連續(xù)空心箱梁拱橋線形控制技術(shù)

中鐵建設(shè)投資集團有限公司

摘要：近年來，隨著我國城市化進展加快，城市交通壓力不斷增大，對于城市交通提出了更高的要求。而城市高架快速通道很好的解決了目前城市交通壓力需求，隨著城市高架快速通道的快速發(fā)展，單一的梁、拱等結(jié)構(gòu)形式已不能滿足城市橋梁外觀形式需求，面對日新月異的城市橋梁結(jié)構(gòu)，本文以南昌市港口大道儒樂湖大橋為例，分析了連續(xù)空心箱梁拱橋的施工控制，并闡明如何在施工中做好新型結(jié)構(gòu)的線形控制。

關(guān)鍵詞：連續(xù)空心箱梁；拱橋；線形控制

一、工程概況

連續(xù)空心箱梁拱橋是指在橋梁結(jié)構(gòu)中，將空心箱梁與拱兩種基本結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，充分發(fā)揮梁體受彎、拱體受壓的結(jié)構(gòu)特點，以增強結(jié)構(gòu)的承載能力及跨越能力的目的。南昌市港口大道儒樂湖大橋采用四幅九跨卵圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其主橋結(jié)構(gòu)形式為連續(xù)空心箱梁拱橋，跨徑布置為25m+40m+50m+3*60m+50m+40m+25m，橋梁全長410m，寬85m，分為四幅，每幅寬21.23m，單幅間距30cm，設(shè)計縱坡0.351%，橫坡2%，箱梁厚度呈曲線變化由1.8m～5.9m。

儒樂湖大橋立面圖

單幅箱梁整體三維效果圖

主橋采用“先拱腳、再拱“芯”、后箱梁”三次澆筑的施工方法，主要施工步驟如下：利用盤扣式支架系統(tǒng)施工各主墩上“V”型拱腳；張拉各“V”型拱腳間臨時扣索；施工“V”型拱腳上部頂板，實現(xiàn)拱“芯”結(jié)構(gòu)；施工拱“芯”上部箱梁；按照先中間拱跨合龍，再次中間拱跨合龍，最后邊拱跨合龍的順序逐步施工各拱跨中間合龍段并逐跨張拉預(yù)應(yīng)力索，最終成橋。

主橋上部結(jié)構(gòu)在施工過程中受力復(fù)雜，各種施工誤差（如截面誤差、材料容重誤差、彈性模量誤差、張拉應(yīng)力誤差等）和施工步驟的改變及偶然施工荷載的作用都會引起橋梁結(jié)構(gòu)線形與內(nèi)力的改變，因此做好施工過程監(jiān)測是確保成橋后線形、合龍精度及內(nèi)力符合設(shè)計要求的關(guān)鍵。

二、施工過程監(jiān)控方法

施工過程監(jiān)控包含兩方面的控制，一是理論監(jiān)控計算，二是施工過程監(jiān)測，通過施工過程監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比，不斷收斂使得最終成橋線形與理論線形盡可能保持一致。

2.1理論監(jiān)控計算

儒樂湖大橋監(jiān)控計算采用正裝法進行計算，整個計算步驟按橋梁施工澆筑過程進行，直至大橋合龍，對設(shè)計計算所確定的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)進行復(fù)核，并形成相應(yīng)的施工、成橋仿真分析成果。其監(jiān)控計算工作主要包括以下內(nèi)容：，

（1）施工前仿真計算

根據(jù)設(shè)計圖紙和現(xiàn)場前期收集的資料和荷載等參數(shù)，進行施工過程和成橋狀態(tài)計算，并對設(shè)計成橋狀態(tài)按規(guī)范進行成橋荷載組合計算，對結(jié)構(gòu)強度、剛度進行驗算，確保結(jié)構(gòu)安全在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。確定施工方案的可行性，得到初步的施工過程理論軌跡和澆筑前的主要施工控制參數(shù)。

