矮墩连续刚构桥的施工控制方法探讨

董道雷

（北城致远集团有限公司重庆401147）

矮墩连续刚构桥的施工控制方法探讨

董道雷

（北城致远集团有限公司重庆401147）

矮墩连续钢构体系在施工过程中随着结构单元数量的增加和荷载逐步变化，其钢构受力体系要经历多次体系转换，是一种复杂的超静定结构。按照严密的施工控制措施，采用线形控制软件进行数学模型分析，对施工预拱度、主梁梁体次应力等进行严格的监控，形成施工、监测、预报、调整、施工的循环过程，完全能够达到挠幅与内力双控的目标，确保矮墩连续刚构桥的合龙精度要求。

矮墩；连续刚构桥；施工；控制方法

矮墩连续刚构桥因其桥墩与梁体固结，在主梁混凝土收缩、徐变、体系温变及中孔活载作用下，主墩将向中孔方向弯曲，当墩身较矮时，这种效应将更加明显，甚至在各种组合作用下，桩基可能出现上拔力或出现墩身开裂的情形。连续刚构桥的这种受力特点，在市政桥梁设计中其应用受到限制，因而多采用矮墩形式。笔者结合达州市金龙大道跨铁路矮墩连续刚构桥的施工，就矮墩连续刚构桥的施工控制方法进行探讨。

1 工程概况

达州市金龙大道跨铁路矮墩连续刚构桥桥长254.3m，横跨达万线铁路货运站，跨径布置为60+100+60m，桥梁纵坡为4%，双向横坡2%，K0+222.02处设置竖曲线，竖曲线半径为1200m。上部结构箱梁为三向预应力结构，采用双幅单箱单室箱型截面，下部结构采用双薄壁矮墩墩身。

2 控制原理

根据达州市的城市总体规划及控制性详细规划，达州市金龙大道跨线桥桥位、跨径和桥梁竖曲线特征受铁路线、货运站、高压线等周边环境影响，只能采用矮墩连续刚构形式，其设计安全等级为最高级别。

2.1 矮墩连续钢构桥施工控制理论分析

本桥桥墩采用双薄壁墩矮墩连续钢构体系，刚度较大，在连续钢构施工过程中，随着悬挂箱梁的施工进度推进，桥墩墩身将受到桥梁纵向变形影响，会产生较大次内力。根据这种结构特点，按照设计块段单元，利用结构有限元分析软件包进行有限元法建模分析，主要是对各节段施工工况下的相应截面的应力、位移进行分析，作为监测和施工控制的依据。

首先进行正向分析：即模拟矮墩连续钢构桥结构的实际施工过程，同时考虑结构的非线性和混凝土收缩、徐变等问题进行计算分析，从而得到桥梁结构在各个施工阶段的位移和受力状态，作为应力监测的依据。

其次进行逆向分析：即按照矮墩连续钢构桥梁结构实际施工加载顺序的逆过程进行计算，确定施工预拱度及高程，从而指导施工，确保成桥线性状态与设计吻合。

进行分析时，结构荷载必须考虑全面。结构载荷包括:混凝土自重、挂篮自重及钢筋、人员和设备的重量，挂篮移动各施工阶段的施工荷载，同时考虑二期恒载的重力；预应力索张拉力；温度荷载、风荷载及与结构的形成过程中有关的荷载，如混凝土的收缩徐变、时间荷载等。这些荷载都会引起结构的附加变形和应力，从而改变连续钢构桥梁结构的实际形状和受力状态。

2.2 矮墩连续钢构桥梁实际控制分析

矮墩连续钢构桥梁的特点，其理论分析是前期预测控制，这是主要的控制手段。施工期间需要进行施工监测反馈和判断分析，辅以后期修正的这种“预控——监测——修正——预控”不断反复循环的过程。

依据本桥的实际特点，施工控制重点为箱梁标高及线性控制和应力监测控制。依据结构有限元分析软件包建模分析计算出各个结构单元箱梁块段施工预拱度及高程。由于这种方法受软件模拟条件的限制，特别是温度变化、混凝土后期收缩徐变的实际情况要复杂得多，因此其可靠性和有效性必须结合现场实际情况进行修正。

实际运用的方法是分别考虑影响箱梁结构变形的每一项因素，忽略影响因素的相互作用，将所有计算值叠加求和，从而推导出每一块段的预拱度。然后将此计算值与模拟计算值相比较，选取与现场实际状态相近的预拱度或结合实际现场经验进行合理修正，从而确定主梁立模标高。在施工过程中加强施工监测及信息反馈，经误差识别修正后再应用理论和实际计算分析，从而不断修正获得最佳施工参数，以指导下一箱梁块段的施工。

