節段預制箱梁平豎線形要素施工控制

劉威凱

中鐵十六局集團第四工程有限公司

1 引言

鄭許市域鐵路預制梁結構形式為雙線節段預制預應力混凝土簡支箱梁，采用短線法施工。節段梁預制跟常規箱梁最大的不同除分段預制外，主要就是曲梁曲做，意思就是橋梁線路平豎向的線形要素在節段梁預制時就已經考慮，預制成型的梁體現了線路的線形要素，拼裝完成后梁體線形與設計線形要求完全一致。節段梁預制時使用三維線形控制軟件在預制過程中確保節段梁預制成型后的線形要求，同時對預制產生的偏差及時進行糾正，確保最終整孔梁的線形滿足設計要求。

2 項目概況

2.1 設計概況

節段梁劃分三種:標準節段B、過渡節段G、梁端節段D，除梁端節段長度為2.45m外，其余長度均為2.5m。30m梁由2個梁端節段D，2個過渡節段G、8標準節段B共12個節段組成；25m梁由2個梁端節段D，2個過渡節段G、6標準節段B共10個節段組成。

圖1

2.2 主要特點

（1）梁段體積小，方便運輸，一般道路就能滿足節段梁的運輸要求。

（2）節段梁的混凝土的收縮徐變縮小，且在工程完工之后梁體的線型不會出現太大的變化。

（3）節段梁的預制采用曲梁曲做方式，線路的線形參數在節段梁預制過程中就已經考慮，拼裝后的線形與設計線形一致較常規制梁線形非常的美觀。

（4）在節段梁預制生產的過程中使用工廠化的生產，能夠有效地提升施工的質量；而在節段梁預制生產過程中實行集中生產能夠很好地保護工程周邊的自然環境，避免對工程帶來諸多的不良影響，同時還大大降低了施工的難度，保證工程施工過程中的安全。

2.3 節段梁預制施工原理

使用短線法來預制節段預制箱梁，其原理是：在預制的現場設置足夠的質量臺座，每個臺座都需要各自完成一孔梁的預制作業。在進行澆筑施工的時候，端節的一端需要使用固定的端模，然后對另外一端的活動端進行澆筑，剩下的余梁段在一端要使用固定端模，而在另外一端為已澆的前一梁段做匹配梁段進行澆注，此種方式的使用，有效地保證了相鄰梁段匹配接縫的精確性，新澆梁段在經過養護以及拆模之后，就可與對匹配梁段運走，然后做好存放，與此同時，把新澆梁段運送到指定位置上，作為新匹配梁段。完成下一箱梁梁段的預制，以往重的完成整跨梁段的預制。

3 三維線形控制方案

3.1 三維線形控制的基本思想

三維線形控制是一種新的控制理念。根據基本原理，在沒有制造和安裝階段施工誤差的情況下，從理論上講只需保證結構構件安裝時的尺寸形狀與成橋理論狀態所對應的構件無應力狀態相同，就能夠確保安裝階段結構的內力與變形狀態達到理想的狀態。可是一般在進行施工的時候，出現誤差都是必然的存在，居于此種狀況，為了能夠得到逼近設計目標狀態的合理成橋狀態，施工控制轉化為誤差條件下的工程控制問題。以幾何控制為指導思想，結合短線法預制拼裝箱梁施工控制的實際需要與具體特點，即可發展相對完善的施工控制方法體系。

3.2 三維線形控制流程

使用短線匹配方式過程中的施工監控，為了能夠更好地和設計要求相符合，需要合理的控制好每個預制節段在進行匹配過程中的空間位置，從而使得梁體的線形能夠達到梁體架設的標準。把箱梁每個梁段測量的數據輸入相關的控制軟件，然后有效地結合給定的理論值以及節段在匹配生產過程中的實測值，來對已存在的誤差問題進行校對之后，準確的計算出以成型梁段在匹配位置時應處的空間位置。