（2）施工過程跟蹤計算

施工過程跟蹤計算包括節(jié)段施工前的預(yù)測計算和節(jié)段施工后的校核和修正計算。在節(jié)段施工之前，對節(jié)段施工過程中結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形進行預(yù)測，并作為節(jié)段施工過程控制的目標(biāo)，在節(jié)段施工完畢之后，根據(jù)實際的測試和測量結(jié)果，得出一組消除各種誤差因素后結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與預(yù)測值進行對比分析，找出差值，對計算模型進行修正，并重新計算作為后續(xù)施工的依據(jù)。如果實測值與計算值有較大差異，需要采用最小偏差理論分析并對偏差值做適當(dāng)調(diào)整。

（3）各類參數(shù)識別與誤差分析調(diào)整

計算參數(shù)誤差分析和參數(shù)識別是建立在大量的測量和計算分析的基礎(chǔ)上，儒樂湖大橋所采用的方法包括統(tǒng)計分析、卡爾曼濾波和預(yù)測、最小二乘法等。針對本橋而言結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差與識別主要包含以下幾個方面：

①梁體自重

②混凝土彈性模量及徐變特性

③施工荷載變動

④溫度場的影響

2.2 施工過程監(jiān)測

通過在施工現(xiàn)場設(shè)立的實時測量體系，對施工過程中主梁等關(guān)鍵部位的應(yīng)力、位移和溫度進行現(xiàn)場實時跟蹤測量，為施工監(jiān)控計算提供實測數(shù)據(jù)，以保證主梁施工過程結(jié)構(gòu)的安全、位置準(zhǔn)確及為監(jiān)控計算提供實測結(jié)構(gòu)參數(shù)和校核。

2.2.1 位移監(jiān)控

（1）拱肋和主梁線形控制網(wǎng)的測定及高程控制基準(zhǔn)點的定期復(fù)測

主橋線形控制網(wǎng)按規(guī)范要求測設(shè)主橋高程控制基準(zhǔn)點，其為理論不動點，由水準(zhǔn)基點引測其高程。為防止測點位置移動或破壞，需對高程控制基準(zhǔn)點進行定期復(fù)核，每兩個月復(fù)測一次。測量采用水準(zhǔn)儀進行。主梁高程控制點設(shè)在墩頂中線處，由高程控制基準(zhǔn)點引測，每月復(fù)測一次。

（2）中軸線偏位測量

根據(jù)現(xiàn)場施工梁段的中軸線標(biāo)志，采用全站儀進行中軸線的空間坐標(biāo)測量。具體做法是：采用設(shè)置在兩岸穩(wěn)定的基準(zhǔn)點，配合反光棱鏡，測量梁段測點中線偏差。

（3）拱肋和主梁標(biāo)高測量

每節(jié)段施工完成后，測量該節(jié)段的標(biāo)高變化，測點布置見圖示。測點采用φ16的短鋼筋制作，底部焊于鋼筋籠上，頂部磨圓露出砼面1cm。

梁體標(biāo)高測點布置圖

（4）合龍前后線形24小時聯(lián)測

中邊跨合龍前進行一次24小時聯(lián)測，以觀測主梁線形隨溫度變化情況。另外在具體施工時，視監(jiān)控計算與監(jiān)測結(jié)果的對比需要，進行溫度對線形的影響觀測。

（5）成橋線形測量

成橋后（合龍后，二期恒載鋪裝前）測量全橋線形，每5m布置兩個測點（上下游各一個），測量主梁成橋線形。主梁線形測試包括主梁頂面標(biāo)高測量和主梁中線測量兩部分內(nèi)容。

2.2.2 應(yīng)力監(jiān)控

影響混凝土應(yīng)力測試的因素很復(fù)雜，除荷載作用引起的彈性應(yīng)力應(yīng)變外，還與收縮、徐變、溫度有關(guān)。儒樂湖大橋內(nèi)外混凝土應(yīng)力測試通過應(yīng)變測量換算應(yīng)力值，即：

