斜拉橋懸澆連續(xù)梁線形控制施工技術

王春兵

(中國鐵建港航局總承包分公司 廣東珠海 519000)

1 工程簡介

特大橋主橋上部結構采用120 m+210 m+120 m全預應力混凝土部分斜拉橋，全長450 m，主橋平面位于直線上，橋面橫坡為2%，縱坡為人字坡，坡度分別為2.45%和-2.45%。

主橋橋面寬38 m，墩頂梁高6.8 m，跨中梁高3.3 m，梁底曲線采用1.8 次拋物線。墩頂0 號塊梁長20.0 m，懸澆梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為：4 m×3.5 m、20 m×4.0 m，共24 個懸澆節(jié)段，累計懸臂總長104 m，其中1～6#節(jié)段及23#、24#節(jié)段為無斜拉索節(jié)段，7～22#節(jié)段為有斜拉索節(jié)段；中跨和邊跨合攏段長2.0 m，邊跨現(xiàn)澆段梁長13.75 m。主梁采用C60高標號混凝土，最重塊段為7#段186 m3，重約483.6 t。

主梁采用懸臂澆筑法施工，采用掛籃施工，由于橋梁寬度太寬，為了保證施工安全和施工質量，主梁施工采取2 次澆筑施工，主掛籃施工主梁箱室28 m 寬度部分，兩側小掛籃施工兩側翼緣板5 m 寬度部分。兩小掛籃施工滯后主掛籃兩個節(jié)塊[1-2]。

2 橋梁線形控制原理

2.1 橋梁線形控制的重要性

斜拉橋對于橋的線形控制有著極為嚴格的需求，這是一種超靜定的高次結構。結構內力的分配與每一個結點坐標變化有關。在進行線形設計時，如果偏離了相關定值，則會導致設計值的不準確。同時，由于拉索、主梁、橋塔間，其剛度是不一樣的，三者間相差懸殊。再加上受到多種因素的影響，如溫度的變化、混凝土收縮、材料性能、設計計算等，因此應力以及變形的關系并不簡單。

在施工過程中，不同施工階段的梁體變化以及索力都是可以通過多種計算方法計算得出的，但根據(jù)計算，只能達到理論效果，在實際過程中，結構變形可能與預期結果有所不同。原因在于設計時要使用計算參數(shù)或是施工臨時的荷載條件等，與實際工作所表達的并不完全一樣。斜拉橋施工時，表現(xiàn)的理論和實際偏差有一定的累積性，如果未能有效、及時控制，那么主梁懸臂施工的長度增加了之后，主梁的標高會對設計目標的偏離造成影響，導致最后的合攏問題，影響橋梁在完成之后的線形以及內力。

2.2 橋梁線形控制原理

該橋連續(xù)梁施工是一個極其復雜的過程，0#塊、1-24 塊、邊跨現(xiàn)澆段、邊跨合龍、中跨合龍、支座體系轉換，每個施工過程標高控制不好，將會對整橋的線形造成較大的影響。總體控制過程就是一個可許循環(huán)的過程：預測—測量—識別—修訂—預告。這是一種自控的系統(tǒng)。其思考在于先對參數(shù)的結構響應進行有效計算，之后對比與實際測量的結果，做好參數(shù)的修訂工作，一直到參數(shù)和實際相符為止。通過幾個階段的施工之后可得出最合適參數(shù)。施工控制的目的在于確保橋梁施工時的安全順利，讓結構的內里可以更加合理，并達到相關的設計需求，并保證有足夠的穩(wěn)定性，確保成橋線形符合設計要求。

該橋的施工控制主要是根據(jù)施工圖設計及施工方案，提出一套合理的施工監(jiān)測方案，以及索力控制與調整、主梁節(jié)段施工標高設置方案。應用以現(xiàn)代控制理論為基礎建立起來的控制監(jiān)測體系，對大橋施工過程中的索塔軸線偏移、斜拉索拉力、主梁頂面標高以及各控制截面的應力實施有效的監(jiān)測與控制，以確保施工過程中結構整體的安全，主梁順利合龍，并使其達到設計要求或相應規(guī)范、標準要求[3-5]。

