大跨度连续梁施工线形控制技术探讨

2011-08-27周大勇

绿色科技 2011年12期

周大勇

（中铁十八局集团有限公司，天津 300222）

1 引言

武广客运专线沪蓉高速特大桥全桥长2261.61 m，桥址区域属长江三级阶地，地势开阔平缓，多处跨越水塘、公路、高速公路。其中53～56号墩上跨沪蓉高速公路，上部结构为60＋100＋60m双线预应力混凝土连续箱梁。梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁底宽6.7m，顶宽13.4m，根部梁高7.85m，跨中梁高4.85m。箱梁最大悬臂长度4m，共分13个节段，采用挂篮悬臂法浇注施工。全桥平面位于直线上，线路纵坡2.92‰，为保证各分块悬浇施工的悬臂合拢平面和高程误差控制在设计要求范围内，必须实施严密的线形控制。

2 线形施工控制总体方案和流程

2.1 线形施工控制总体方案

在悬臂施工过程中，通过监测各个施工阶段主梁结构的变形情况，以及时了解结构实际行为。根据笔者在施工过程中监测所获得的各种数据，确保结构的安全和稳定，通过计算分析，调整确定下一悬浇梁段的立模高程，保证成桥后的梁体线型及受力状态与设计尽量吻合，施工控制的以主梁挠度与内力为控制对象，具体方法是采取参数识别法与灰色预测相结合的方案。

2.2 线形施工控制流程

大跨度连续梁的施工控制是一个施工、测量、识别、修正、预测、施工的循环工程。施工控制中最基本的原则是确保施工过程中大桥结构的安全，在大桥施工过程安全性满足要求的前提下，再对大桥施工过程中结构的线形进行控制，确保大桥最终线形满足预期目标。

连续梁施工过程复杂，影响参数多。如结构刚度、梁段的重量、施工荷载、混凝土的收缩徐变、温度和预应力等。求解施工控制参数的理论设计值时，都假定这些参数值为理想值。为了消除因设计参数取值的不确切所引起的施工中设计与实际的不一致性，在施工过程中对这些参数进行识别和预测。对于重大的设计参数误差，提请设计方进行理论设计值的修改，对于常规的参数误差，通过优化进行调整，具体施工控制流程如图1。

图1 线形施工控制流程

2.2.1 设计参数识别

通过在实际施工状态下状态变量（位移、弹模、混凝土龄期及预应力损失等）实测值与理论值进行比较，以及进行设计参数影响分析，最终识别出设计参数误差量。

2.2.2 设计参数预测

根据已施工梁段设计参数误差量，采用合适的预测方法（采用灰色模型）预测未来梁段的设计参数可能误差量。

2.2.3 优化调整

本施工控制主要以控制线形为主，优化调整也就以此方面的因素建立控制目标函数（或约束条件）。通过设计参数误差对桥梁变形的影响分析，应用优化方法调整本梁段与未来梁段的预应力以及未来梁段的立模标高，使成桥状态最大限度地接近理想设计成桥状态，并且保证施工过程中受力安全。

3 施工控制监测的主要内容和方法

施工监测是大跨度桥梁施工控制的基础，因为在复杂的施工过程中，影响其施工控制目标顺利实现的因素很多，如所用材料性能与设计取值之间的差异；先期形成结构的截面特性等与分析取值之间的误差；施工荷载与计算值之间的差异；结构模拟分析模型与实际情况之间的差别；施工测量存在的误差；施工条件与工艺非理想化以及结构设计参数和状态参数实测中存在的误差等。因此，在施工中必须对重要的结构设计参数、状态参数进行监测，根据实际施工情况与控制目标建立完善的施工监测系统，以获取反映实际施工情况的数据和技术信息，不断地根据实际情况修正原先确定的各施工阶段的理想状态，使施工状态处于控制范围之中。本施工监测系统中包括设计参数监测及位移参数监测。

3.1 主梁结构部分设计参数的测定

在进行结构设计时，结构设计参数主要是按规范取用，由于部分设计参数的取值一般小于实测值，因此，大多数情况下，采用规范设计参数计算的结构内力及位移均较实测值大，这对设计是偏于安全的，但对于结构施工控制来说是不容忽视的偏差，因为它将直接影响到成桥后的结构线形是否设计要求。因此，应对部分主要设计参数提前进行测定，以便在施工前对部分结构设计参数进行一次修正，从而进一步修正原设计结构线形，为保证该桥成桥后满足设计要求奠定基础。

