高速鐵路大跨度連續梁拱施工監控要點探討

吳 波 中國鐵路上海局集團有限公司上海華東監理公司

1 花崗特大橋（90+180+90）m連續梁拱簡介

1.1 主梁設計要點

主梁為預應力混凝土結構，采用單箱雙室變高度直腹板箱型截面，跨中及邊跨處梁高5.5 m，0#塊處梁高11 m。箱梁頂寬14.2 m，（0#塊處局部頂寬16.5 m）。

箱梁于各吊桿處共設18道吊點橫梁，吊點間距為9 m，吊點橫梁高分1.5 m、1.4 m兩種，橫梁厚0.4 m。

主梁設縱向、橫向和豎向三向預應力，縱向預應力采用19-Φ15.24 mm、16/14-Φ15.24 mm三種規格預應力鋼束；橫向預應力采用5-Φ15.24mm鋼束；豎向預應力采用直徑Φ32 mm的高強精軋螺紋鋼；0#塊段只設縱向和豎向預應力，其他塊段設縱向、橫向和豎向三向預應力。

1.2 拱肋設計要點

連續梁拱為下承式橋梁，主梁為預應力混凝土結構，連續梁拱采用鋼管平行拱肋，計算跨度L=180 m,設計矢高f=36.0 m，矢跨比為f/L=1/5。施工拱軸線采用二次拋物線，拱肋于拱頂位置設置最大126 mm預拱度。全橋單榀拱肋設置18組平行豎向雙吊索，吊索順橋向間距9.0 m。連續梁拱由兩榀平行鋼管拱肋、風撐、吊索、附屬結構以及混凝土連續梁組成。其中拱肋、風撐和附屬結構采用鋼結構。

主拱：主拱為鋼管混凝土結構，采用等高啞鈴型截面，截面高度為3 100 mm，由上、下兩個單圓鋼管和中間兩側腹板焊接而成。

拱肋上、下弦管內部沿著拱軸線設置36道加勁箍，并在拱頂設置一道混凝土灌注隔倉板，把主拱上、下弦管分為兩個腔室。

風撐：兩側拱肋之間共設9道風撐，風撐采用空間桁架結構。

吊索：全橋單側拱肋共設18組雙吊索，吊索采用LZM（K）7-1型吊索系統，吊索索體采用PES（FD）低應力防腐索體（平行鋼絲束）。吊索上端穿過拱肋，錨于拱肋上緣張拉底座，下端錨于吊點橫梁下緣固定底座。吊索內設磁通量傳感器便于對施工過程及后期吊索應力進行長期監測。

1.3 主要施工方法

連續梁拱主梁采用掛籃懸臂灌注工藝，0#塊與邊跨直線段設置落地式螺旋鋼管支架，主跨與邊跨中間節段共計79段，采用掛籃懸臂法施工，邊跨與主跨利用掛籃承托模板結構合攏。拱肋采用在已經合攏的混凝土主梁上預埋鋼板，搭設支架，原位逐段現澆。

2 主梁懸澆施工的線型監控

本聯連續梁橋面設計為無碴軌道，對高程要求精度高，且跨度大；為保證梁體線型美觀，委托有資質的第三方編制監控方案，并全程駐現場監測，嚴格對箱梁的高程、軸線進行控制，確保合攏精度。

圖1 施工監控流程

2.1 施工監控流程

在各施工階段中,根據狀態變量的實測值與相應理論值的差值對影響參數進行誤差識別；根據已施工梁段的影響參數識別結果，對未施工節段的相應參數進行誤差預測；計算影響參數的誤差對成橋標高的影響，求出各節段標高的調整值（圖1）。

2.2 箱梁中線控制

利用導線點計算出各節塊端截面中心點坐標，采用全站儀現場測放。

（1）0#節施工完畢，利用導線控制點測放出0#段中心作為頂板中心控制點，箱梁底板根據引設臨時中線控制點，并預埋鋼板固定。

（2）利用頂底板各臨時中線控制點，分別計算出各節段端截面中心位置坐標，測放時，利用全站儀確定方向線，在已完成的前一節段的頂底板上用墨線彈出。

（3）立設模板時，依據已彈出的節段中心控制線拉線吊垂球定位、固定。

（4）隨著節段的延伸、底板標高根據拋物線的設置而抬高，影響到底板中線測量視線時，將中線臨時控制點前移，埋設鋼板固定，按前述方法繼續測放。

（5）為保證測放精度，各臨時控制點每施工二個節段后聯測一次。

2.3 斷面尺寸控制

在掛籃模板設計時，適當減小了底模同已完節段的搭接長度；利用腹板通氣孔，在待澆段適當增加橫向對拉桿，保證各節段間接縫的平順；在砼澆筑前仔細檢查與已澆節段搭接處各吊點的牢固性，亦可用千斤頂吊桿施加一定的預應力，抵消沉降，減少搭接面的錯臺；認真復核模板尺寸，確保梁體結構尺寸的準確性。

