大跨徑剛構橋梁施工控制技術分析

蘇強

摘要：文章以廣西梧州西江三橋工程項目為背景，分析了大跨徑剛構橋施工過程的控制技術，重點討論了主梁、掛籃等結構的施工控制技術，并對影響施工控制的各方面因素進行了總結，為國內同類型大跨徑剛構橋的施工控制提供經驗借鑒。

關鍵詞：剛構橋;大跨徑;施工控制;技術

0 引言

大跨徑剛構橋的施工技術十分復雜，需要結合施工現場和施工方案考慮的方面很多，如橋體結構安全性和穩定性等，而制約該類型橋梁施工控制措施的因素也有很多，如橋梁設計結構參數、施工工藝、監測技術和施工環境的溫度變化等。為此，大跨徑剛構橋的施工控制技術一直都是業內關注的重點課題。本文依托西江三橋工程項目背景，對大跨徑剛構橋施工控制技術進行了深入研究。

1 項目背景

西江三橋工程項目為廣西梧州南環和東環快速干線的重點項目，北起站前快速路，南至蒼梧公路，橫跨梧州西江主河。該工程項目的主橋上部結構為（108+3×188+108）m連續剛構，引橋上部結構為30 m混凝土空心板，整橋左、右幅構造分別獨立，橋位下層地質構造為花崗巖分布，道路等級為城市快速路，主線設計時速為60 km/h，車輛載荷為公路Ⅰ級，人群載荷為3.0 kN/m2，通航水位設計高程26.52 m，為Ⅰ級通航標準。該橋梁設計使用壽命為100年，于2017年4月份正式通車[1]。西江三橋施工現場如圖1所示。

2 施工控制影響因素

2.1 結構參數

結構參數屬于大跨徑剛構橋梁施工控制系統中進行模擬和分析的主要方面，結構參數是否準確決定了模擬和分析的最終結果。結構參數包括：構件截面尺寸、材料的彈性模量和容重、施工載荷和預應力等。西江三橋主梁使用C50型混凝土，其彈性模量為3.5×1010 Pa，容重為2.5 kN/m3;橋墩使用C40型混凝土，其彈性模量為3.2×1010 Pa，容重為2.5 kN/m3。采用低松弛鋼絞線，抗拉強度為1 840 MPa，其彈性模量為1.85×1011 Pa。構件截面尺寸的偏差將引起截面特性改變，進而影響橋體結構內力、形變等部分的分析準確性，在施工控制過程中，應對結構尺寸采取動態控制和分析策略。材料彈性模量和容重與結構形變的作用關系，在超靜定結構情況下更為明顯，必要時應進行材性試驗，及時修正控制模型中的彈性模量數值。在西江三橋的施工控制過程中，掛籃及臨時構件載荷所引起的形變影響不能忽略，預應力剛構橋形變因素還應考慮其他影響因素，如張拉設備、管道阻力和鋼束斷面尺寸等，在實際的施工控制過程中對其數值作出合理預估。

2.2 施工工藝和監測技術

西江三橋工程在滿足施工工藝要求的情況下，還考慮到因實際環境條件而引起的誤差，如預制件加工、存放和安裝等部分，使全過程施工狀態可控。值得注意的問題是，在溫度、應力、形變等監測過程中，所使用的監測儀器、設備在使用和安裝過程中也會存在一定的工程誤差，這其中包括數據采集和施工環境匹配等方面，在施工控制策略中應予以充分考慮并適時調整和優化。

2.3 溫度變化

大跨徑剛構橋施工過程中必須考慮到溫度變化因素，如季節、光照、雨水等方面所引起的溫差變化。該工程項目位于亞熱帶季風氣候區，年均溫度為21.5 ℃，最低溫度為1月（11.2 ℃），最高溫度為7月（28.5 ℃）。施工控制中將特定的理想溫度狀態作為可控因素，將溫度變化引起的結構受力或形變因素進行適當過濾，在進行施工監測數據采集時，選取一天當中溫度變化程度較小的清晨時段進行，對于因季節性變化而引起的溫差殘余影響可通過一定的修正措施進行控制。

2.4 混凝土收縮徐變

在大跨徑剛構橋施工中，混凝土材料的收縮和徐變將引起超靜定結構出現次內力，并對形變產生一定影響，這種情況多由于施工過程中的混凝土加載齡期較短或各段齡期差異性較大引起，施工控制過程中應使用較為合理的徐變參數或模型來驗證。在懸臂澆筑法大跨徑剛構橋施工中，如果主梁兩側懸臂的施工進度不一致時，可引起懸臂合龍所耗的時間不同，進而帶來不同程度的徐變形變，且通常情況下對這類徐變形變的評估較難掌控，因此很容易發生合龍困難的情況，使得橋體的結構附加應力變大[2-3]。