影响结构线形及内力的基本技术参数有很多个，就其对结构行为影响程度而言可将基本技术参数分为两大类:主要技术参数和次要技术参数。在这些基本技术参数中，有些参数是可以测定的，而另一些则是难以用试验来确定的。在此只考虑主要的、而且可测定的参数。具体测定工作的进行，由施工单位根据该桥所在的自然环境、所用材料情况、施工工艺及工序情况来加以测定，监理及监测单位参与并进行审查。施工时需测定的参数如下:混凝土弹性模量（7，14，28，90d）及各种强度指标；预应力钢绞线及钢筋的弹性模量及强度值；预应力孔道摩阻及偏差系数；混凝土容重；施工临时荷载。

3.2 结构变形监测

3.2.1 箱梁悬浇施工平面与高程控制网的建立

在线下工程施工时，已通过对设计院交付的平面控制点、高程控制点进行了加密和联测，在大桥周围已建立了稳定且精度较高的控制网。由于该桥上跨沪蓉高速公路，离目前施工控制测量网比较远，且来往不便，在箱梁悬浇施工中每次由这些控制点进行平面和高程控制，费工费时，效率低下，降低了施工放样和变形监测的精度。由于该桥连续梁位于直线上，因此，在53号、56号墩承台和54号、55号墩承台和0号块上建立了局部测量控制网，作为连续梁的测量放样和变形监测的相对基准，用于指导悬浇各块件的施工。

连续梁的控制测量网如图:轴线控制测量网由6个平面控制点组成，编号S1～S6，分别布置在53号墩、56号承台和54号、55号墩顶0号块上。水准控制点由6个水准控制点组成，编号BM1～BM6，分别布置在53号墩、56号承台和54号、55号墩顶0号块的箱梁顶面和箱梁内底板上。

3.2.2 标高控制监测

（1）0号块件高程测点布置。每段高程控制点布置在离块件前端10cm处，采用φ16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固。并要求垂直测点（钢筋）露出箱梁表面5cm，测头磨平并用红油漆标记。

布置0号块高程观测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各悬浇节段高程观测的基准点。每个0号块布置11个观测点，如图2。

（2）各悬浇阶段的高程观测。每施工节段设一测试截面，挂篮施工控制标高设置在梁底两腹板底部，每节段施工完成后转移至梁顶，梁顶设4个观测点。测点布置如图3、图4所示。

图2 0号块高程测点布置

图3 梁体标高控制测点纵向位置

图4 梁体标高控制测点横向布置

测试仪器:采用高精度水准仪，测量精度在±1mm以内。测试要求包括观测水准线路形式以布设在各自0号块的水准点为起始点，采用闭合水准路线形式进行。变形观测使用精密水准仪和铟钢水准尺，采用一等水准进行测量；要求观测在每一节段施工的挂篮安装模板后、浇筑混凝土后、纵向预应力张拉前、后、挂篮前移后等施工环节均进行标高测试，观测各节点断面高程变化；为了掌握日照温差对箱梁标高的影响，在施工荷载和施工状态不变的情况下，每天进行3次梁段标高测量。第1次0时至日出前，第2次14:00～15:00，第3次17:00～20:00。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。

3.2.3 主梁轴线位置测量

（1）测点布置。每个节断的桥面中心点设置一个测点。

（2）测试仪器。采用全站仪和经纬仪进行测量，测量精度在±5mm以内。

（3）测试要求。为保证施工箱梁悬臂平面位置的准确对节，施工中采用经纬仪控制每一块悬浇箱梁的平面位置，每施工一个节段后观测本节段的测点平面位置，施工中经常采用两个平面控制点进行交叉复核，避免产生误差。

4 施工控制的具体步骤

4.1 桥墩及0号块施工阶段

0号块采用墩身预埋托架现浇，托架安装好后，按照不小于1.2倍的施工重量进行充分预压，以消除非弹性变形，测定弹性变形，为0号块施工立模标高提供依据。

按施工控制小组提供的0号块底面立模标高立模浇注0号块；建立墩梁临时锚固；0号块浇注好后，按线形控制设计方案布设的测点，测量0号块标高结果报施工控制小组。

在0号块拼装挂篮。对挂篮预压试验，消除全部非弹性变形，量测弹性变形量，试验结果应整理出加载测试报告。向施工控制小组提供挂篮预压试验变形结果，将弹性变形值及非弹性变形值的测量结果用于指导施工。

