对桥梁施工线形控制的研究
2017-02-13
悬臂法施工是大跨度桥梁中最常用的一种施工方法, 50多年该法得到蓬勃发展, 由早期应用于T 形钢架桥、悬臂梁桥, 来又被推广用于连续梁桥、连续钢构桥、斜拉桥和拱桥等。悬臂法施工分为挂篮悬臂现浇、挂篮悬臂拼装、挂篮悬臂混合法施工和大型桥面吊机与安全平台相配合的施工方法等。
悬臂拼装施工连续梁桥的建成要经历复杂的施工过程,结构体系也将随施工阶段不同而不断变化。施工过程中,因设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等) 、施工误差(如制造误差、安装误差等) 、测量误差及结构分析模型误差等种种原因,将导致施工过程中桥梁的实际状态(线形、内力)与理想目标存在一定的偏差,这种偏差累积到一定程度如不及时加以识别和调整,成桥后的结构安全状态将难以保证。而且,已施工梁段上一旦出现线形误差时,误差将永远存在,并导致成桥状态偏离设计理想状态。因此，对于悬臂施工桥梁进行施工线形控制具有重要的必要性。
1、线形控制的内容和目的
桥梁线形施工控制的目的就是确保施工中结构安全和结构形成后的线形符合设计要求。对于悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥结构来说, 施工控制就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段的仿真分析, 确定出每个悬臂浇筑阶段的立模标高, 并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调整, 以此来保证成桥后桥面线型、合拢段两悬臂端标高的相对偏差不大于规定值。
2、悬臂施工的线形控制
2.1 线形控制基本原理
挂篮组拼完成后,应加载预压,以消除挂篮在加载状态下的非弹性变形,同时获取在各级加载状态下的非弹性变形值,以便合理设置各节梁段的立模高程。
根据计算提供梁体各截面的最终挠度变化值(即竖向变形) ,设置施工预拱度,据此调整梁体模板安装时的前缘标高。第i 梁段的实际立模标高Hi = Hi′+f , Hi′为第i 梁段的设计标高；f 为综合各种因素影响增设的施工预拱度。
2.2 挂篮在施工加载下变形值的测定
施工中在钢筋笼内放砂袋进行预压,测点布设在后支点、前支点、前上横梁、前下横梁、后下横梁等处。观测次数共分8 次:加载前、加载一半、加载完成、加载12 h、加载24 h、加载48 h、卸载一半、卸载后。根据观测的数据绘制加、卸载过程中的变形曲线,回归分析后,计算各梁段在自重作用下的变形值。通过预压将非弹性变形消除,根据弹性变形结果控制托架的抬高量。
2.3 施工中的线形控制
（1）悬臂段混凝土施工。设计要求采用两组挂篮对称施工、对称移动,浇注混凝土梁段时,两边板重相差不得超过150 kN。施工中采用泵送混凝土，设置三通泵送管向两端分流,分流支管内设置活动插板,可随时调节两端混凝土的入模速度,较好地解决了平衡、对称浇筑问题。此外,在梁段混凝土浇筑时,还需要尽量保证两侧腹板内混凝土的均衡浇筑,防止偏重倾斜。浇筑混凝土的自由下落高度在1 m 范围内,以尽量减少冲击荷载的影响。
（2）节段梁体预应力张拉。根据设计要求,在节段混凝土强度达到设计强度的90 %后,按照先张拉纵向预应力束、再张拉腹板内的竖向预应力粗钢筋、最后张拉顶板横向预应力束的顺序进行。张拉过程中遵循对称张拉的原则,既要尽量保证悬臂两端张拉作业的同步进行,又要使箱梁两侧的预应力束尽量对称张拉。
（3）挂篮走行。在箱梁腹板两侧设辅助线,该线平行对称,走行时轨道中心在辅助线中线上,桥轴线轨道中心线的延长点采用经纬仪控制,挂篮就位后用全站仪对挂篮中线及翼缘板边线重新进行复核,并进行调整,保证使挂篮走行就位后的中线位置与即将灌注施工梁段的中轴线偏差在5 mm 内。挂篮走行按左右对称原则,根据轨道上标识的刻度整体均衡缓慢滑移。两端挂篮的走行距离偏差应控制在0.5 m ,走行速度控制在5 cm/ min。