西江三橋施工控制影響因素如表1所示。

3 橋體結構施工控制

3.1 結構形變控制

在西江三橋工程施工中，橋梁結構會發生一定的形變（撓曲），影響橋梁結構形變的因素很多，其會使得橋體結構實際位置在施工中發生改變（立面標高和平面位置等），應進行施工控制以使橋體結構的實際位置與預期狀態相符，使成橋線形滿足施工標準規范要求。施工過程中的幾何控制參數通常包括標高、合龍誤差、軸線偏移和傾斜度等。當前懸臂澆筑施工的誤差控制標準為：成橋后的線形與方案線形誤差≤±50 mm;合龍后的相對高程誤差≤±20～±30 mm。[JP]具體數值由該橋跨徑決定，相對高程誤差控制通常以成橋后1 000 d的狀況為影響條件，特殊情況時可適當延長影響時間。

3.2 結構應力控制

橋體結構以成橋狀態受力特點來決定是否進行施工控制，以結構應力的監測來判斷具體狀態。如果實際應力情況與工程方案設計的誤差較大，應查找具體原因并及時調控，使偏差在工程標準的規定范圍以內。具體來說，控制包括以下幾部分：橋體結構自重應力部分（實際應力與設計方案應力誤差≤±5%）;載荷情況下的結構應力（實際應力與設計方案應力誤差≤±5%）;除張拉雙控外的結構預應力（伸長量誤差≤±6%），還包括管道阻力等方面的因素;溫度應力;混凝土徐變應力;其他應力。上述工程參數由橋梁施工標準規范給出。

3.3 結構穩定和安全控制

橋體結構穩定性與工程的質量和安全性密切相關，與橋梁工程的結構強度同等重要，主要由穩定安全系數來衡量，結合橋體結構應力和形變情況來綜合判定并進行控制。結構安全控制由形變、應力和穩定控制來綜合決定，在某種程度上反映了上述各方面控制的質量，但因橋梁工程質量問題引發的橋梁結構安全問題不屬于此種情況。

西江三橋施工控制內容和具體措施如表2所示。

4 主梁及掛籃施工控制

4.1 主梁截面應力變化控制

主梁截面的應力變化控制屬于西江三橋施工控制的主要內容，其能夠直接體現主梁的受力情況，是西江三橋橋體結構性能評估的主要指標。根據西江三橋的現場施工情況，采用自動式應變感測技術，預先埋設一定數量的傳感器，將數據傳輸到位于橋墩處的中轉箱，再將獲取的數據發送到遠程監控中心的計算機上，實現全天候不間斷監測。

4.2 主梁撓度實時控制

主梁撓度的變化特征較復雜，幾乎時刻都在發生變化，其變化通常與外載荷變化、自身收縮徐變等有關。外載荷變化一般由具體施工工序引起，例如混凝土預制件施工、預應力張拉和掛籃移動等環節中都會引起撓度迅速變化，但與時間的關聯度不大。由混凝土收縮、徐變引起的撓度隨時間變化較緩慢，變化過程一般呈指數趨勢，即前期較快而后期較慢。當環境溫度發生改變后，主梁和墩身內部溫差引起撓度改變，這類撓度的變化具有一定的周期性和往復性，且變化幅度很大。

4.3 掛籃結構安全性控制

這部分內容應考慮到西江三橋的掛籃自重、各節段混凝土重量、施工機械載荷、施工人員載荷以及振動器的自重等。混凝土澆筑過程中，應先確保各節段混凝土已經完成澆筑，暫不考慮混凝土在初凝階段對于結構體帶來的影響。假定各節段混凝土重量已完全作用在掛籃，在相應的載荷組合中應分別求出底籃、吊桿和主桁、后錨等構件的剛度，綜合上述各類因素來驗算掛籃的結構安全性，在行走情況下也應嚴格驗算掛籃結構的整體安全性[4-5]。

西江三橋結構應力對比分析控制流程如圖2所示。

5 結語

大跨徑剛構橋施工控制技術除本文所研究的這些方面外，還涉及很多其他部分，如立模標高控制、合龍段誤差控制和基礎沉降的監測控制等。這些施工控制環節既相互聯系又彼此影響，需要從橋梁工程的整體設計方案中綜合考慮。本文對西江三橋工程項目的施工控制技術進行了探討，主梁和掛籃等結構的施工控制部分研究內容具有一定的創新性，提出了橋體結構應力對比分析控制流程，使該工程的施工控制方案更具有針對性。本文內容在大跨徑剛構橋的施工控制研究領域中具有一定的示范意義。

[1]項海帆，徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]樓莊鴻.國內外大跨徑橋梁的現狀和發展趨勢[J].中南公路工程，1993（2）：54-61.

[3]周軍生，樓莊鴻.大跨徑預應力混凝土連續剛構橋的現狀和發展趨勢[J].中國公路學報，2000，13（1）：31-37.

[4]楊高中，楊征宇，周軍生，等.連續剛構橋在我國的應用和發展[J].公路，1998（6）：1-7.

[5]楊 勝.高墩大跨連續剛構橋懸臂施工線性控制及應力監控研究[D].長沙：長沙理工大學，2006.

作者簡介：蘇 強（1983—），工程師，公路工程一級建造師，從事公路工程項目管理工作。