圖2

3.3 平豎線形要素調整方法

通過線形控制系統，對采集數據進行分析，計算制造誤差，得到下片梁的預測拼裝線形，以此確定下片梁的理論匹配位置，最使成橋幾何線形達到設計要求。

在對梁段進行預制的時候，大多都是使用階段幾何尺寸改變時所發生的轉角效應，用此種方法能夠有效歲多豎向或者水平線形進行調整，在階節段板縱向長度比地板的長度要長的時候，在澆筑完成之后，梁體的線形要彎向上，而當節段左側的長度要比右側長時，在進行拼接之后，梁體的水平線形要彎向左邊。使用短線法進行節段預制的時候，就需要合理的使用這種原理來對澆筑節段與匹配節段的形狀進行控制。

在制作曲線橋梁的過程中，首先根據實際狀況在梁上選擇一條參考線，然后依據此條參考線的橫坡，來描述三維空間中的線形以及姿態，但是在選擇參考線的時候，一定要是梁頂的中心線，參考線上的橫坡一定要是截面頂緣的橫坡。

一般狀況下，參考線都要為真實線形，但是在節段式的橋梁中，為了在預制過程中更加的方便，每一個節段中使用的都是以直線近似來替代曲線，所以在對線形進行表示的時候無法使用光滑曲線，而最常使用的是一種近似組合折線。

在節段預制過程章，預制長度的規定都選取的是節段頂面中心線的長度，而每個節段頂面中心線所組成的折線能夠形成梁體的線形，在此種狀況下，橋面橫坡與節段姿態能夠通過每個節段間接縫頂緣橫線的坡度看出來。節段式曲線橋梁的線形與姿態可用圖3表示。

圖3 空間整體坐標系內節段式曲線梁橋的線形與姿態

3.4 平曲線節段調整

節段梁投影產生的折線段用來擬合平曲線，也即以預制指令單控制點的X、Y坐標來控制平曲線。將節段從澆筑位置移動到匹配位置上，當控制點的X、Y坐標調整到位，從而形成了所需要的平面折角，如圖4所示。由圖可以看出，在新澆梁節段中的端模位置并沒有發生改變，且垂直于節段軸線，對于匹配端來講采用的是斜面的方式，在這種情況下，能夠非常方便地制作鋼筋骨架、設置剪力鍵，同時有效地調整段的外形。

圖4 平曲線預制

3.5 豎曲線節段誤差糾偏調整

首先需要把節段梁折線段投影到里面中，其次在根據投影中的折線擬合豎曲線，也即以預制指令單控制點的Y、Z坐標來控制豎曲線。將節段從澆筑位置移動到匹配位置上，當控制點的Y、Z坐標調整到位，也就形成了需要的立面折角β（如圖5所示）。

圖5 豎曲線預制

4 控制要點

（1）在節段預制工作開始前，根據設計圖紙，采用MIDAS/CIVIL對結構進行施工階段模擬仿真分析。在結構計算過程中，應考慮施工及梁段重量誤差、混凝土材料彈性模量差異、預應力鋼筋管道偏差及摩擦阻力差異，并考慮混凝土收縮徐變等時間效應，保證計算結果與實際情況相符。同時對結構施工階段進行參數敏感性分析，確定影響橋梁線形的敏感因數。將上述計算所得預拱度導入數據庫，梁段預制長度考慮彈性壓縮修正，得出梁段預制及安裝理論線形，為節段預制安裝提供指導。

（2）節段預制指令即匹配節段目標值，是通過已成梁段上控制點的實測坐標經過控制軟件計算分析得出，因此控制點坐標采集至關重要，不容有誤。

（3）數據采集過程中，應測量兩次，取平均值，從而減少人為誤差及測量儀器誤差的影響，同時檢查兩次測量結果差別大小，如果差別較大應重新測量。

5 結束語

隨著國家大環境對綠色建筑產業政策支持，節段拼裝技術重新開始進入大眾的視野，已開始成為橋梁設計、施工發展的未來趨勢。節段預制梁施工對交通及環境影響小，節段重量輕、尺寸小，運輸方便，由于是工業化制造，因此具有拼裝施工速度快、綠色、環保等諸多優點，未來在鐵路、公路、軌道交通及市政工程領域運用前景大。