3、悬臂施工线形监测
悬臂施工过程中, 随着拼装节段的增加, 悬臂长度不断增大。 每一块箱梁的拼装都对成桥后的内力和线型有一定的影响。 通过对施工过程的连续监测, 并及时将测试结果与理论计算值比较, 可以掌握结构的实际受力状况, 分析箱梁标高和应力误差的原因.主要监测如下：
3.1 位移观测与控制的具体内容如下
（1）箱梁悬臂端的标高监测。连续梁桥的线型控制主要是控制每块箱梁的标高。 在拼装时箱梁位置可能与设计值有差异, 应根据已拼箱块的实际标高调整拼接缝和湿接头, 使主梁的线形顺畅, 不产生折角, 将主梁的标高偏差控制在规定的精度范围内, 确保悬拼施工合拢时的高程和平面偏差精度。
（2）箱梁的中线偏差监测。
（3）上下游两个箱梁挑臂板之间的标高。
（4）温度变化对悬臂端挠度变化的影响。
在悬拼到长悬臂阶段后, 加强观测温度变化对悬臂端挠度的影响, 找出温度与挠度的变化规律, 为跨中合拢提供必要的数据。在合拢过程中, 连续监测合拢段两侧的挠度变化, 确保合拢安全可靠。
3.2 箱梁应力的跟踪测量
随着拼装节段的增加, 悬臂长度逐渐增长, 悬臂根部受到的弯矩也越来越大, 而且悬臂拼装过程也不可能完全对称施工。在边、中跨的体系转换过程中, 结构应力变化较大。通过监测箱梁内的应力变化, 掌握结构的受力状态, 具体的监测内容有:
（1）箱梁悬臂根部截面的应力。
（2）箱梁跨中截面的应力。
（3）箱梁中温度分布规律。
（4）体系转换中结构的应力、内力变化情况。
正对以上施工线形成立线形控制小组,由施工、监理、设计等单位抽调有关人员参加。其中,施工单位负责原始数据采集和具体施工放样,设计单位负责数据的分析和整理,并提供下一节段梁体施工放样的数据,监理单位负责具体数据的检查和核对。监测工作分梁体节段施工监测和全桥联测两种。
梁体节段施工监测。在板梁顶设置控制点,每节梁段距前端15 cm 处按左、中、右设置3 个高程观测点,梁顶中部埋设钢板并在板顶刻划十字丝,作为梁体轴线控制观测点。为减少观测数据的离散性,对观测点需要做明显标识并注意保护。在梁体施工中跟踪观测6 种施工工况即挂篮走行前后、混凝土灌注前后、预应力张拉前后,获取正在施工的梁段和已成梁段在每种工况下的变形值,与理论计算值进行比较、分析后,提供较合理的施工立模高程。
全桥施工联测。联测是将每幅已经完成的悬臂施工段线形情况进行总体监测,在每次联测时,都需要复测梁顶的施工控制点,联测结束后,需分析比较各梁的变形情况和两合龙悬臂段变形偏差情况,及时调整未施工梁的立模高程和中轴线位置,以满足最终合龙精度的要求。
4、悬臂合龙段施工线形控制
（1）合龙段的施工线形,受各施工梁线形误差积累、施工时外界环境温度变化和预应力张拉的影响,梁体合龙按先边跨后中跨的顺序进行施工,合龙段混凝土采用平衡法施工。
（2）为了减少外界环境温度变化对悬臂端合龙精度的影响,合龙段混凝土浇筑选择一天中温度最低时进行,在施工当天及其后3d内,合龙悬臂梁体顶面和箱室内应进行洒水降温。
5、悬臂合龙段施工监测
合龙段施工监测包括合龙前后的精度监测、临时支座拆除后的监测和纵向预应力束张拉后的监测。并根据环境温度变化和监测结果选择恰当的合龙时间。在临时支座拆除后,对体系转换梁体部分进行监测。通过实测数据与设计数据比较后,及早预测可能产生的成桥线形。
6、结语
悬臂拼装施工精度要求极高,线型控制技术难度大，因此在施工工程中施工，设计，监理相互协调，控制工程质量。
参考文献：
[1]雷俊卿. 桥梁悬臂施工与设计[M].北京: 人民交通出版社,2000.
[2]刘先鹏,刘亚东,戴书学,等.箱梁节段短线匹配法预制施工技术[J].重庆建筑大学学报,2006,(5):59- 62.