3 施工控制方法

本工程矮墩连续钢构体系在施工过程中随着结构单元数量的增加和荷载逐步变化，其钢构受力体系要经历多次体系转换，是一种复杂的超静定结构。为了确保施工质量，需要建立一套科学合理的施工控制系统来监控整个施工过程中结构的变形、应力分布情况，取得控制分析中所需参数的真实值和实际施工状态所反馈的信息，随时掌握桥梁施工变形数据，及时进行控制计算和分析处理，随时指导现场施工，以确保箱梁成桥线形及结构受力状态与设计相吻合。

3.1 矮墩施工

本工程桥墩结构构造为双薄壁矩形实体矮墩，薄壁厚80cm，双臂中心距3.2m；墩身平面尺寸为9.25m×0.8m，1号、2号墩身高度分别为：13.42m、9.46m。矮墩钢筋结构未采用常规的劲性骨架结构，而是采用精轧螺纹钢柔性设计，墩身一次浇筑成型，从而在最大限度内降低和缓冲墩身刚度受到梁体次应力的影响，避免了墩身开裂或桩基上拔的不良现象。施工中对各个部位的几何要素、钢筋安装精密定位控制尤为重要。

3.2 箱梁施工监测

根据设计要求与实际箱梁挂篮施工的特点，采用双站坐标测量方法，按经计算分析复核确定后的箱梁设计各部位的坐标精确放线和进行施工监测。

施工监控的主要内容有：结构材料参数测定；箱梁和薄壁墩断面应力监控；箱梁高程、平面线形监控；箱梁温度监控。

3.2.1 结构材料参数测定

矮墩钢构桥结构材料物理参数的真实值直接决定或影响到箱梁梁挠度及结构内力的变化，因此在开工前及施工过程中，应对桥梁结构所用混凝土、钢绞线、精轧螺纹钢和结构钢等主要材料进行物理和力学参数检测，以应用于现场施工控制分析中。具体应包括混凝土容重、弹性模量、收缩徐变特性参数及钢绞线、精轧螺纹钢和结构钢的弹性模量、延伸率、管道摩阻系数等。

3.2.2 应力监测

施工控制中对结构分析所确定的结构关键截面的受力情况进行应力监测，针对监测数据进行分析计算，将现场实测值和理论计算值相比较，通过二者偏差调整设计参数，修正计算模型，适时发出安全预警以采取处置措施，确保桥梁结构安全。

本桥应力监测采用钢弦式应力计和钢筋式应力计来检测箱梁应变反映。钢弦式应力计由于具有性能稳定、使用简便、受温度影响小、且适合于长期观测的特点，使用中必须确定应力计的初始值，这一点在施工控制工作中应高度重视。为减小温度的影响，应力观测宜安排在早晨8：00至9:00进行，这样能将温度引起的误差降到最低。

3.2.3 变形监测

变形监测主要包括主墩压缩变形及主梁挠度监测。

首先按《公路勘测规范》(JTJ 061-99)规定，建立施工控制所需导线控制点，平差精度满足规范要求。

其次，在连续刚构桥主梁0#块顶部位置设置局部控制测量点并与导线控制点进行联测，确保测量精度。同时，应在各桥墩承台顶面设置局部控制测量点，以观测施工期间基础沉降。

最后，对原墩顶各控制点做逐步延长，每增加一个块件，增设三个控制点。浇筑箱梁前，采用专门制作的Φ20直径的钢筋棒预埋件三个，按左中右距离端头50cm位置焊接埋入块件前端，钢筋露出混凝土面以5mm为宜，并将钢筋顶磨圆，刻上十字纹。待混凝土浇筑完毕达到强度后对新点进行坐标测量，确保达到精度要求。

本桥为连续刚构桥，为保证成型后大桥的中线、标高准确无误，减小附加应力对连续结构的不利影响，确保中跨顺利合龙，应注意消除人为误差带来的影响，采取专人和专用仪器进行变形观测。必须制定周到、合理的具体施工测量控制方案，并严格执行控制方案，随时监测其平面位移和悬臂施工时的挠度变化，提供给工程技术人员以便及时计算分析，及时调整及控制施工中的变形。