2.4 箱梁高程控制

在主梁的懸臂澆筑過程中，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。立模標高通過理論計算后，需和現場實測數據進行對比和分析，根據現場實際情況不斷的調整和修正。

立模標高理論計算公式如下：

式中：Hlmi--i節段立模標高（節段上某確切位置）；

Hsji-i節段設計標高；

∑f1i--由各梁段自重在i節段產生的撓度總和；

∑f2i--由張拉各節段預應力在i節段產生的撓度總和；

∑f3i--混凝土收縮、徐變在i節段引起的撓度；

∑f4i--施工臨時荷載在i節段引起的撓度；

∑f5i--使用荷載在i節段引起的撓度；

∑fgi--掛籃變形值。

其中掛籃變形值是根據掛籃加載試驗，綜合各項測試結果，最后繪出掛籃荷載--撓度曲線，進行內插而得。而∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i五項在前進分析中已經加以考慮。

預計標高的計算公式為：

式中：Hyji--i節段預計標高；

fi--塊件澆筑完成后，i節段的下撓值。

2.5 撓度觀測

連續梁橋掛籃懸臂澆筑每一個箱梁節段分三個階段，在掛籃前移后、澆筑混凝土后和張拉預應力后，均需對已施工箱梁上的監測點進行觀測。根據匯總的實測撓度，通過計算分析，預測下一節段的立模標高，以使懸臂的施工狀態最大限度地接近設計狀態。為盡量減小溫度的影響，觀測安排在早晨太陽出來之前進行。觀測采用精密水準儀、全站儀等測量儀器。

2.6 立模標高的調整和修正

通過對各工況的線形進行監控，繪制各工況下的理論上撓度曲線與實測上拱度曲線的關系圖，當偏差值很小可根據曲線關系預出下一工況的變形情況：

節段理論標高=橋面設計標高+掛籃的變形量+工況的預拱度（設計提供）。

當兩條曲線沒有規律并且偏差很大時，分析原因，并報請設計單位修正理論上拱度值。對設計參數進行識別與修正，提前預測梁體變形情況：

標高控制線=橋面設計標高+該梁段張拉前的預拱度+線形調整值

3 拱肋安裝的線形監控

3.1 鋼管拱肋安裝監控

為保證現場各段拱肋的安裝精度，從拱肋車間制作到現場安裝焊接的各作業工序中主要采取以下幾點控制措施。

（1）拱段在試吊過程中，通過手拉葫蘆調整拱肋上端口和下端口之間的高差，使試吊時拱段線形靠近理論軸線。

（2）拱肋吊裝到對應位置后，通過匹配件把上、下段拱肋臨時連接，控制拱肋的縱、橫向位置；為了防止拱肋對接口處誤差對拱肋對接產生影響，在腹板處制作嵌補段，待拱肋對接處焊縫焊接完成后再進行組裝，同時加對接縫處補強圈。

（3）分別通過豎向和橫向千斤頂進行豎向高度偏差和橫向軸線偏差的糾偏。拱肋測量控制點分別為拱段的上端口底部、下端口底部以及錨管的底端，根據建模放樣精確計算出各控制點坐標。下一拱段定位前，必須復測前一拱段的定位精度，確認合格后方可進行下一拱肋的定位安裝。

（4）拱肋現場對接焊縫采用對稱施焊的方法進行，避免由于焊接變形引起的線形偏差，在焊接過程中要實時對以上各控制點進行復測，當發現線形偏差超出允許范圍時，應停止焊接，研究并制定糾正措施。

（5）基準點放樣采用后方交會法設置在連續梁兩端梁面上，拱肋節段拼裝過程控制點采取"穿線"方式進行放樣，確保全橋拱肋線形。

（6）通過計算軟件對施工過程進行模擬分析，計算拱段架設、管內注漿以及吊索張拉過程中主拱軸線及標高變化理論值，與監控實測數值比較，當超出允許偏差范圍，應停止施工，制定調整整改措施。

3.2 混凝土壓注線形監控

混凝土壓注時，在拱腳、1/4L、1/2L等位置監測拱肋線形的變化。

3.3 吊索初張拉和成橋后終張拉過程中的索力監控

索力監控主要在初始張拉、成橋后終張拉兩個階段，吊索張拉以張拉力為主、伸長量為輔的雙控法。

4 結論與體會

大跨度連續梁拱施工監控，按照施工順序分為掛籃現澆主梁施工階段與拱肋安裝（含成橋后的索力調整）階段的監控，是一種動態的遞進關系。施工監控是一個系統的動態過程，監控指標主要為線形、應力、溫度、索力，施工過程中的原材料、溫度、混凝土彈性模量值、預應力施加等對線形均會產生動態影響，通過以上監控項目與動態調整，確保結構在施工中應力、變形與穩定狀態在允許范圍內，從而確保施工階段橋梁結構的安全以及竣工后橋梁的內力和線形最大限度符合設計目標狀態。