大跨度连续梁悬臂施工线形监控与合拢顺序优化

董金堂

（中铁二十一局集团，甘肃兰州730000）

1 工程概况

兰州至乌鲁木齐第二双线（甘青段）酒泉立交特大桥跨连霍高速公路（60+100+60）m连续梁采用悬臂施工，梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，主墩墩顶4.0 m范围内梁高相等，梁高7.85 m，跨中及边跨现浇段梁高4.85 m，梁底曲线为二次抛物线，箱梁顶宽12.2 m,底宽6.7 m。1～13#梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。全桥共有3个合拢段，合拢段长度均为2.0m，悬臂施工分为13个节段，设计图纸要求严格对称施工，桥梁总体布置如图1所示。设计标准为：（1）铁路等级：客运专线；（2）双线铁路桥，位于直线及曲线上，线间距5.0 m，最小曲线半径R=7 000 m；（3）设计速度：适用于250 km/h及以上铁路；（4）设计活载：列车竖向荷载采用ZK活载；（5）桥面二期恒载：150 kN/m；（6）主体结构设计使用年限100 a。

2 施工监控的原则和方法

该（60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥采用挂篮悬臂现浇施工。桥梁的悬臂现浇施工，因其施工工序和施工阶段较多，各阶段相互影响，而且这种相互影响又存在差异，这就造成各阶段的位移随着混凝土浇筑过程不断变化而出现偏离设计值的现象，甚至可能会出现超过设计允许的位移。若不通过有效的施工控制及时发现、及时调整，就势必出现成桥状态的线形不符合设计要求的情况。

悬臂施工属于典型的自架设施工方法，由于预应力混凝土连续梁桥在施工过程中的已建成结构（悬臂阶段）状态是无法事后调整的，所以，针对该（60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥的结构和施工特点，该桥的施工监控主要采用预测控制法。

预测控制法是指在全面考虑影响桥梁结构状态的各种因素和施工所要达到的目标后，对结构的每一个施工阶段形成前后的状态进行分析预测，使施工沿着预定的状态进行。由于预测状态与实际状态间有误差存在，某种误差对施工目标的影响则在后续施工状态的预测中予以考虑。以此循环，直到施工完成并获得和设计相符合的结构状态。

3 施工控制的计算方法

桥梁结构从悬臂浇筑施工到最终成桥需经历一个复杂施工过程，以及结构体系的转化过程。对施工过程中每个阶段的变形计算和受力分析，是桥梁结构施工控制中最基本的内容。为达到施工控制的目的，就需要对桥梁施工过程中每个阶段的变形情况进行预测和监控，采用合理的理论分析和计算方法来确定桥梁结构施工过程中每个阶段的结构行为。针对该（60+100+60)m预应力混凝土连续梁桥的实际情况，采用正装分析法进行施工控制结构分析，并用倒退分析进行计算各阶段梁体的理论状态。

4 施工控制分析的步骤

（1）施工监控首先要根据施工图纸进行初步的计算，在正常的施工过程中会存在许多难以预料的因素，会出现施工进度安排等与初始计算不符的情况。若出现此情况应根据施工单位实际提供的施工步骤进行重新计算分析。

（2）按照施工步骤进行计算。分别考虑梁段的自重、施加的预应力和混凝土收缩、徐变及温度的变化等因素对结构的影响。对于混凝土的收缩、徐变等在各施工阶段中逐步计入。

图1 桥梁总体布置图

（3）每一阶段的结构分析必须以前一阶段的计算结果为基础。前一阶段结构位移是本阶段确定结构轴线的基础。之前各施工阶段受力状态是本阶段确定结构轴线的基础。之前各施工阶段结构受力状态是本阶段时效的计算基础。

（4）计算出各阶段的位移之后，根据后续施工阶段对本阶段的影响，进行倒退分析即可得到各阶段桥梁结构的合理状态和立模标高。

5 计算模型与理论值

5.1 计算模型

该计算模型采用有限元方法计算结构在自重、预应力、施工荷载等作用下每一施工阶段中结构的位移，给出理论立模标高以指导实际施工。首先建立连续梁桥的有限元计算模型，由于连续梁悬臂浇注施工的阶段性，按照每一个施工梁段划分单元，模型里的每一个单元和实际施工中的浇筑号段严格对应。根据设计图纸反映的内容，对全桥总体结构建立能反映施工荷载的有限元模型，对该桥进行了正装分析，得到各阶段主梁变形状态。计算模型中根据悬臂施工梁段的划分、支点、跨中、截面变化点等控制截面将全桥划分为6 0个结点和5 9个单元。计算模型如图2所示。采用桥梁博士软件进行施工模拟分析，考虑混凝土收缩徐变的时间依存性参数等。按照实际的施工顺序，模拟结构的形成、荷载的施加、边界条件的变化及结构体系的转变等对结构变形的影响。计算结果输出每一个施工阶段中结构的位移和内力。在实际施工控制中作为理论值和实测值进行比对，发现误差较大及时进行调整，使施工过程得以有效的控制。