施工监测控制中需要收集的数据包含如下内容：挂篮模板安装就位后的挠度观测；浇筑前预拱度调整测量；混凝土浇筑后的挠度观测；张拉前的挠度观测；张拉后的挠度观测；已完成各阶段之荷载及温度、徐变收缩引起的挠度计算、观测；合龙段合龙前的温度修正；温度观测；应力观测（在控制截面内预埋测试仪器搜集数据）等。

3.2.4 解决温度的影响的方法

薄壁墩及箱梁变形对环境温度和日照非常敏感，受日照一侧的温度与另一侧的温度是不同的，同一天内也是反复变化的，同时变形变化滞后于温度变化。因此，对温度影响，采用“温度-挠度”变形测量曲线解决。为了尽量避免温度变化对高程线形的影响，在箱梁施工阶段确立立模标高的时候，应尽可能选择在温度较稳定、影响较小的时刻进行。其中挠度观测的关键是每日定时观测，时间宜选在每日温升前上午8：00至9：00以前。合龙段应在施工前进行连续24h（每次间隔2h）观测，提供合龙前的数据。

3.2.5 对实测数据处理的要求

连续钢构箱梁实测数据处理、参数识别和分析预测是相互关联的三个施工控制环节。对于实测数据处理的要求是及时准确，处理时对疑问数据要及时复测、复查；同时对阶段监测的实测值进行分析，然后将修正过的设计参数反馈到控制模型计算中，重新给出施工中的结构内力、变形值，以消除理论值和实测值的偏差。

3.3 箱梁施工控制

3.3.1 主梁0#块的施工

主梁0#块一般采用搭架现浇或以桥墩为依托，支牛腿搭架现浇，施工时应注意在空洞转角处做加强处理，并特别注意标高控制问题。

桥墩施工时应根据成桥状态计算桥墩弹性压缩量，考虑墩梁结合处施工凿毛处理，桥墩墩顶标高预设一定的预抬值。

浇筑混凝土前应对支架进行分级预压，以消除支架非弹性变形及确定弹性变形规律，从而确定主梁立模标高。

3.3.2 挂篮悬臂施工

挂篮分级加载试验目的有两个：一是检验挂篮自身及锚固措施的安全性；二是通过挂篮分级加载试验消除挂篮的非弹性变形，确定挂篮弹性变形的变化规律，正确确定挂篮作用力对于主梁的几何尺寸关系，以便正确计算主梁受力变形。

施工中除了对挂篮本身的弹性变形和非弹性变形考虑外，还必须对挂篮与滑道、滑道与钢(木)枕、钢(木）与梁顶混凝土之间的非弹性变形进行考虑。这种影响在实际施工中造成挂篮前端沉降高达5～8mm。这只有在施工时根据现场情况加强观测，积累经验，获得可靠的影响参数，从而达到消除影响，准确控制的目的。

在挂篮悬臂施工期间，梁顶面所放材料、机具设备、平衡荷载和施工荷载等的位置应根据线形控制软件计算模式的参数要求进行布置，并纳入计算模型中进行分析，严格控制箱梁施工荷载的对称，同时加强墩的变形观测。通过线形控制将竖向挠度误差控制在15mm内，轴线误差控制在10mm内。

3.3.3 主梁合龙段施工

主梁合龙段施工主要控制因素有两个方面：一方面是合龙时环境温度与设计合龙温度不吻合，需对温度误差的影响进行调整，措施为顶推或拉压主梁悬臂端，消除温变影响，利用钢骨架定位后再浇筑混凝土合龙；另一方面是单边合龙时，主梁另一悬臂端的平衡配重必须同步，措施是采用水箱配重，施工时可根据加载情况自由增减平衡配重。

除了合龙状态时的施工荷载及其他情况应符合设计要求外，此时除加压等物体外应将施工机具等全部清除或移至0#块顶部，保证应力状态与设计相符。

使用线性控制软件计算分析应力及挠度，比较中跨合龙段两侧两个梁段的顶面高程，如果其高差小于等于15mm，则继续进行下步施工；如果大于15mm，则通过线形控制软件，计算使高差小于等于15mm的配重方法和参数要求。然后把水箱或砂袋按要求重量放在梁上指定位置，经测量达到要求后，再进行合龙段施工。如果箱梁应力与设计相近的情况下可临时锁定梁端，若变形与设计有偏差，则运行线性控制计算软件，确定纠偏参数值，采取措施使之符合设计要求后再进行合龙。

3.3.4 实际施工方法

在实际施工中，考虑到二期恒载施工的影响和结构后期徐变影响，对于矮墩连续刚构桥梁标高控制而言，在跨中部位应按“宁高勿低”的原则进行，并对桥梁运营期间的应力和挠度进行监测，以便预测和预报桥梁运营期间可能出现的病害。

4 结语

通过上述探讨，矮墩连续刚构桥梁结构要经过多次的空间体系转换过程，按照严密的施工控制措施，采用线形控制软件进行数学模型分析，对施工预拱度、主梁梁体次应力等进行严格的监控，形成施工、监测、预报、调整、施工的循环过程，完全能够最后达到挠幅与内力双控的目标，从而确保了矮墩连续刚构桥的合龙精度要求。

[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社，2000.

