浅谈大跨度连续梁大桥施工线形控制方法
2017-12-04
对于大跨度混凝土连续梁桥，如果采用分段悬臂浇筑法施工，由于设计的假定和施工的误差，临时施工荷载及其位置的不精确性，以及温度差的影响，这些因素都将导致结构从悬臂施工到合龙各阶段的误差和误差的累积。要想使大跨度连续梁桥主梁线形与设计值完全相同，几乎是不可能的，所以必须对桥梁施工过程进行严格监测和控制，及时调整影响主梁线形的施工因素。
影响大桥线形的因素主要有：①挂篮弹性变形和非弹性变形对标高的影响；②梁段自重误差对结构的影响；③混凝土收缩徐变对结构的影响；④施工荷载变动对结构的影响； ⑤温度的影响；⑥预应力误差的影响等。
一、工程概况
济徐高速公路复新河大桥平面位于R=6000m圆曲线上，竖曲线半径R=20000m，变坡点桩号为K8+748，路线纵坡2.0%和-2.0%。主桥采用主跨70m变高度预应力砼连续梁错墩布置，边跨取为41m；引桥采用35m组合箱梁。主桥箱梁底板水平，顶面设置2%横坡，通过粱内外侧腹板高度调节，腹板保持铅直。跨中粱高2.0m，中支点处粱高4.0m，箱梁高度从跨中至距主墩中心1.8m处由2.0m按圆曲线变化至4.0m。
二、线形控制
大跨径桥梁的线形控制是一个整体、严密、精确的测量过程，因此需要建立一个合适的控制基准。为确保桥粱平面的整体性、高程的准确性，本桥布设了一条附合三角控制网。三角网控制点采用全站仪、水准仪按照四等三角网和四等水准的规范要求进行观测，观测结果采用南方平差易2005软件进行严密平差，平差结果满足精度要求，可以作为本桥的控制基准。三角控制网自建立起每一个月现场检查并复测一次，若发现个别点位松动，及时进行调整，以确保三角控制网的精度。本桥的线形控制包括两个方面：一是主桥的平面线形，二是主桥的纵向线形。
1、平面线形
影响主桥平面线形的因素主要包括放样误差、施工误差和模板误差。
主桥的平面线形是通过全站仪采用偏角法和后方交会法进行施工放样的。由于主桥处在大半径的曲线段和直线段上，因此只需将箱梁每一块件的端点外边线进行精确放样，放样误差控制在5 mm以内，若超限应及时分析原因，进行调整，这样就将放样误差控制在最小范围。箱梁模板是刚性模，梁体自重和温度变形对模板的横向变形影响很小，因此模板误差忽略不计。箱梁放样完成后，便开始进行钢筋绑扎等一些施工工序，下一步的施工往往使箱梁模板在横向上有一定的位移，造成模板与浇筑完成的块件有一定的错位，影响主桥的整体线形。针对这种施工误差，采取了连续观测的方法进行控制，即每完成一步施工工序就对先前放样的箱梁边线进行复核，发现偏差及时进行调整。
2、纵向线形
主桥总体的纵向线形控制是大桥连续箱梁挂篮施工线性形控制的重点和难点。在挂篮悬臂施工中影响主桥纵向线形的因素主要有高程基准点的准确性、支架和挂篮弹性变形值、挠度的确定、立模标高等。
1）高程基准点
大跨径桥梁的高程基准点要准确、固定、统一，不能更换，因此在主桥0#块浇筑完成张拉结束后将高程基准点用水准仪加悬挂钢尺的方法移至支座中心对应的0#块梁体顶面上，并且每一个周进行一次联测，确保基准点的精确和统一。在进行模板标高控制的时候，每个墩的块件采用本墩0#块的基准点，使观测的高程结果固定。
在箱梁悬臂施工中，0#块件顶面的高程基准点除了定期复测外还要在一些特殊的情况下增加复测次数，比如：1、结构受力体系转化后；2、墩及基础发生较大沉降。
2）支架和挂篮弹性变形值
在主桥箱梁0#块和直线段浇筑施工前，需要按照规范要求对支架进行堆载预压，以消除其非弹性沉降及变形。预压过程中分别对支架预压前、预压完成后（卸载前）和卸载后二个工况的沉降进行观测，并由此得到支架的弹性变形值，用于主梁立模标高的计算。支架静载试验的最大加载按设计荷载的1.2倍计。