图2为成桥阶段模型，2＃墩设置固定支座，其余墩设置活动支座。图2中示出了预应力钢束。

5.2 成桥阶段累计位移

为了对比不同的合拢顺序下，梁体的累积位移，计算了如下两种方案。（1）先中后边：即先合拢中跨，张拉中跨顶板和底板预应力束，再合拢边跨，张拉所有剩余预应力束；（2）先边后中：即先合拢边跨，张拉边跨顶板和底板预应力束，再合拢中跨，张拉所有剩余预应力束。不同合拢方案时，该(60+100+60)m预应力混凝土连续梁成桥阶段累计位移如图3所示，ZK活载（双线）作用下箱梁向下的位移如图4所示。

5.3 立模标高计算

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁线型是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。如果在确定立模标高时考虑的因素比较符合实际，而且加以正确的控制，则最终桥面线型较为良好。施工中的关键技术是设计参数的识别、调整并准确确定各阶段的立模高程。

立模标高并不等于设计桥梁建成后的标高。一般要设置一定的预拱度，以抵消施工中产生的各种变形（竖向挠度）。其计算公式如下：

Hlmi=Hsji+∑f1i+∑f2i+f3i+f4i+f5i+fgl式中：Hlmi——阶段立模标高；

Hsji——阶段设计标高；

∑f1i——由本阶段及后续施工阶段梁段自重在阶段产生的挠度总和；

∑f2i——由张拉本阶段及后续施工阶预应力在阶段引起的挠度；

f3i——混凝土收缩、徐变在阶段引起的挠度；

f4i——施工临时荷载在阶段引起的挠度；

f5i——取使用荷载在阶段引起的挠度的50%；

fgl——挂篮变形值。

其中，挂篮变形值是根据挂篮加载试验确定的在施工过程中加以考虑，∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i在前进分析和倒退分析计算中已经加以考虑。根据上述计算式和监控分析，可以计算出各梁段的预拱度。

5.4 不同合拢方式对预拱度的影响

图2 全桥计算模型

图3（60+100+60)m预应力混凝土连续梁累计位移曲线图

图4 ZK活载作用下连续梁最大竖向位移曲线图

分析成桥阶段累积位移数据，先边跨合拢方案成桥阶段累积位移远小于先中跨合拢方案的成桥累积位移。先边跨合拢时成桥阶段累积位移，中跨合拢段最大累积位移向下2 mm，边跨合拢段最大竖向位移向下0.3 mm；先中跨合拢时成桥阶段累积位移，中跨合拢段最大累积位移向上42.1 mm，边跨合拢段最大竖向位移向下96.4 mm。合拢顺序对该桥成桥阶段累积位移影响较大，采用不同的合拢方式，中跨合拢段累积位移相差44.1 mm，边跨合拢段累积位移相差96.1 mm。先中跨合拢后边跨合拢的方式，在边跨合拢段和中跨合拢段所给的预拱度值都较大，较容易产生不稳定因素，导致合拢精度不高，成桥线形偏离设计较多。

6 线形测量

桥梁的线形监控是预应力混凝土连续梁施工监控中的一项非常重要的内容。线形控制就是严格控制每一阶段箱梁的竖向挠度，若有偏差并且偏差较大时，就必须立即进行误差分析并确定调整方法，为下一阶段更为精确的施工做好准备工作，以保证桥梁的线形满足设计要求。

挠度观测资料是控制成桥线形最主要的依据。在整个施工过程中主要观测内容包括如下：（1）混凝土浇筑前的高程测量；（2）混凝土浇筑后、预应力张拉前的高程测量；（3）预应力张拉后、挂篮行走前的高程测量；（4）挂篮行走后的高程测量；（5）拆除挂篮后、边(中)跨合拢前的高程测量；（6）最终成桥后的高程测试。

7 结语

对于分节段悬臂浇注施工的预应力混凝土连续梁桥来说，施工控制的目的就是根据施工监测所得的结构参数真实值进行施工阶段计算，确定出每个悬浇节段的立模标高，并在施工过程中根据施工监测的成果对误差进行分析、预测和对下一立模标高进行调节，以此来保证成桥后桥面线形、合拢段两端悬臂端标高的相对偏差不大于规定值，以及确保施工过程中结构的可靠度和安全性，保证桥梁成桥线形符合设计要求。

大跨度连续梁桥悬臂施工不同的合拢顺序对梁体预拱度的设置相差较大，虽然，在跨越既有线时，先中跨合拢方案，可较早拆除防护棚架以保证既有线安全畅通，但梁体累积位移较大，在边跨合拢段和中跨合拢段所给的预拱度值都较大，对线性控制工作的要求也较高，容易导致合拢精度不高，成桥线形偏离设计较多。而先边跨合拢方案，梁体变形较小，对线性控制有利，应优先采用。

本文对合拢方案的分析得出对施工安全和桥梁线形保证有意义的结果,对类似桥型的工程施工有参考价值,值得在工程中继续推广研究。

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