連續剛構橋梁施工控制策略探究

孫欣+王磊

摘 要：本文通過對某特大橋梁工程的介紹，詳細描述了整個大跨度連續剛構橋梁的施工流程及過程控制，首先描述了橋梁工程的監控策略及調控方案，之后根據橋梁實際施工現狀確定計算模型，通過對主梁和橋墩建設材料以及截面特點的詳細分析和研究，結合實際計算模型的負荷載重情況，就該橋梁工程做了詳細的施工方案策劃。

關鍵詞：連續剛構橋梁 施工控制 調控策略

施工程序的控制嚴重影響著連續剛構橋梁建設工程的質量。通過對連續剛構橋梁建設施工采取有效、合理的控制手段，可以大大降低施工的工作量以及避免施工過程中出現不必要的失誤。本文主要是通過對連續剛構橋梁建設施工過程控制的分析研究，以保障連續剛構橋梁建設可以正常、安全的施工和運行。

1.大跨度連續剛構橋梁工程的基本情況

該工程大橋主要采用了預應力剛構組合橋梁架構，箱梁和底板呈1.8拋物線形式，整個橋梁跨徑總值達759m。橋梁的整體架構選用了單箱單室預應力混凝土形式，跨梁高達115m，其中跨中最低為2.9m，主墩最高為8.5m；箱梁架構特點是具有縱向、橫向以及豎向的三個方向預應力；橋梁的主橋墩主要選用了墩身和壁厚0.6m的薄壁箱墩形式，橋體的連續墩選用鉆孔灌注樁作為基層，尺寸大小為5.5mx4.0m。

2.橋梁工程的監控方法及調控策略

結合之前的類似工程可以發現該混凝土剛夠橋工程的施工控制較復雜，無論是橋梁架構剛度、單位量段的重量、橋梁預應力，以及施工過程中混凝土質量的變化和臨時載荷的增減的等都嚴重影響這工程質量。橋梁質量控制過程中必須嚴格計算以上參數。本文為了簡化計算，假設所有參數均符合國家橋梁施工標準在標準指范圍內，這樣可以杜絕因參數設計誤差造成的整體結構內力和線形誤差，實際施工過程中應對所有參數精準預測。本橋梁工程施工控制嚴格按照現代控制理論基礎開展，對于橋梁施工過程中出現的高程和內力等參數，通過兩兩比較理論值和實測值確定橋梁架構的原有參量指，認真分析并找出造成理論值與實測值誤差的內在原因，及時采取有效的控制措施對造成成果誤差范圍的某些因素進行修正，完成對橋梁主梁線性的施工控制。若發現某些參數有著較大偏差需及時向該橋梁工程項目的設計部門進行反映，以期盡快修正理論設計值；若實測值在常規偏差范圍內，則施工方應在施工方案最優化的前提下對這些參數進行適當的修正。若實際施工過程中發現橋梁主梁線形需調整，可以適當對當前澆筑節段立模的標高進行修正，方便調整因參數偏差造成主梁標高的改變。

3.施工控制的計算模型

本工程施工監測模型借助了國際流行的MIDAS信息系統，方便施工方可以模擬計算橋梁工程項目的施工。對于整個橋梁模型的構建，主梁與橋墩部分的仿真以梁為最小單元，橋梁預應力鋼束的仿真以特定鋼束單元為最小單元；橋梁的主梁剛構單元和橋墩間的銜接主要采用剛臂形式，而橋梁的主梁連續梁單元和橋墩間的連接則選用主從約束模式，即根據約束主梁來實際模擬橫向、豎向等多類自由度。結合上述模式可以將橋梁工程合理分成兩部分，共234 單元部分和229 節點部分，其中1～180為主梁單位，181～210為橋墩單位，具體如圖1所示。