3 線形控制

3.1 線形控制流程

該工程采用自適應施工監(jiān)控方法，結構測量受力狀態(tài)與計算結果不相當時，誤差輸入?yún)?shù)到模塊中，需要做好參數(shù)調查，讓輸出結果與實際測量能夠保持一致。得到了修訂的參數(shù)之后對各階段的狀態(tài)進行調試，根據(jù)控制方法對控制結果進行比較。同時，進行反復操作之后，計算模型參數(shù)非確定性不斷縮小，而參數(shù)的變化也會更加規(guī)律。以此為基礎，對施工狀態(tài)做好計算和控制的工作。

3.2 預拱度計算

預拱度為抵消梁、拱、桁架等結構在荷載作用下產生的撓度，而在施工或制造時所預留的與位移方向相反的校正量，其中包括施工預拱度和使用預拱度。

3.2.1 施工預拱度計算

施工預拱度是橋梁施工過程中各階段的累積變形的反值；施工預拱度控制的好壞直接影響到成橋線形的準確度。施工預拱度包括：混凝土自重作用對主梁產生的擾度、鋼絞線預應力對主梁產生的擾度、斜拉索作用對主梁生產的擾度、混凝土收縮徐變對主梁產生的擾度、掛籃的彈性變形值、溫度對主梁產生的擾度、臨時荷載對主梁產生的擾度、體系轉化后二期荷載對主梁產生的擾度。

3.2.2 使用預拱度計算

使用預拱度主要考慮汽車荷載和后期的收縮徐變作用。

3.3 理論立模標高的確定

按照實際的施工方案，對模型進行反復修改，最后可得出理論預拱度計算結果，然后將其與設計單位的結果進行分析比較，在設計方確認后，將進入該橋的施工監(jiān)控階段工作；如果兩程序計算結果的誤差不在設計方認可的范圍，將與設計方共同分析研究兩套程序之間的差異，找出問題所在，解決問題后，將進入該橋的施工監(jiān)控階段工作。施工監(jiān)控通過輸入階段橋面高程、徐變收縮修正系數(shù)、溫度影響系數(shù)、砼彈性模量等參數(shù)，利用橋梁計算軟件重新計算各階段撓度值，在此基礎上與前面計算好的預拱度值對照，從而確立階段立模標高，并提供給施工單位進行指導施工。

立模標高的計算公式為

式（1）中，HL為立模標高；HS為設計標高；HT為標高調整值；Y為預拱度；△g為掛籃變形值。

3.4 索力的計算和調整

結構施工質量、狀態(tài)，會受到索力量測效果的直接影響。施工時，為了能夠準確地了解索力在實際中的運用情況，需要選擇最合適的儀器、方法，想辦法減少在現(xiàn)場測量時各類可能引起誤差的因素。

該橋在實際計算器中，接索的索力測量采用的是頻率法，所以在計算時，要通過有效彈性模量分析其非線性的因素影響。在橋梁結構中，索力并非一直處在靜止狀態(tài)，而是時時會產生振動情況，且各頻率會混合在一起，需要通過精密儀器才能感受這些不同的頻率。

采用頻索力譜分析，圖譜峰值很清晰地對比了各個階段的頻率變化。索端部位約束不明顯的情況下，要通過現(xiàn)場實驗，才能得到明確的換算長度。而振動頻率法在實施時，需要工作人員具備一定的工作經(jīng)驗。實際拉索時現(xiàn)場測量有專用的方法：在索上把加速度計垂直固定（使用的綁帶是專門制作的），以水平橫橋向為方向開展測量。

