高架橋箱梁短線法節(jié)段預制線型控制技術(shù)

【摘要】 加強高架橋預制節(jié)段箱梁線型控制技術(shù)的研究是十分必要的。本文作者通過近年來的工作經(jīng)驗，對高架橋短線法預制節(jié)段箱梁線型控制技術(shù)進行了研究，具有重要的參考意義。

【關(guān)鍵詞】 高架橋節(jié)段箱梁線型控制

中圖分類號：U448.28文獻標識碼： A 文章編號：

0 前言

采用節(jié)段預制拼裝進行橋梁上部結(jié)構(gòu)施工是城市橋梁施工的先進工藝，可以減少施工對城市交通造成的不良影響，縮短橋梁現(xiàn)場施工周期，加強環(huán)境保護，近幾年來得到日益廣泛的應(yīng)用。節(jié)段拼裝技術(shù)的節(jié)段預制方法有兩種：長線法和短線法。長線法匹配預制就是預制臺座底模長度為整跨梁長，將整跨主梁分成若干段，在按設(shè)計線形做成的臺座上匹配澆筑形成節(jié)段直至完成整跨主梁的方法。短線就是在固定端模和移動端模之間澆注第一個梁段。由于該梁段也是整個跨度中所澆注的第一塊，所以也稱為起始梁段。在起始梁段達到所需強度之后，將它移動以取代移動端模的位置。這時，在固定端模和起始梁段之間澆注第二個梁段。此時，起始梁段也被稱為匹配梁段。此工序?qū)⑹乖摱蜗淞褐g的接合面形成完整的匹配面。重復使用該工序?qū)﹄S后的梁段進行澆注到最后一個梁段。短線預制的主要作用就是通過控制各預制梁段在用做匹配梁段時的空間位置，從而達到梁段拼裝后梁體的線型滿足設(shè)計線型的要求。長線法的幾何形狀容易布置和控制，構(gòu)造簡單，施工生產(chǎn)過程比較容易控制，但占地面積大且彎橋需形成所需曲度；短線法占地少、適應(yīng)性強，是目前廣泛采用的方法，但對線型控制精度要求高，需要精密的測量儀器設(shè)備。

本文介紹短線法線型控制的數(shù)學原理和方法，結(jié)合東莞市城市快速軌道交通R2線2312標區(qū)間高架橋建設(shè)實例，根據(jù)該工程進展要求和預制場實際情況，考慮成本和質(zhì)量控制等因素，在充分考慮短線匹配預制工藝優(yōu)點的前提下，經(jīng)充分的科學論證，采用短線法匹配預制工藝，介紹節(jié)段預制及拼裝的線型控制技術(shù)，為該工藝的推廣應(yīng)用提供經(jīng)驗。

1 工程實例

東莞市城市快速軌道交通R2線2312標區(qū)間高架段長3.6km,下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、矩形承臺、圓弧形墩身；上部結(jié)構(gòu)為單箱單室箱梁。梁頂寬均為9.2m，高1.8m，腹板為斜腹板，其傾斜度為1:3.421。節(jié)段最大吊重約50噸，最小吊重約為30噸，剪力鍵設(shè)計為多鍵形式。標準、過渡節(jié)段長2.5m，梁端節(jié)段長2.45m，共計1272片梁，斷面圖如圖1所示。

圖1 節(jié)段箱梁典型斷面形式圖

2線型幾何監(jiān)控技術(shù)的理論

2.1梁段設(shè)計三維坐標

根據(jù)設(shè)計藍圖，精確計算出各梁段中心線在整體坐標系（x，y，z）的空間位置。整體坐標系就是大地坐標系所在城市的城建坐標系（見圖2）。

圖2 節(jié)段梁六點坐標

2.2 坐標系轉(zhuǎn)換

2.2.1 局部坐標系的設(shè)立

預制單元的數(shù)據(jù)以局部坐標系為參照系，其X軸是節(jié)段軸線，其方向由前端面指向后端面，X軸與前端面的交點為原點O，前端面與節(jié)段頂面的交線是Y軸，其方向為X軸沿逆時針旋轉(zhuǎn)90°，Z軸由右手螺旋法則確定（見圖3）。

圖3 節(jié)段梁局部坐標

2.2.2局部坐標系轉(zhuǎn)換到整體坐標

根據(jù)梁體設(shè)計三維坐標，求出局部坐標系原點的整體坐標值和局部坐標系（OX、OY、OZ）坐標軸在整體坐標系中的方向余弦，設(shè)OX軸的方向余弦是l1、m1、n1，OY軸的方向余弦是l2、m2、n2，OZ軸的方向余弦是l3、m3、n3。局部坐標系原點O在整體坐標系中的坐標值是（x0、y0、z0），則局部坐標（X、Y、Z）在整體坐標系中的坐標（x、y、z）可按下式進行轉(zhuǎn)換。

2.2.3 整體坐標轉(zhuǎn)換到局部坐標

整體坐標（x、y、z）在整體坐標系中的坐標（X、Y、Z）可按下式進行轉(zhuǎn)換：

2.2.4 局部坐標系間的轉(zhuǎn)換

根據(jù)上述公式即可將一個局部坐標系A(chǔ)中的坐標轉(zhuǎn)換成另一個局部坐標系B中的坐標：先將A中的局部坐標轉(zhuǎn)換成整體坐標，然后將所得的整體坐標轉(zhuǎn)換成B中的局部坐標。

