曲線連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工線形控制方法探究

侯玉平

（中交一公局西北工程有限公司，西安 710000）

1 引言

連續(xù)剛構(gòu)橋梁是高速公路橋梁項目中的常見結(jié)構(gòu)，線形控制是橋梁懸臂施工中的關(guān)鍵內(nèi)容。為確保連續(xù)剛構(gòu)橋的施工質(zhì)量，相關(guān)人員需要合理計算連續(xù)剛構(gòu)橋的撓度、預(yù)拱度，以此加強(qiáng)橋梁線形控制，有效預(yù)防連續(xù)剛構(gòu)橋合龍時的各類風(fēng)險，使其順利合龍，提升我國高速公路橋梁工程建設(shè)水平。

2 工程概況

青海省G213 策克至磨憨公路樂都至化隆段高速公路項目，項目里程為K25+000～K34+740，線路全長9.74 km。雙向4車道高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度80 km/h，整體式路基寬度24.5 m，分離式路基寬度12.25 m。斜溝5 號特大橋主橋采用2×（43+5×80+43）m 懸臂澆筑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主梁采用單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。

第一聯(lián)連續(xù)剛構(gòu)位于半徑為400 m 的圓曲線及緩和曲線上；第二聯(lián)位于半徑為620 m 的圓曲線上。邊跨梁體分為13段，其長度及分配形式為4 m（0#塊）+7×3 m（1#～7#塊）+4×4 m（8#～11#塊）+2 m（12#塊）+1.8 m（13#塊），其中，12#塊為邊跨合龍段，13#塊為邊跨現(xiàn)澆段。中跨梁體分12 個梁段，其長度及分配形式為4 m（0#塊）+7×3 m（1#～7#塊）+4×4 m（8#～11#塊）+2 m（12#塊），其中12#塊為中跨合龍段，如圖1 所示。

圖1 中跨立面構(gòu)造圖

3 影響連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工線形控制的因素

1）橋梁結(jié)構(gòu)系數(shù)具體包括連續(xù)剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)的材料彈性模量、結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力、截面大小、荷重等，其準(zhǔn)確性會直接影響橋梁的線形控制。

2）施工工藝水平及其與橋梁線形控制的契合度同樣會影響控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。比如，構(gòu)件安裝施工工序存在偏差會導(dǎo)致施工過程中線形控制不到位。因此，確定施工工藝時，還應(yīng)提前分析非理想狀態(tài)下的施工方案[1]。

3）施工監(jiān)測具體指對連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工中的應(yīng)力、變形進(jìn)行監(jiān)測，是線形控制的關(guān)鍵內(nèi)容，若橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)不真實(shí)，會導(dǎo)致控制分析中的誤差風(fēng)險增加。

4）由于溫度會直接影響連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)的受力情況，所以，在監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)時，需要考慮溫度差引發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，確保線形控制的有效性。

4 連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工預(yù)拱度計算

對于采用懸臂箱梁的連續(xù)剛構(gòu)橋梁工程，往往需要通過控制預(yù)拱度的方式進(jìn)行線性控制工作。通過合理設(shè)置預(yù)拱度，可以預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)在活載、收縮徐變后出現(xiàn)應(yīng)力損失問題，影響橋梁線形。與此同時，設(shè)置預(yù)拱度時，還應(yīng)確定施工作業(yè)中的調(diào)整值，以此減少連續(xù)剛構(gòu)橋施工中溫度、掛籃變形對橋梁線形產(chǎn)生的不利影響。

1）相關(guān)人員可按照經(jīng)驗(yàn)公式、有限元軟件計算成橋預(yù)拱度，隨后結(jié)合余弦曲線、二次拋物線分別確定各個施工環(huán)節(jié)中的預(yù)拱度值。

2）連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工過程中，調(diào)整值包括溫度、掛籃變形、橋梁撓度的修正值。其中，溫度修正是在線形控制過程中，結(jié)合溫差對橋梁懸臂撓度所產(chǎn)生的影響，可以減少溫度變化在橋梁線性控制中引起的誤差。掛籃變形是指連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工中，各節(jié)橋梁結(jié)構(gòu)因混凝土自重而出現(xiàn)的變形參數(shù)。撓度修正是在量測橋梁懸臂標(biāo)高時，實(shí)際數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值存在誤差，部分施工人員為加強(qiáng)線形控制會人為控制該誤差。

5 連續(xù)鋼構(gòu)橋梁施工中線形控制方案

5.1 測定線性控制參數(shù)

1）通過掛籃荷載試驗(yàn)，測定施工過程中掛籃變形值。完成掛籃拼裝作業(yè)后，相關(guān)人員可采用預(yù)壓法進(jìn)行掛籃荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)過程中，施工人員可在橋梁梁段加載預(yù)壓塊，計算施工時掛籃的彈性變形值、非彈性變形值。加載時可采用分級加載方式，測出不同荷載下掛籃變形值，繪制掛籃的荷載與撓度關(guān)系曲線，為施工中線形控制提供參考數(shù)據(jù)。