振動信號通過索力動測儀記錄，主要記錄環(huán)境隨機振動、人工振動這兩個方面信息，對信號進行分析工作。拉索張拉分級加載分別于20%、50%、100%完成。這幾個階段使用油壓表對油壓傳感器進行測量，事前標定的通過油壓和拉索索力關系曲線，可以讀出千斤頂中的張拉力，同時利用環(huán)境隨機振動，可以識別出各級應力狀態(tài)下的拉索頻率，再根據(jù)索力與頻率的關系，識別出各根拉索的各項參數(shù)，回歸出索力和頻率的關系，再通過測量錨固后的拉索頻率，從而計算出錨固后拉索中的實際拉力。

4 線形控制施工重點和難點

橋梁線形控制是一個極其復雜的過程，是一個動態(tài)控制過程，要勤測量、勤復核，每一施工工況都能接近預定狀態(tài)。在懸臂施工時，通過計算預測進行大橋主橋線形的控制工作。對各懸臂梁段發(fā)布共同施工的命令，同時根據(jù)指標完成下一個階段的工作，并且做好抬高、掛藍變形等測量工作。在實際施工時，一定要調整好參數(shù)，以及做好誤差分析。通過現(xiàn)場的有效分析，每通過一節(jié)段均要做好模型的修訂、計算分析等工作。通過預測得到下一個節(jié)段需要使用的預拱度，這樣可以讓模型與實際施工得到最大限度的契合。需要注意的是，該計算工作在總體施工時，要不斷地進行調整，調整包括實時測試參數(shù)、根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)反饋等，同時還要重視實際施工對模型和方法、內容進行有效調整。大橋主橋施工控制計算模型和計算參數(shù)根據(jù)實際施工進程做出合理調整，以此反映和指導新的施工狀況。在邊跨、主跨主梁合攏階段，對實際的施工過程進行計算分析和實際配重調整[6-7]。

4.1 掛籃預壓施工

掛籃預壓是懸臂澆筑法施工的第一步。掛籃預壓十分重要，施工中要高度重視，預壓重量和重量分配要嚴格按照設計和方案的要求實施，能夠真實地模擬掛籃在后續(xù)施工中的受力狀態(tài)。掛籃預壓可以消除掛籃的非彈性變形，計算出掛籃的彈性變形值，為后續(xù)節(jié)塊的施工預拱度提供基本數(shù)據(jù)支持。掛籃預壓可以檢測掛籃的整體工作性能是否滿足施工要求，各個系統(tǒng)是否能正常工作，是否能滿足功能和安全要求。掛籃彈性變形值一直應用在梁面標高控制的每個節(jié)塊中，掛籃預壓一定要按照方案要求控制預壓重量，按照要求對掛籃進行測量監(jiān)控。

4.2 節(jié)塊混凝土澆筑

節(jié)塊混凝土在澆筑過程中，要嚴格控制澆筑順序，混凝土澆筑應從掛籃的前端向已澆筑混凝土方向澆筑，保證掛籃的受力均勻性和澆筑質量。嚴格控制兩邊的懸挑混凝土重量偏差，由于混凝土連續(xù)梁為剛性構件，變形后很難復原，尤其隨著懸挑部分的逐漸加長，混凝土重量偏差會直接影響兩側的梁面標高，并且對整個懸挑構件的安全造成威脅。澆筑過程中要專人負責混凝土澆筑質量，整體把控兩側澆筑速度和方量，出現(xiàn)超出設計要求的重量差值時，及時預警，及時調整，保證懸挑構件的整體均勻受力。

圖1 大橋監(jiān)測點布置圖

4.3 斜拉索張拉

斜拉索張拉的時間和順序要嚴格按照監(jiān)測方案和監(jiān)測指令執(zhí)行，由于工程施工中，斜拉索張拉施工和主梁掛籃施工是交叉施工，在掛籃底模調整標高時，確定索力張拉的狀態(tài)，由于主梁標高在索力張拉過程中變化較大，嚴禁在索力張拉過程中，確定掛籃底部標高。為了使主梁和斜拉索施工能夠連續(xù)不間斷地進行施工，第三方最好給出兩個掛籃立模指令，一個是斜拉索張拉前的掛籃立模指令，另一個是斜拉索張拉完成后的掛籃立模指令。如果掛籃調整標高時間早于斜拉索張拉時間，利用斜拉索張拉前掛籃立模指令；如果掛籃調整標高時間遲于斜拉索張拉時間，利用斜拉索張拉完成后掛籃立模指令；這樣斜拉索和主梁施工互不耽擱，并且能夠相互復核理論標高和實際標高的差值，保證了施工質量和施工進度。

