跨海桥梁超高渐变段预制和安装控制技术

2013-06-30黄跃王敏刘景红余涛郑和晖

中国港湾建设 2013年1期

黄跃，王敏，刘景红，余涛，郑和晖

（1.中交第二航务工程局有限公司技术中心，长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室，湖北武汉 430040；2.中交二航局第二工程有限公司，重庆 400042）

0 引言

厦漳跨海大桥工程起于在建的厦门至成都国家高速公路（厦门海沧至漳州天宝段）青礁枢纽互通，跨厦门湾经海门岛，止于漳州龙海后宅，与招商局漳州开发区疏港一级公路和在建的招银疏港高速公路相连接。厦漳跨海大桥北汊南引桥K3+795～K6+007.4段，为双幅70 m和66.7 m连续箱梁桥，采用短线匹配预制、拼装设计与施工，且位于R=1690 m的平曲线上。箱梁截面为单箱单室结构，梁高3.8 m，顶宽15.9 m，底宽6.7 m。腹板厚度0.5～0.8 m，顶板厚度0.27 m，底板厚度0.25～0.8 m。梁体标准节段长度分别为3.15 m、3.5 m、3.525 m、3.74 m、4.0 m（墩顶 0号块）（如图1所示）。

图1 结构布置图

厦漳跨海大桥自里程桩号K3+799.708～K3+940.333和K4+838.868～K4+979.493段，设有缓和曲线超高段，其横坡值从-2%到3%，最大变幅为5%，超高段采用箱梁结构扭曲调整，而非桥面辅装调整方式，因而导致该段内的箱梁结构产生扭曲现象，使得梁段横断面尺寸产生变化，这与以前的短线匹配法流水作业的作业原理即在相同的模板系统内完成多榀或全部梁段的预制相违背；同时，梁段的扭曲带来了控制数据的微变，即平面控制点和标高控制点位置偏移。因此，超高段空间扭曲箱梁节段预制是重点。

采用上行式架桥机平衡悬臂对称拼装，梁段预制安装数量如表1所示。

表1 预制节段数量表

1 超高渐变段梁段预制

厦漳大桥北汊南引桥变横坡的超高渐变段节段为空间扭曲箱梁，节段预制是整个预制过程中的难点。如何在预制台座上重现缓和曲线变横坡段相邻梁段间相对的空间几何姿态，是梁段预制过程中亟待解决的关键问题。

空间扭曲桥梁一般可用梁上的一条参考线及在该条参考线上的横坡来描述其三维空间内的线形与姿态。通常，参考线取为梁顶的中心线，而横坡即为对应于参考线之上截面顶缘的横坡。于是，空间扭曲箱梁结构线形与姿态可用图2所示。

图2 空间整体坐标系内节段式曲线梁桥的线形与姿态

1.1 平曲线节段预制

将图2中所述的折线段投影至平面内，投影产生的折线段用来拟合平曲线，平曲线节段预制时，根据拟合的平曲线中各线段间夹角，将节段从浇筑位置移动到匹配位置上，在相应水平面内转动角度α，以形成需要的折角（如图3所示）。新浇节段的端模位置不动并使其与节段轴线垂直，而新浇节段的匹配端面采用斜面，以便于钢筋骨架制作、剪力键设置和节段外形调整。通过埋在腹板顶面上的四个标高螺栓和埋于顶板中线上的两个倒U形水平定位钢筋，进行节段线形测量和定位检验。

图3 平曲线预制

1.2 竖曲线节段预制

将图2中所述的折线段投影至立面内，投影产生的折线段用来拟合竖曲线。竖曲线节段预制时，根据拟合的竖曲线中各线段间夹角，将匹配节段在相应位置先做标高调整，再于立面内竖向转动角度β，以形成需要的折角（如图4所示）。

图4 竖曲线预制

1.3 扭曲箱梁节段预制

本工程与其他工程的不同之处在于，第一联及第三联的缓和曲线段内均存在横坡逐步变化的超高曲线段，以图2中线段交点处横线的坡度来拟合超高节段的桥面构造，新浇节段的顶面应为双曲面，超高段节段预制时，新浇节段端模位置不动并使其与节段轴线垂直，在匹配节段匹配面顶的中点标高、平面位置调整后，以匹配节段匹配面顶的中点为基点，将匹配节段的匹配面横向转动倾角γ，如图5所示，γ值为相邻横线的坡度值之差。为了使模板系统适应节段外形变化，必须按要求消除限制其扭转的多余约束，通过底部千斤顶调整底模，形成扭曲。