2）測定人員、設(shè)備、掛籃的自重等施工過程中的臨時荷載，以及連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)中箱梁混凝土的彈性模量和容重。線形控制時，測定混凝土彈性模量有利于掌握混凝土彈性模量E隨時間t的變化規(guī)律，繪制E-t曲線。測定方法是用萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)現(xiàn)場取樣，分別測定混凝土澆筑7 d、14 d、28 d、60 d 后的E值，以此繪制E-t曲線。容重測量同樣需要現(xiàn)場取樣測定。

3）分別測定施工中橋梁的預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮量、徐變情況以及溫度，然后按照掌握的所有參數(shù)計算預(yù)拱度。連續(xù)鋼構(gòu)橋梁施工中預(yù)應(yīng)力損失主要指縱向預(yù)應(yīng)力鋼絞線的管道摩阻損失，即施工引起的懸臂撓度。混凝土收縮、徐變應(yīng)通過現(xiàn)場取樣的方式測定，分別應(yīng)獲取7 d、14 d、28 d、90 d 的收縮徐變系數(shù)。溫度不僅包括梁體的溫度變化，還包括環(huán)境溫度變化。箱梁預(yù)拱度計算則由專業(yè)程序計算得出。

5.2 控制懸臂箱梁施工撓度

懸臂箱梁施工撓度是連續(xù)鋼構(gòu)橋梁施工中線性控制的核心內(nèi)容。相關(guān)人員可結(jié)合預(yù)拱度、懸臂箱梁設(shè)計標(biāo)高，計算施工過程中待懸臂區(qū)域的立模標(biāo)高，然后以此為標(biāo)準(zhǔn)完成標(biāo)高立模作業(yè)。觀測撓度時，相關(guān)人員可成立專業(yè)的測量小組，使其在懸臂箱梁混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前測定并記錄懸臂撓度變化，為成橋線形控制提供依據(jù)。每梁段施工結(jié)束后，施工人員可整理出撓度曲線，分析線性控制時，調(diào)整施工應(yīng)調(diào)整的偏差值，確保箱梁懸臂區(qū)域合龍精度，以及成橋橋面線性控制的可靠性。此外，合龍前相關(guān)人員還應(yīng)聯(lián)測合龍段兩側(cè)尾端的2～3 個梁段，以此控制合龍精度。

測定懸臂箱梁施工撓度時，相關(guān)人員可通過高程監(jiān)測的方式獲取相關(guān)線形控制參數(shù)。比如，在青海省G213 策克至磨憨公路樂都至化隆段高速公路項目中，相關(guān)人員分別在每個箱梁梁段上布設(shè)3 個高程控制點(diǎn)，高程控制點(diǎn)分別位于頂板中線、斷面橋梁兩側(cè)，用于監(jiān)測箱梁施工過程中的懸臂撓度、箱梁扭轉(zhuǎn)變形值。箱梁頂部的觀測點(diǎn)則是通過預(yù)埋φ16 mm圓鋼的方式布置高程控制點(diǎn)，預(yù)埋圓鋼應(yīng)露出箱梁混凝土表面20 mm。

觀測過程中，可直接使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量工作，測量時間一般在溫度變化較小的時段中。具體測量步驟包括：現(xiàn)場高程測量→數(shù)據(jù)的整理于分析→調(diào)整模板標(biāo)高預(yù)抬量→現(xiàn)場高程量測。其中，現(xiàn)場高程量測包括設(shè)置混凝土澆筑前模板標(biāo)高、復(fù)測混凝土澆筑后模板標(biāo)高，以及量測混凝土澆筑后，施加預(yù)應(yīng)力的前梁頂高程。

5.3 加強(qiáng)懸臂施工中線控制

在連續(xù)剛構(gòu)橋施工中進(jìn)行線形控制時，還應(yīng)加強(qiáng)懸臂施工中的中線控制。以青海省G213 策克至磨憨公路樂都至化隆段高速公路項目為例，0#段施工結(jié)束后，施工人員可用全站儀將箱梁的中心線放置在0#段上，然后聯(lián)測箱梁段未施工前的中心點(diǎn)、兩墩0#段上放置箱梁后的中心點(diǎn)，確認(rèn)各箱梁中心點(diǎn)處于線形控制時的誤差精度范圍內(nèi)。