[2]向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社.2OO1.

[3]李国平.预应力混凝土结构设计原理[M].北京:人民交通出版社，2000.

责任编辑：余咏梅

施工经验

钢筋锚固与锚固长度

钢筋的锚固是钢筋混凝土结构的主要构造要求之一，它影响到结构的使用安全和使用寿命。钢筋的锚固长度是指钢筋进入支座混凝土核心区的长度值。其长度与混凝土的强度等级、受力钢筋的外观形状、构件的受力状态和锚固形式等有关，其长度通常用受力钢筋的直径倍数来表示。

不同强度等级的混凝土与外观形态不同的钢筋，在同样的条件下其锚固长度的要求是不同的。这主要是因为在钢筋混凝土结构中，这两种性质不同的材料能共同受力。它们为什么能共同受力呢？是因为它们之间存在着粘结锚固(握裹力)作用，这种粘结锚固作用在钢筋与混凝土之间建立起结构承载力所必需的工作应力。决定钢筋与混凝土中的粘结锚固作用有以下几个因素：胶结力(粘着力)——它是混凝土与钢筋表面的粘结力，即接触面上的化学吸附力；摩擦力(摩阻力)——当结构处于受力状态时，混凝土与钢筋表面产生的一种摩擦力，它与接触面的粗糙程度有关，且随着滑移发展其作用逐渐减少；机械咬合力——它是由于钢筋表面凹凸与混凝土接触面产生的一种咬合力，在带肋钢筋的粘结锚固中起主要作用；机械锚固力——它是指弯钩弯折及附加锚固等措施(如焊钢筋、焊钢板等)。

我国原执行的《混凝土结构设计规范》(GBJ 10-1989)对受拉钢筋的最小锚固长度取值是根据实验结果和锚固可靠度分析得出的。受拉光圆钢筋主要靠钢筋与混凝土的粘结作用和钢筋末端弯钩的机械锚固作用。在控制滑移增长率不致过大的粘结刚度条件下，带肋钢筋的粘结力主要由横肋对混凝土的咬合力和周围混凝土的约束作用组成。在分析中还应考虑混凝土的保护层厚度等于钢筋直径及具有较小的配箍率的情况。当受拉钢筋因条件限制不能满足锚固长度时，可采用专门的锚固措施(如在钢筋上焊横向锚固筋、焊箍筋、焊钢板等)。现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)又在原有规范的基础上做了修订。

钢筋的锚固方式和锚固长度是设计确定的，在蓝图设计及《混凝土结构施工图整体表示法制图和构造详图》的系列标准设计中都有明确要求，施工中应严格按要求执行。

在施工中的钢筋锚固质量通病有以下几种情况：一是钢筋下料时长度不足，造成锚固长度短于设计要求；二是锚固钢筋未进入混凝土的核心区，有的把锚固钢筋部分置于箍筋之外，使钢筋的最小保护层厚度小于钢筋直径；三是锚固筋加工方式不符合要求，对光圆钢筋的弯折度数不够和弯折方向不对，对带肋钢筋有的因弯折半径太小，使钢筋弯背处出现断裂纹等。

（摘自：《建筑工人》）

Construction Control Method in Dwarf Continuous Rigid Frame Bridge Pier

In the construction process，Short pier continuous steel system gradually changes with the increasing number of structural units and the load. its steel bearing systems are to be gone through a number of system conversions.It is a complex statically indeterminate structure.This paper deals with the following elements such as construction with strict control measures，using linear control software for mathematical modeling，construction camber on the main girder and other secondary stress strict monitoring，the formation of the construction，monitoring，forecasting，adjustment，construction of the cycle，finally reached double torsion rate and internal force control of the target in order to meet the requirements of ensuring short pier continuous rigid frame bridge closure precision.

short pier;continuous rigid frame bridge;construction;control method

U445.4文献标识码：A文章编号：1671-9107（2010）08-0044-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.8.044

2010-4-22

董道雷（1970-），国家一级注册建造师，现任北城致远集团有限公司工程项目经理。