3幾何控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1幾何控制軟件應(yīng)用原理

短線法施工關(guān)鍵控制在線形控制，該工程在施工過程借助三維數(shù)字控制軟件（也稱幾何控制軟件，簡稱GeoPro軟件）進行線型控制，能根據(jù)上節(jié)段梁實際竣工數(shù)據(jù)及時調(diào)整下節(jié)段梁的控制參數(shù)，從而避免施工誤差的累計，確保拼裝后的橋梁整體線型順滑、準確，節(jié)段間銜接嚴密、外觀完美。

GeomPro的主要作用就是通過控制已預制梁段在用做匹配梁段時的空間位置，從而達到梁段拼裝后梁體的線型滿足設(shè)計線型的要求。該軟件將箱梁各梁段控制點的坐標及預拱度以數(shù)據(jù)庫的形式輸入，結(jié)合所給定的理論目標值及澆注梁段在生產(chǎn)時的實測值，經(jīng)過必要誤差修正，精確地計算出該梁段在匹配位置時應(yīng)處的空間位置。

3.2短線法箱梁預制幾何控制

該項目中共計108孔簡支梁采用短線匹配法預制，即在固定端模和移動端模之間澆注第一個梁段。由于該梁段也是整個跨度中所澆注的第一塊，所以也稱為起始梁段。在起始梁段達到所需強度之后，將它移動以取代移動端模的位置。這時，在固定端模和起始梁段之間澆注第二個梁段。此時，起始梁段也被稱為匹配梁段。此工序?qū)⑹乖摱蜗淞褐g的接合面形成完整的匹配面。重復使用該工序?qū)﹄S后的梁段進行澆注到最后一個梁段（見圖4）。

圖4 短線法預制工藝示意圖

3.2.1 預制單元的構(gòu)成

短線匹配法運用預制單元使預制梁段的生產(chǎn)能在有限面積的預制廠進行。在采用短線匹配法時，一套標準的預制單元應(yīng)包含以下的主要部件（見圖5、圖6）：

1、固定端模

2、底模及其支架

3、外側(cè)模及其支架

4、內(nèi)模

5、測量塔

圖5 模板系統(tǒng)示意圖

圖6 測量塔

測量塔建在預制單元的兩端。它們位于預制單元的中心軸線上并且垂直于固定端模。

單元中心軸線由放置在測量塔上的經(jīng)緯儀和目標塔反光鏡確定。在預制單元附近也要設(shè)置一固定水準點(BM), 以對測量塔和目標塔進行校準。固定水準點必須位于：

１）不妨礙節(jié)段生產(chǎn)運作；

２）不受任何引起或影響節(jié)段之間的幾何關(guān)系的沖擊。

而固定水準點也必須相互連接，形成網(wǎng)絡(luò)，并分布于預制廠的四周以便定期檢查水準點的穩(wěn)定性。在每個固定水準點，要安裝鍍鋅螺栓所作為起標點。如果觀測到測量塔或目標塔有任何偏移，應(yīng)及時糾正。

3.2.2預制單元的定位及坐標系

由于幾何控制的有效性取決于預制單元定位的精確度，因此開始澆筑前，須驗證它的幾何關(guān)系。常規(guī)檢測包括如下：

固定端模：在固定端模安裝時，固定端模模面須保持豎向垂直并與預制單元中線成90°，端模上緣須保持水平。端模標高應(yīng)以靠近腹板處的兩測量控制點進行檢查。水平誤差和中線的垂直度誤差必須控制在1mm之內(nèi)。

底模：對于等高箱梁，底模須水平安置并與固定端模下緣良好閉合。底模中心軸必須在水平及豎向與固定端模模面成90°。

外側(cè)模：必須檢查外側(cè)模翼上拐角的標高并運用可調(diào)支架來調(diào)整拐角的精確位置。拼裝后外側(cè)模的空間位置與目標空間位置誤差必須控制在2mm 之內(nèi)。

3.2.3幾何控制測點

為便于測量澆注梁段及配合梁段的測點坐標，每一預制梁段須設(shè)置六個控制測點。其沿梁段中心線的兩個測點 (FH & BH) 用來控制平面位置， 而沿腹板設(shè)置的四個測點 (FL, FR, BL & BR) 用以控制標高（見圖7）。

圖7 幾何控制測點

軸線監(jiān)控元點由Φ12的U型圓鋼制作，端頭長度100mm，中間長度300mm，高程控制元點由鍍鋅十字螺栓制作，螺栓長度為50mm（見圖8、圖9）。

圖8水平控制測點安裝大樣圖 圖9標高控制測點安裝大樣圖

混凝土初凝前，在節(jié)段梁頂板頂面指定位置預埋測量控制點（2個中線控制點、4個高程控制點），埋點誤差不大于2mm。這些預埋件必須盡量設(shè)置在所歸定的位置。由于預埋件是作為相對位置的參考，因此它們的位置不需要絕對正確（見圖10）。

圖10 幾何控制測點預埋

3.2.4數(shù)據(jù)采集

所有的控制預埋件都在混凝土澆筑完畢后初凝前進行監(jiān)測原點埋設(shè)，在拆模前進行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集時間及要求詳見表1、圖11：

表1 數(shù)據(jù)采集時間及要求

圖11 幾何控制測點數(shù)據(jù)采集

4 結(jié)束語

預制節(jié)段線型控制是該工藝成功應(yīng)用的關(guān)鍵，具有控制精度高、 預制線形好等優(yōu)點,社會、經(jīng)濟效益顯著。隨著城市橋梁建設(shè)對交通、環(huán)保要求的提高，短線法預制拼裝的新型工藝必將在我國橋梁建設(shè)中（特別是城市橋梁建設(shè)）得到更好的發(fā)展和更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻

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作者簡介：王波（1973-），男，高級工程師，中國中鐵二局第四工程有限公司