在挂篮安装之前，对挂篮的强度、刚度和抗倾覆性进行理论计算。主梁悬浇施工前，根据规范对挂篮进行堆载预压试验，以检验其强度及刚度是否满足要求并消除其非弹性变形。预压过程中分别对挂篮预压前、预压完成后（卸载前） 和卸载后二个工况的变形进行观测，并由此得到挂篮的弹性变形值，用于主梁立模标高的计算。每幅挂篮都需要进行预压。
预压试验应采用分级加载、分级卸载的方法。预压加载最大值为最大浇筑块件重量的1.2倍，即超载预压。每级荷载加载持续规定时间，待挂篮变形充分稳定时，对挂篮底模前吊点、挂篮前支点、挂篮后支点等关键点位（如图2.1和图2.2）进行变形观测，然后再加、卸下一级荷载，从观测结果分析出各梁段施工时的挂篮竖向变形值。
3）梁体挠度的确定
主桥梁体的挠度是通过在粱端布设高程监控点，通过混凝土浇筑前后、预应力张拉前后进行前一施工块件的高程观测来确定。悬浇粱绑扎钢筋时，在各悬浇段端部截面设置8个高程观测点，如图2.3和图2.4所示。箱梁顶板测点（编号1～5）用短钢筋预埋设置，并用红漆标明编号，底板设立临时高程观测点（6、7、8）。实际观测时，采用高精度水准仪进行观测，具体观测顺序和内容有：1、混凝土浇筑前底板观测点（6、7、8）的标高；2、混凝土浇筑后底板观测点（6、7、8）的标高；3、预应力张拉前顶板测点（1～5）的标高；4、预应力张拉后顶板测点（1～5）的标高。将观测的数据进行汇总、整理和分析，分离出挂篮的弹性变形，确定梁体的挠度，用于立模标高的确定。 三、施工中各块件的控制要点
1、主梁0#块和直线段
主梁0#块和直线段是采用支架现浇的施工工艺，支架要进行预压消除非弹性变形，通过高程观测确定出支架的弹性变形，按照立模标高公式计算出0#块和直线段的立模标高，进行主梁底板的模板标高的精确调整。
2、主梁悬臂端
0#块施工结束后，在0#块前段安装挂篮，并对挂篮进行预压，检测挂篮的变形值，验证挂篮的刚度，从而消除了挂篮的非弹性变形，确定出挂篮的弹性变形值。安装挂篮后，监测0#块前段的标高变化情况，最后计算出挂篮的立模标高，进行模板精调。
3、合龙段
在合龙前，悬臂端进行等载配重，两端各配置合龙段重量的1/2，进行合龙段两侧配重前后的标高观测。将观测所得高差与设计高差进行对比，若超出规范（20mm）限差，需对两端的配重进行调整，调整时应遵循高增矮减的原则。配重完成后，对标高进行24小时连续观测，每2小时观测一次，记录悬臂端标高及合龙口长度随时间的变化情况，从而确定最合理的合龙时间。
四、控制精度的原则
对于箱梁的线性严格按照以下要求进行控制：
1、立模标高和坐标误差均不得不超过5mm；
2、梁段混凝土浇筑重量允许误差：±6%，箱梁顶板顶面浇筑混凝土的不平整度不得大于5mm，并按施丁规范要求对主梁横截面尺寸的误差严格控制；
3、合拢段相对高程控制误差不超过20mm；
4、成桥后控制点标高与设计标高之差不超过±20mm；
5、成桥后轴线偏差不超过10mm；
6、高程监测和坐标放样时间宜选择在早晨日出之前，应在上午10点之前完成，避免温度和日照对观测结果产生影响；
7、在混凝土浇筑前和浇筑过程中一定要及时检查挂篮后支点是否牢固，否则容易出现施工错台。
五、结束语
通过上述严格的线形控制方法和原则对大桥施工期间进行及时地监测和调整，施工中作业规范化、管理标准化，施工结束后， 对桥梁中心线位置、梁底高程、梁上拱度与设计值对比，均完全满足规范允许偏差，如图5.1和图5.2，整个桥梁线型控制得相当顺畅、完美。
参考文献：
[1]济宁至徐州高速公路（江苏段）施工图设计.江苏省交通规划设计院有限公司 2007.7
[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）
[3] 陈玉刚 大跨径悬臂现浇桥梁在施工中的线形控制 交通世界（建养.机械） 2012 08
[4] 张鸣 秦向杰 悬臂浇筑连续箱梁线形控制探讨 山西建筑 2007 08