4.2 循环悬臂浇注阶段

从挂篮的前移定位至预应力钢束张拉完毕是本桥施工的一个周期，每个周期中有关施工控制的步骤如下:按照预报的挂篮定位标高定位挂篮，由施工单位测量定位后的挂篮标高，经监理签认后向控制小组提供挂篮的定位测量结果；立模板、绑扎钢筋；浇筑混凝土之前，测量所有已施工梁段上的高程测点，复测挂篮定位标高，经监理签认后报施工控制小组；施工控制小组分析测量结果，如需调整，给出调整后的标高；浇筑完混凝土后第2d测量所有已施工梁段上的测点标高，测量本梁段端部梁底和预埋在梁顶的测点标高，建立梁顶与梁底标高的关系，经监理签认后提供施工控制小组；浇筑完混凝土后第2d测量本节段上的箱梁轴线位置测点，经监理签认后提供施工控制小组；按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》检查断面尺寸，经监理方签认后提供给施工控制小组并向施工控制小组提供梁段混凝土超重的情况；张拉预应力钢筋后，测量所有已施工梁段上的高程测点，经监理签认后提供施工控制小组；定期观测临时锚固构件的变形及受力情况；施工控制小组分析测量结果，根据上一施工周期梁底标高测量值预报下一施工周期的挂篮定位标高；如果须进行压重，预报值经设计单位认可，与控制单位会签后交监理；监理将上述预报标高最后核定后下指令交施工单位执行。测量工作内容及时间要求见表1。

表1 施工控制测量内容及时间

4.3 合龙及合龙后阶段

悬臂浇注完成后拆除全部挂篮，同时准备现浇边跨现浇段；测量全桥测点标高；在最早完成施工的T构进行悬臂端测点标高48h连续观测，每2～3h观测1次，记录悬臂端标高随时间的变化曲线；安装边跨合龙支架及模板，但不得与主梁紧固（务必保持放松状态，纵向钢筋只允许绑扎一端，另一端必须保持自由）；合龙段压重，必要时根据标高调整压重的重量；标高调整完毕后，在低温（上述曲线表中标高最稳定时段）时焊接合龙段临时劲性骨架，紧固模板，绑纵向扎钢筋的另一端，张拉临时合龙预应力；浇注合龙段混凝土，同时卸载压重；测量合龙点标高、中跨悬臂标高；张拉边跨合龙段预应力钢筋；拆除边跨合龙支架；测量合龙点标高、中跨悬臂端标高；中跨合龙点安装合龙吊架及模板，但不得与主梁紧固（务必保持放松状态，纵向钢筋只允许绑扎一端，另一端必须保持自由）；中跨合龙段压重，必要时根据标高调整压重的重量；标高调整完毕后，在低温、标高最稳定时段焊接合龙临时劲性骨架；紧固模板，绑纵向扎钢筋的另一端，张拉临时合龙预应力；中跨浇注合龙段混凝土，同时卸载压重；测量中跨、边跨合龙点标高；张拉中跨合龙段预应力钢筋；拆除中跨合龙吊架；全桥测点联测，按网络测量桥面标高提供施工控制小组；施工控制小组提供施工控制报告。

4.4 误差控制

施工控制总目标是成桥后梁底曲线与设计值误差控制在20mm以内；立模完成后，检查模板尺寸位置偏差应满足以下要求:梁段纵向中线最大偏差小于10mm；梁段底模标高与预抛高拱度偏差小于3mm；梁段底模同一端两角高差小于2mm；梁段长度偏差小于10mm。每个节段箱梁浇注完成后，检查混凝土浇筑梁段的允许误差应满足下列要求:悬臂梁段的高程偏差应在～5～＋15mm内；梁段轴线偏差小于15mm；梁段顶面高程差小于±10mm；合龙前两悬臂端相对高差小于15mm。预应力索张拉完后，如梁端测点标高与控制小组预报标高之差超过±20mm，需经控制小组研究分析误差原因，确定下一步的调整措施；轴线及平整度误差超过允许值，进行及时修正后方可进行以后的施工；其他允许偏差要求按《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》检查控制；如有其他异常情况发生影响标高控制，其调整方案也应经控制小组分析研究，提出控制意见。

4.5 组织保障措施

4.5.1 成立施工线形控制领导小组

大跨度连续梁的线形变化影响因数很多，为更好的进行线形控制。应成立施工控制领导小组。由建设单位、设计单位、监理单位、施工单位和施工控制单位参加。包括建设单位、设计单位、监理单位、施工单位、施工控制单位的领导同志或技术负责人各单位一人，其中建设单位任组长单位。施工控制小组不定期开会，由组长召集。讨论施工控制中出现的重大问题，并提出修正方案。

4.5.2 成立施工线形控制工作小组

由施工控制单位、施工单位、监理单位、设计单位和建设单位参加。包括:施工控制单位的现场负责人、施工现场施工技术小组、施工现场测量小组、施工现场试验小组、监理单位的现场代表、设计单位的设计代表，其中施工控制单位的现场负责人任组长。

施工控制小组定期开会，由组长召集。讨论施工控制中存在的问题，并提出修正方案。如碰到重大施工问题的，或需要修改设计的，提交施工控制领导小组讨论。

4.5.3 建立施工控制运行程序

施工控制运行程序如图5。