σ彈=E·ε彈

式中：σ彈為荷載作用下混凝土的應(yīng)力；

E為混凝土彈性模量；

ε彈為荷載作用下混凝土的彈性應(yīng)變。

通過應(yīng)變計實際測出的混凝土應(yīng)變則是包含溫度、收縮、徐變變形影響的總應(yīng)變ε。

ε=ε彈性+ε徐變+ε溫度+ε自身+ε收縮

按上述公式即可得到扣除了溫度和收縮影響的應(yīng)變。

2.2.3 測點布置

本著“完整性、代表性、實用性”的原則，并結(jié)合大橋初計算成果，選取應(yīng)力測試截面及布置應(yīng)力測點。儒樂湖大橋應(yīng)力初步計算結(jié)果如下圖示：

拱肋和梁上邊緣應(yīng)力圖（三角區(qū)拱腳處上邊緣出現(xiàn)較大拉應(yīng)力）

拱肋和梁下邊緣應(yīng)力圖

由初步計算結(jié)果可以看出，三角區(qū)拱腳處上邊緣出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，是本項目應(yīng)力監(jiān)測的重點，根據(jù)計算結(jié)果，應(yīng)力及變形監(jiān)測點布置斷面入下圖示：

應(yīng)力監(jiān)測主要斷面

截面應(yīng)力監(jiān)測點布設(shè)圖

3、橋梁變形監(jiān)測結(jié)果

通過施工后所測量結(jié)果與設(shè)計對比，儒樂湖大橋各施工階段梁體實際發(fā)生的位移與理論位移接近，說明施工監(jiān)控所采用的計算模型機計算參數(shù)能反映整個橋梁施工的實際狀況。成橋后橋梁變形測量成果見下表：

測點截面位置測點編號施工階段實測值與設(shè)計值偏差（m）測點截面位置測點編號施工階段實測值與設(shè)計值偏差（m）

V腿兩側(cè)7第一次澆筑0.019V腿兩側(cè)7第二次澆筑0.029

V腿兩側(cè)8第一次澆筑0.018V腿兩側(cè)8第二次澆筑0.031

V腿兩側(cè)9第一次澆筑0.023V腿兩側(cè)9第二次澆筑0.029

V腿兩側(cè)10第一次澆筑0.029V腿兩側(cè)10第二次澆筑0.029

V腿兩側(cè)11第一次澆筑0.032V腿兩側(cè)11第二次澆筑0.032

V腿兩側(cè)12第一次澆筑0.030V腿兩側(cè)12第二次澆筑0.031

4#、5#跨中4第一次澆筑0.0074#、5#跨中4第二次澆筑-0.003

4#、5#跨中5第一次澆筑0.0074#、5#跨中5第二次澆筑-0.002

4#、5#跨中6第一次澆筑0.0024#、5#跨中6第二次澆筑-0.007

5#、6#跨中1第一次澆筑0.0085#、6#跨中1第二次澆筑-0.001

5#、6#跨中2第一次澆筑0.0145#、6#跨中2第二次澆筑0.004

5#、6#跨中3第一次澆筑0.0145#、6#跨中3第二次澆筑0.005

說明：表中數(shù)據(jù)負值表示變形向上

4、結(jié)語

儒樂湖大橋從2013年4月開始施工，于2015年9月順利施工完成，整個施工過程順利，橋梁線形與設(shè)計狀態(tài)基本一致，在同類型橋梁的施工中，有以下幾點可供借鑒：

1、在計算機程序化條件下，仿真計算要充分考慮混凝土收縮、徐變和支座單元給結(jié)構(gòu)帶來的影響，以保證仿真計算參數(shù)對實際施工的指導(dǎo)性。

2、對于混凝土收縮、徐變等時間效應(yīng)在各個施工階段逐步計入；

3、受篇幅限制，本文未對溫度場變化及支架拆除對現(xiàn)澆梁的線形影響進行詳細敘述。實際施工中，由于現(xiàn)澆支架在全橋合攏預(yù)應(yīng)力張拉完成之后拆除，如果支架拆除順序不當(dāng)，會造成成橋曲線與設(shè)計曲線誤差。