臂標高誤差，甚至出現兩相對懸臂端標高相對誤差太大，使合龍困難的情況。若為保證線形而采取措施強迫合龍，必將在結構中產生不利的附加內力，影響結構受力安全，所以，必須對其標高進行嚴格控制，確保成橋線形與內力狀態符合要求。在此類橋的線形施工控制時，梁段立模標高的合理確定，是關系到主梁的線形是否平順，是否符合設計的一個重要問題，其計算公式如下:立模標高=設計標高+施工預拱度+成橋預拱度+掛籃變形。

在上述公式中，成橋預拱度是為了抵消橋梁在運營過程中的長期收縮徐變效應，跨中最大成橋預拱度一般取8L/10 000～15L/10 000左右，掛籃變形值一般由現場掛籃預壓試驗、考慮梁段自重及已施工梁段觀測掛籃變形數據等綜合確定。

施工預拱度可以通過結構仿真計算得到橋梁各施工階段及二期恒載作用下的累計變形值，并將其反向施加到梁段的立模標高上，從而使施工完成后的橋梁基本上達到結構理想狀態的理論線形［1］。盡管每個階段都嚴格控制施工時的結構幾何尺寸、容重、收縮和徐變、彈性模量、預加力等等可以人為控制的因素，但是仍不可避免地會出現實際結構狀態與理想結構狀態的偏差，隨著橋梁跨徑和結構復雜性的增大，這種誤差已經到了影響結構的幾何線形的程度［1］，并可能導致橋梁合龍困難，成橋線形與設計要求不符等問題，給橋梁施工安全、外形、可靠性、行車條件和經濟性等方面帶來不同程度的影響。為了消除因設計參數取值的不確切所引起的施工中設計與實際的不一致性，需要對計算得到的控制參數結果進行修正，以保證結構施工的結果能夠與設計吻合。上述參數可通過試件或試塊試驗、現場測試等手段選取，或根據施工中實測到的結構反應來修正計算模型中的這些參數值，然后不斷重復這一過程，但施工中每個塊段的施工參數并不一定一致，且模型計算值與實際變形值的偏差影響因素很復雜，這種偏差可能來自于施工本身的誤差，也可能是環境誤差的干擾，還可能是測量系統的誤差。因此進行參數識別后仍不可避免地會出現實際結構狀態與理想結構狀態的偏差。為了避免這種偏差的累計，可采用最小二乘法用修正后階段變形值與實測階段變形值的誤差進行直線擬合，對后續塊段的階段誤差值進行預測，得到誤差預測值，并將已完成的懸臂端頭塊段的較大誤差值使用拋物線分配得到誤差分配值，而施工預拱度調整值=誤差分配值－誤差預測值。這里的誤差預測值是為了對實際參數與設計參數的偏差進行規律總結及預測，是為了達成實際線形與設計線形一致，而誤差分配值的意義是如果前一梁段實際變形比計算值低，則后續若干塊也同樣調低一些，逐漸連續的彌補已經發生的誤差，而不是一次調整到位，保證線形不出現“波浪”。

2 實際應用

某高速公路大橋為分離式預應力混凝土連續剛構橋。其跨徑組成為62 m+3×115 m+62 m，橋墩最高為85 m，屬于高墩大跨徑預應力混凝土連續剛構橋，最大施工塊段號為15號塊，16號塊為合龍段，為了確保大橋成橋后結構內力、線形符合設計要求，對此大橋施工過程進行了全程施工監控。橋型布置圖見圖1。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

理論值的計算采用橋梁博士軟件建立全橋模型，將橋梁結構離散為164個梁單元，103個主墩單元，單元的劃分充分考慮了懸臂施工時各梁段的長度等情況。結構計算參數的取值盡量采用了現場實際試驗測得的數值。施工荷載的模擬以施工單位實際試驗測得的數據為準。以2號墩小里程側懸臂端施工塊段10號塊線形誤差的控制為例，5號塊～9號塊為已經澆筑完畢的塊段，在9號塊澆筑完成后，首先對模型的參數進行識別。識別的主要參數為:實測梁體幾何尺寸、材料容重、材料彈性模量、混凝土方量，其中材料容重與彈性模量通過試驗取得，方量通過統計取得。梁段的變形主要通過精密水準儀在各工況后進行測量取得，在進行撓度測量時，盡量安排在早晨太陽出來之前進行，以消除日照溫差的影響。參數識別后對模型重新計算，通過表1可看出通過對參數進行修正后，理論階段變形值雖然更接近實測變形值，但仍無法消除全部的誤差，為了更好的消除后續塊段的理論變形值與實際變形值的誤差，先將5號塊～9號塊誤差值用最小二乘法擬合，求出10號梁段的誤差預測值，誤差值的擬合圖見圖2。

表1 各梁段理論階段變形及實測階段變形對比表

圖2 誤差值直線擬合圖

使用圖2直線擬合出的公式，計算出10號塊的誤差預測值為:－0.3×6－3.14= －4.94 mm;并將9號塊澆筑后存在的誤差值－4.7 mm向后進行逐段拋物線分配，設9號塊端頭的誤差值為－4.7 mm，跨中合龍前的塊段15號塊為0 mm，可求得10號塊段的拋物線誤差分配值為－3.73 mm;根據公式施工預拱度調整值=誤差分配值－誤差預測值，就可得到10號塊段的施工預拱度調整值為1.21 mm。在11號塊～15號塊段每個懸澆梁段反復進行這一過程，即可完成后續各塊段施工預拱度的調整。

3 結語

預應力混凝土連續剛構橋施工過程比較復雜，在施工監控的線形控制中，引起理論計算與實際結構變形之間誤差的因素很多，對已完成塊段的實際參數進行識別時，因參數的識別需要若干個塊段的磨合，且后續梁段的參數與已完成塊段并不一定一致，這將導致梁段實際線形與理論線形有偏差，而本文通過對已完成塊段理論變形與實際變形偏差的擬合得到預測值，并將已完成塊段與實際線形的偏差值采用拋物線分配到后續梁段，可最大程度的避免后續梁段的誤差累計，避免橋梁合龍困難，成橋線形與設計要求不符等問題。

［1］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京：人民交通出版社，2003.