根據橋梁工程施工方選定的施工方案，首先對橋梁成形狀態合理、仔細分析，接著選用正確的標準計算模式，計算出每道施工工序中所包含結構受力及變形的所有參數。將所有計算的結果提交到工程項目設計部門，待技術部門確認正確無誤進行歸檔，以此作為最終實際施工的準確依據。以預應力損失的計算進行概述，本工程選用國標T5224，具體橋梁預應力損失值見表1。

之后仿真建模計算橋梁箱梁、橋墩以及截面特點，詳細結果如表2所示。

結合實際施工中架構的自身重量，通過信息監測系統具體步驟融合橋梁主梁和橋墩單元所承受的容重，詳細準確的預估橋梁的自身重量載荷。實際橋梁工程施工中，橋梁橫隔板和齒板參數均屬于節點載荷，而主梁梁端參數屬于均布載荷。最終仿真結果如下。

（1）本橋梁工程中二期恒載參量。整個施工過程中，結合具體施工情況計算得到橋面部分的荷載集度為28.63kN/m2，護欄部分的荷載集度為21.33kN/m2。

（2）本橋梁工程中掛藍重量參數。該橋梁工程主橋部分主要采用了自重為7721.60k N的菱形掛籃，施工前期需要分別在掛籃前后設立距離橋均為6.5m的前支點和后支點，掛籃安裝過程中掛籃前支點和懸臂的距離始終控制在0.5m前后。鑒于整個橋梁架構的設計，在進行十六、十七和十八墩的澆筑施工時，掛籃前支點和臂梁的距離需要嚴格把控在0.4m，而掛籃前支點和后支點距離橋間距應始終控制在4m。從之前計算可以發現，在掛籃五負載的基礎上殼體對前、后支點施加的反作用力分別為1000kN和200kN左右。此外，在實際澆筑施工過程中主梁段澆筑時載荷計算可以忽略掛籃自重，只計算該澆筑梁段自身的重量。

（3）本橋梁工程中吊架重量參數。本橋梁工程主要選用了邊跨現澆段吊架澆筑形式，實際施工中要充分考慮吊架的自身重量，本工程中使用的吊架重量為699kN。實際建模時，吊架自身重量的仿真模擬則選用了2個集中力單元。

（4）本橋梁工程中主梁壓重參量。在實際橋梁施工過程中，主梁壓重需計算5次。

①計算主梁A12段澆注前的壓重：在進行掛籃移動施工時，懸臂梁段A10承受了86.6kN壓重；進行建模時，需將該壓重值設定為20kN/m2的均勻分布壓重。

②計算主梁A12段澆注時壓重：在進行A12段澆注施工時，應在該段懸臂梁段處設置1464kN的負載；進行建模時，需將該壓重值設定為146kN/m2的均勻分布壓重。

③主梁安裝邊跨現澆筑段的壓重：進行安裝施工時，需在主梁懸臂段1m處設置346k N負載；進行建模時，需將該壓重值設定為346kN/m2的均勻分布壓重。

④橋梁合攏段澆筑時壓重：進行橋梁合攏段澆筑時，需在懸臂端設置172kN負載；進行建模時，需將該壓重值設定為172kN/m2的均勻分布壓重。

⑤主梁合攏段施工時壓重：進行主梁合攏段施工時，需在懸臂端設置699k N負載；進行建模時，需將該壓重值設定為699kN/m2的均勻分布壓重。

（5）本橋梁工程中頂推力參數。在進行合攏勁性骨架施工操作時，橋梁中跨懸臂部分會受到403kN的推力負載。

（6）橋梁工程溫度效應的修整。施工過程中需切實考慮當地氣候環境特點，實時監測日常溫度，及時對因溫度變化而改變的橋梁應力參數做出正確的修整。

（7）本橋梁工程中交通根據荷載參數。施工過程中應以國標公路I 級文件為指導，實際計算汽車等交通工具而產生的載荷參數。

4.自錨式托架設計4.1設計條件

自錨式托架安裝于薄壁柔性墩頂部，整個托架可以利用塔吊拼裝。第一次澆筑梁段高度4.5m，重量為1001.8t，由自錨式托架承受荷載，第二次及第三次澆筑高度分別為4.25m和4m，由已澆筑梁段承受荷載。