4.4 預應力鋼絞線張拉施工

鋼絞線張拉前，嚴格按照設計要求，對混凝土強度和彈性模量進行檢測，達到設計要求后才能對鋼絞線進行張拉。張拉時嚴格控制張拉應力，安排技術人員專門負責張拉施工，詳細記錄張拉應力和伸長量，出現(xiàn)異常情況時及時停止施工，查出原因后再繼續(xù)施工。嚴禁混凝土強度和彈性模量未達到設計要求值就強行張拉，容易造成混凝土爆裂或出現(xiàn)裂紋，對混凝土后期發(fā)展極其不利，并且導致梁面標高變化較大。張拉完成后及時進行灌漿，防止鋼絞線回縮。很多工程，施工單位片面地追求施工進度，混凝土強度和彈性模量未達到設計要求就強行張拉，造成砼大面積開裂，梁面標高控制差，造成質量事故。

4.5 溫度對梁面標高的影響

該橋跨度大，懸臂長，珠海溫度較高，主梁在陽光照射和溫度的變化下，箱梁與箱室內外形成溫差，白天主梁頂面溫度高，混凝土膨脹，而梁底面溫度較低，混凝土收縮，從而使混凝土箱梁由下擾變形的趨勢；到了晚上，恰好相反，表面溫度下降快，箱室內溫度下降慢，表面混凝土收縮，箱室內混凝土膨脹，懸臂梁有上翹趨勢。該橋通過大量的數(shù)據(jù)測量檢測，驗證了溫度變化，梁體標高就一直在變化，并且懸臂越長，溫度變化對箱梁擾度變化就越大。為了解決溫度對梁體標高的影響，一般采用固定時間測量法，每天的同一時間溫度變化不大，溫度基本形同，梁體受溫度影響的程度基本相同。一般確定掛籃標高時選擇在溫度較平衡的5∶30～7∶30，此時間段溫度變化小，梁體受溫度變化影響較小，為調整掛籃標高的最好時間。

4.6 中跨合攏標高控制

中跨合龍是懸澆法最重要的工序之一，也是對整個梁體線形控制的驗證，梁體線形控制好，合龍段兩側標高基本一致，梁體順利合龍。該橋懸挑長度大，懸挑長度為104 m，懸挑梁體長度變化和懸挑段標高受溫度影響較大，7∶00與15∶00溫差為8 ℃，懸挑梁單側相差1.5 cm，與計算數(shù)據(jù)一致；梁面高差相差1.9 cm。為了保證中跨合龍的施工質量，確保中跨合龍段不出現(xiàn)撕裂裂紋，該橋中跨合龍時間選在了溫度最低的凌晨2∶00。提前做好懸挑段預壓重量，提前一天在溫度最低時對合龍段勁性骨架焊接，按照設計要求對剛絞線進行預張拉，勁性骨架和預張拉施工完成后解除主墩臨時固結[8-9]。

5 結語

大跨度斜拉連續(xù)梁施工過程是一個極其復雜的過程，整個施工過程中梁體線形一直在變化中，梁體內力也在一直在變化中，線形控制受各種因素影響，使線性控制變得極其復雜和困難。但是隨著科技的不斷發(fā)展，尤其是計算機技術的快速發(fā)展，模擬橋梁整個施工過程線形變化得以實現(xiàn)，懸澆法橋梁施工線形控制也得到較好發(fā)展。作為施工單位，要嚴格按照監(jiān)控方案執(zhí)行，嚴格遵守監(jiān)控指令，勤測量、勤復核、勤反饋，與檢測單位、設計單位及時溝通，及時交流，可以很好地控制好線形。