支架現澆預應力混凝土連續箱梁施工控制技術探討

文/河北北方公路工程建設集團有限公司 張立民

橋梁的支架現澆法是先在橋梁上部搭建滿堂支架，再通過往支架澆筑混凝土，當混凝土強度達到設計要求時，再進行預應力施工，最后拆模。由于整體的支架搭設較為復雜且支點較多，因此就要求支架具備相對應的強度及穩定性，同時，支架所搭設的場地地基也需要具備相應的承載力。由于支架現澆法是一次性澆筑完成的，因此在施工過程中對其進行控制尤為重要。

工程概況

某橋梁全長231.14m，橋梁平面處于直線段。橋梁上部結構為40m+65m+40m的三跨預應力混凝土連續橋梁，下部結構為肋板式臺及灌注樁基礎。該橋主要結構的設計標準如表1所示。該橋全長皆采用滿堂支架施工，從跨中部澆筑至墩頂，一次性澆筑完成。主橋梁立面如圖1所示。

連續箱梁施工控制

由于跨度較大的連續箱梁采用的是階段性施工方法，施工中會產生一定量的變形，導致橋梁的結構偏離設計的標準，若要保證橋梁施工完畢后成橋的質量，必須嚴格控制施工過程。

表1 橋梁主要設計標準

圖1 主橋梁立面圖

控制內容

線性控制

平面線性控制：控制橋梁的軸線，使軸線始終位于設計范圍內。

豎向線性控制：對需要合龍施工的橋梁，在合龍過程中，若豎向線性控制較差，將導致橋梁的縱向平面出現起伏不平等現象，導致橋梁內力及外觀不符合設計要求。

應力控制

應力的控制要求是確保成橋后，橋梁的受力狀況與設計的相符合。若橋梁的承載力不滿足設計要求，橋梁的壽命會降低。施工過程主要控制的是拉應力，若拉應力超過設計值，會使橋梁更容易產生裂縫，損壞橋梁結構。根據具體情況，橋梁的應力控制一般應控制橋梁自重、預應力、荷載、溫度等。

穩定控制

橋梁結構的失穩是指外力發展到一定的數值時，橋梁的整體平衡被打破，而使局部的變形迅速加大，導致橋梁失去功用。大跨徑橋梁在施工時不斷地經過各種體系的轉變，要求橋梁的結構要滿足轉變過程中的各種荷載作用，并且始終保持穩定，否則，橋梁結構失去穩定時，將導致橋梁崩塌等嚴重事故。

安全控制

安全控制即為上述三種控制方式的綜合表現，是對橋梁施工的一個循環檢測及反饋整改的過程，在整個過程中控制的主要為標高及內力。一般的施工控制有兩個部分：數據采集。在橋梁的各個施工階段中埋深相應的傳感器。監控橋梁的標高及內里；數據分析系統。系統分析上一步驟測得的各種數據，預測不利因素，得出下一步施工的控制參數。所以，在施工中所測得的數據是施工控制的主要依據，也是保障施工安全的重要手段。

控制方法

開環控制

開環控制是指施工控制過程是單向的，施工過程中無需各種數據來調控預拱度。開環控制主要是應用于中小橋梁，且橋梁的結構安裝所造成的誤差影響較小。

反饋控制

在大跨度橋梁中，某些誤差的累計，會破壞橋梁的整體。因此，部分誤差是不可忽視的，若不修正誤差，會導致成橋后的誤差更大。反饋控制也就是指在各個施工過程中，計算誤差，得出下一個施工階段的誤差修正值，以消除誤差。

自適應控制

施工過程中，某些系統因素導致橋梁的結構無法滿足要求，使橋梁結構與計算參數之間存在誤差。監控識別可能導致誤差產生的參數，并將識別后的參數應用于下一階段的施工中，反復循環之后得到正確的有限元計計算參數，從而實時控制橋梁施工中的誤差。

有限元模型

對橋梁的應力及線性等的控制，可以通過建立有限元模型的方法分析計算。在計算過程中，主要考慮結構自重、預應力張拉及損失等。建立有限元模型的目的，就是通過有效地計算分析為橋梁的下一階段施工提供控制參數及指導。結合上述橋梁的工程概況，選取有限元模型的計算參數（如表2所示）。

表2 橋梁計算參數的選取

針對該橋梁特點，主橋梁全橋選取105個節點，104個單元利用midas軟件建立主橋梁有限元模型。為了模擬橋梁支座與滿堂支架的連接，在有限元模型中采取一般支撐。主梁與支架及支座采取剛臂連接。

線性控制成果

由于橋梁的自重荷載、預應力荷載，以及施工完成后混凝土的收縮等，都會導致橋梁完工后的線性與設計的不符。為了確保成橋符合線性設計，應控制橋梁的預拱度。影響橋梁預拱度的因素主要有施工時期的一期恒載、預應力、支架彈性變形、溫度及不均勻沉降等，施工完成后的后期混凝土收縮徐變及1/2活載。在成橋的主梁預設一個預拱度作為參照值，避免運營期間的下撓太大，其附加的預拱度如圖2所示。以該橋梁的附加預拱度值作為計算依據，得出全橋的預拋線形圖，如圖3所示。以該橋梁成橋的右幅為例，分析對比其施工過程的線性監控值（如圖4所示）。

圖2 附加預拱度曲線圖

圖3 預拋值線性圖

圖4 箱梁中心線線形圖

從圖4中可以看出，橋梁整體的線性較為平順，橋梁最大高程高于監控和設計高程分別為2.5cm和6.3cm，部分低于設計高程，最大值為1.2cm。因此該橋梁的線性監控效果較好。

應力監控成果

橋梁的應力監控主要是通過預埋傳感器等，測量其各個施工階段的應變值，再將其轉變為應力值，應力監控跟線性監控一樣，對橋梁的施工控制也非常重要。

通過比較該橋梁成橋后的實際應力值與計算應力值可知，橋梁的計算應力值滿足設計規范的要求，說明橋梁的預埋件位置正確。實測值與計算值相比較為接近，說明橋梁的應力控制較為成功。