受墩身高度、塔吊吊重、承載能力和穩定的控制，為確保托架的使用安全，自錨式托架必須滿足自重輕、承載力強和結構穩定的要求。

4.2設計構思

如果0號塊澆筑支架采用常用的支架結構，由于高度較高，對于支架的穩定性和附墻件要求很高，導致施工材料用量較大，施工工序繁雜。且風力對結構穩定性影響較大，不利于結構的施工安全。

從安全、經濟、施工方便等方面考慮，最終將結構設計為自錨式托架，考慮承力三角托架承受第一次澆筑箱梁荷載；三角托架的剪力件承受豎向荷載；三角托架頂端的精軋螺紋鋼筋對拉來抵抗施工過程中的產生的水平力；三角托架之間的連接系來滿足整個托架的結構穩定性。

自錨式托架結構特點是結構簡單、受力明確，通過預應力提高了承載能力，同時使結構的自重也大為降低。

4.3自錨式托架的構造

自錨式托架由三角托架和縱橫分配梁組成。

4.3.1三角托架

薄壁墩身順橋兩側對稱布置，每墩布置計4個。三角托架是主要的受力結構，由水平桿、錨固座、斜撐、立柱、橫梁組成。 水平桿由2 根[20b組合焊接而成，水平桿上焊接有錨固座；斜撐由2根I36b焊接而成。斜撐與水平桿、立柱，斜撐與橫梁間的連接均采用焊接連接。

考慮第1次澆筑4.5m高的箱梁在墩身以外的鋼筋混凝土自重、模板自重、施工臨時荷載、風荷。

4.3.2縱橫分配梁

在三角托架上布置2I45b的橫向分配梁， 在橫向分配梁上布置多根縱向分配梁， 在縱向分配梁上安裝0 號塊底模，底模采用木方和竹膠板。

4.4設計計算

自錨式托架荷載分析，0號塊混凝土標號為C55，分3次澆注，混凝土的容重按26KN/m3計算，考慮1.05的漲模系數，第1次澆注高度4.5 m ，自重1001.8t；第2次澆注高度為4.5m ，自重703.4t；第3次澆注高度為4m ，自重841.5t。計算時考慮模板重量、施工荷載、風荷載、沖擊荷載、振搗荷載等臨時荷載。托架只承受0號塊第1次混凝土澆注時底板、側板以及底模、側模、型鋼、托架等重量， 其橫隔板重量由薄壁墩承擔，第2、3次混凝土施工荷載由已澆筑的混凝土承擔。

5.施工方案的合理選擇

通過上述分析，可以發現該橋梁工程項目的施工流程步驟較多，本文僅對該施工流程進行簡要敘述，對相似的施工過程進行合并描述：首先對橋梁工程的墩身開展施工工作，而后開展0號單元和1號單元的澆筑施以及TA1與TB1預應力鋼束的張拉工作，接著是進行施工掛籃的配置，之后開展2號單元的澆筑施工以及TA2與TB2預應力鋼束的張拉工作，適當的向前推動掛籃，以此類推。當工程施工至中跨時，配重、橋梁合攏、向前推進，之后完成橋墩施工的臨時固結，拆卸掛籃裝置，進行10年收縮徐變，完成整個工程的初步施工。整個橋梁工程要對施工過程開展實時監控，根據工程施工實際現狀設置施工監測點，同時設置二十個應力控制點進行監控，本橋梁工程的最大拉應力和壓應力分別為0.65MPa和22.92MPa，均符合國際橋梁數據標準。

6.結束語

本文通過以實際連續剛構橋梁工程為例子，先描述了該特大橋梁工程的基本情況，之后結合現代工程控制理論詳細的描述了橋梁工程施工控制的整個流程，為其他類似大型橋梁工程起了很好的借鑒作用。

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