图5 节段超高预制

在预制过程中，依据几何控制理念制定缓和曲线超高渐变段梁段预制控制方案及相应的误差调整方法，即通过已浇筑梁段控制点的实测坐标，经过中交第二航务工程局有限公司技术中心自主研发的《短节段预制拼装混凝土连续梁控制软件视窗系统》计算出控制点在匹配位置处的空间坐标，再现缓和曲线超高渐变段内相邻梁段间的空间几何姿态，图6为短线法预制几何控制流程示意图，在每块梁段的预制过程中，该梁段施工误差将在该块梁段移至匹配梁段的位置时，短线预制拼装混凝土连续梁桥控制软件视窗系统将自动比较匹配段各测点的实测值与本软件所给定的理论目标值的差别并提出匹配梁段各测点目标值。

图6 短线法预制几何控制示意图

2 梁段安装

箱梁节段安装包括墩顶块安装、中跨平衡悬臂“T”构梁段安装和边跨悬挂梁段安装。其中墩顶块采用浮吊安装，中跨和边跨梁段采用两台上行式架桥机安装，中跨梁段安装和边跨梁段安装如图7所示。

图7 梁段安装示意图

2.1 控制流程

在箱形梁段拼装过程中，拼装控制测点与其在预制时所用的几何控制测点相同。如图8所示。

当箱梁在预制构件厂预制完毕时，计算获得按总体坐标系统的几何数据。此竣工数据将与以下因素一并考虑并得出预制箱形梁拼装时按总体坐标系统阶段式的目标几何数据。

图8 安装梁段控制点图

1）墩柱结构及基础预抬值（墩身结构及基础的弹性压缩的预拱值应在形成永久支座的垫石时考虑进去）；

2）墩柱结构及基础按施工阶段的变形值；

3）上部桥梁结构的分阶段的变形值。

以上的总体坐标目标几何数据库将由我公司以图纸的形式给施工部门对整个桥梁的拼装过程进行几何监控。见图9。

图9 短线法安装几何控制示意图

在确定拼装节段理论目标值后，还需结合拼装现场实际情况对几何数据库进行修正。根据实践经验，具体应考虑以下几点：

①节段预制完成后，需称重，比较实际重量与设计重量之差，确定梁体自重误差对悬拼线形的影响；

②在每一节段定位前后都要对线形进行精确测量，及时汇集监控数据并进行分析，总结规律，为下一“T”的悬拼提供参数，调整下一“T”的控制高程。

在第一对箱形梁段的拼装完成后，需获得第一对箱形梁段的竣工几何数据。如果此竣工几何数据超过以下注明的拼装阶段的允许误差范围，现场施工小组应将此竣工几何数据立刻呈报给监控单位以作进一步的调查。监控单位将对其后的箱形梁段的拼装提出调整与补救方案，并提交一套新箱形梁段拼装的目标几何数据。该过程将在随后的箱梁的悬拼过程中按监控单位提供的关键步骤的测量数据不断地重复直到最后一对箱梁拼装完毕。

安装时需随时调整线形，如不及时纠偏，线形误差越来越大，会造成纠偏困难，且不易保证结合面质量。

2.2 拼装线形调整方法

2.2.1 加垫环氧树脂垫片

1）如安装时高程控制点误差超出允许范围，则采取在梁端上缘或下缘垫环氧垫片的方法进行调整。如图10所示。

图10 梁段立面调整示意图

2）如安装时平面控制点误差超出允许范围，则采取在梁段左侧或右侧垫环氧垫片的方法进行调整。

2.2.2 控制临时预应力张拉

在梁段不需要调整的情况下，以上下左右对称张拉为原则，以尽量保证梁段的正位；当需要调整线形误差时，张拉的顺序以先张拉能使梁段向控制方向偏转的临时拉杆为原则，以利于校正误差；比如：假如拉顶板的临时拉杆，则有使预拼梁段向上偏转的趋势，若想使梁段上翘，可先张拉顶板临时预应力，或稍微加大顶板的临时张拉力。同样，若想使梁段下挠，则可先张拉底板的临时预应力，或稍微加大底板临时的张拉力。对于左右方向通过张拉顺序调整，也是同样道理。

2.2.3 其他方法

若梁段拼好后，梁段拼装误差还需要调整，可以适当压重，进行竖向调整。