之后，測量施工過程中的箱梁中心線。施工人員可基于正倒鏡分中法，先將全站儀安置在0#塊的中心點(diǎn)，后視另一墩0#段中心點(diǎn)，測量箱梁中心線。為避免各箱梁段施工誤差持續(xù)累積，相關(guān)人員在測量過程中，以0#段中心點(diǎn)作為基點(diǎn)以及各箱梁施工段拉距，拉距超過鋼尺的有效范圍后，重新選擇基點(diǎn)。在此過程中，順橋方向的線形監(jiān)測點(diǎn)則可根據(jù)主梁梁段劃分進(jìn)行布設(shè)。

5.4 重視懸臂箱梁應(yīng)力檢測

1）使用智能型溫度振弦式混凝土應(yīng)變計監(jiān)測箱梁混凝土中預(yù)埋的檢測點(diǎn)，應(yīng)變計導(dǎo)線引出混凝土面后，還應(yīng)保護(hù)好導(dǎo)線。測量過程中可借助頻率接收儀測定、記錄設(shè)備的頻率，然后將其換算成應(yīng)變值，以此測出測點(diǎn)位置混凝土的應(yīng)力。

2）布設(shè)應(yīng)力測點(diǎn)時，相關(guān)人員可分別在連續(xù)剛構(gòu)橋中的T 構(gòu)懸臂根部、主跨L/4、L/2 處（L為跨度）等關(guān)鍵截面布置測點(diǎn)，測點(diǎn)需要避開合龍段。需要注意的是，由于實(shí)際施工中混凝土結(jié)構(gòu)自重、掛籃剛度、施工荷載同樣會影響測點(diǎn)的應(yīng)力，所以，還應(yīng)結(jié)合懸臂箱梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況，適當(dāng)調(diào)整某些截面的測點(diǎn)位置。

3）保證合龍精度是連續(xù)剛構(gòu)橋線性控制的關(guān)鍵，所以，在檢測懸臂箱梁應(yīng)力時，還應(yīng)重視梁體斷面尺寸的控制，確保梁體的結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計要求。因此，在設(shè)計掛籃模板時，相關(guān)人員應(yīng)合理控制模板中結(jié)構(gòu)的搭接長度，并將橫向?qū)瓧U設(shè)置在待澆梁段尾，保障各節(jié)塊間接縫平順性。混凝土澆筑前后，施工人員還應(yīng)認(rèn)真復(fù)核，加強(qiáng)梁體結(jié)構(gòu)尺寸的控制。

5.5 掛籃變形控制

掛籃變形控制是連續(xù)剛構(gòu)橋施工中線形控制的核心。相關(guān)人員可通過掛籃預(yù)壓的方式獲取掛籃變形值，有效地對剛構(gòu)橋施工進(jìn)行線形控制。具體來說，掛籃預(yù)壓可檢驗(yàn)掛籃整系統(tǒng)在不同工況下的受力情況，使掛籃施工作業(yè)能夠在安全的情況下有序完成。掛籃預(yù)壓的基本原理是通過測量掛籃在各級靜力試驗(yàn)荷載作用下的變形值，幫助施工人員在橋梁施工中進(jìn)行線形控制，并在調(diào)整掛籃設(shè)計、施工參數(shù)后，消除掛籃吊帶、主桁、底籃的非彈性變形，控制各級荷載下掛籃位移。

青海省G213 策克至磨憨公路樂都至化隆段高速公路項目中，相關(guān)人員在連續(xù)剛構(gòu)橋施工中按照最不利荷載工況對懸澆梁段的掛籃進(jìn)行變形控制，該梁段的混凝土方量為43.8 m3時，自重荷載最大，所以，可以確定梁段屬于掛籃預(yù)壓荷載控制梁段。相關(guān)人員可借此模擬混凝土澆筑過程中的掛籃受力狀態(tài)。布設(shè)掛籃變形監(jiān)測的測點(diǎn)時，施工人員應(yīng)分別在后錨梁、前上橫梁、前下橫梁、后下橫梁等區(qū)域布設(shè)；掛籃前上、前下橫梁、后下橫梁需要兩個測點(diǎn)。觀測完畢后，相關(guān)人員可按照實(shí)測數(shù)據(jù)，繪制各測點(diǎn)荷載、變形曲線，計算確定掛籃彈性變形值，調(diào)整掛籃底模標(biāo)高，指導(dǎo)掛籃施工。

6 結(jié)語

綜上所述，相較于其他橋梁結(jié)構(gòu)，連續(xù)剛構(gòu)橋施工作業(yè)較為復(fù)雜。但是為保證連續(xù)剛構(gòu)橋施工質(zhì)量，還應(yīng)加強(qiáng)剛構(gòu)橋線形控制，準(zhǔn)確計算、分析橋梁設(shè)計參數(shù)，將懸臂施工、掛籃中的風(fēng)險控制在最小范圍內(nèi)。對此，相關(guān)人員可結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計方案，深入分析已知參數(shù)，制訂更可靠的線形控制方案，為橋梁施工提供有價值的參考信息。