连续梁悬臂挂篮施工线形监控解析

李 丹

(中铁十二局集团第七工程有限公司, 湖南长沙 410004)

1 工程概况

石长铁路增建二线工程沅江特大桥全长3.737 km，共有三联连续梁结构，其中跨越沅江的(62+4×96+92+66)m连续梁采用挂篮法悬臂现浇施工。

(62+4×96+92+66)m连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=270.702 m。中支点处梁高7.6 m，跨中梁高为4.0 m。箱梁顶宽8.5 m，底宽4.8 m，顶板厚度32 cm，腹板厚度45～57.5～70 cm，底板厚度46～95 cm，全桥共有7个合龙段，合龙段长度均为2 m。

2 线形监控的特点

挂篮法悬臂现浇连续梁桥在其实际施工中会与设计有一定差异，节段立模、测量误差以及环境变化对结构变形的影响等因素在设计过程中是无法准确预测的。如果已施工段出现线形误差，误差将永远存在只能通过立模标高消除残余误差，有时需要调整几个梁段才能完成。为保证连续梁在成桥时的线形状态可知、可控，使成桥线形满足设计要求，必须进行有效的线形监控。

3 线形监控的分析方法

线形监控是严格控制每一节段梁体的竖向挠度，若有偏差且偏差较大时，就要进行线形误差分析并确定调整方案，为下一节段梁体调整做好准备。由于在施工过程中对已成型的状态是无法进行事后调整的，故针对主梁的结构与施工特点，沅江特大桥连续梁线形监测采用桥梁博士，MIDAS软件对桥梁结构进行仿真计算，建立有限元模型，按照连续梁实际施工过程顺序进行结构变形和受力分析，得到各个节段设计变形和受力状态，并对施工中的影响因素加以考虑，进行前进分析和倒退分析，确立模标高。

(1)前进分析：若反馈控制分析后预留拱度误差分布具有明显的方向性，则需调整参数进行前进与倒退分析改变理想状态，使系统趋于稳定。前进分析的目的在于确定成桥结构的受力状态，其计算的特点是：随着施工阶段的推进，结构型式、边界约束、荷载型式在不断改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变。因而，前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。这种按施工阶段进行的结构分析就称之为前进分析。

(2)倒退分析：倒退分析的基本思想是，假定t=t0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果,线形满足设计轴线在此初始状态下，按照前进分析的逆过程,对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响。在一个阶段内分析得到的结构位移、内力便是随后理想状态。

倒退分析与前进分析恰好相逆，由于中等跨径连续梁桥结构的非线性效应可以忽略，倒退分析则只根据桥面设计曲线与前进分析计算的各施工阶段的内力值倒退计算出各阶段的状态过程曲线及预留拱度曲线。

4 立模标高的确立

在悬臂挂篮施工过程中，梁段立模标高正确与否是直接关系到梁体线性、梁体结构内力是否合理的关键问题，因此在确定立模标高时的考虑因素必须符合梁体实际结构状态，而且加以正确的控制，确保最终梁体线形平顺、合理。

立模标高并不等于设计图纸中的标高，一般要通过设置一定的预拱度来抵消梁体施工中的各种变形(竖向挠度)，确保桥梁建成后的标高与设计标高相吻合。计算公式如下：

H=h1+f2+f3+f4

(1)

式中：H为节段施工中的立模标高；h1为节段梁体设计标高；f2为挂篮变形值；f3为由本节段及后续施工阶段梁段自重在节段产生的挠度总和；f4为由本节段张拉、混凝土收缩、徐变、施工临时荷载等产生的挠度总和。

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，其他影响因素通过进行线形监测并进行前进分析和倒退分析计算中加以考虑。

4.1 挂篮加载试验

4.1.1 挂篮加载预压的目的

(1)检验挂篮构件的安装质量; (2)检验挂篮整体受力是否达到设计和规范要求；(3)检验其承载能力和消除非弹性变形，并实测挂篮的弹性变形值；(4)根据挂篮试压加载各项测试结果，绘出挂篮荷载—挠度曲线，阶段浇筑过程中线形控制提供可靠依据；(5)检验安全与稳定性。

4.1.2 挂篮预压加载

4.1.2.1 测点布置

当底模安装完成，外侧模板移动到位后，可进行测量点布置，测点用红漆做记号。设置2个观测断面，对称设置在大小里程的挂篮端。每个断面设5个观测点，共10个观测点(图1、图2)。

图1 挂篮预压测点布置

图2 65#墩挂篮加载预压

4.1.2.2 挂篮加载预压及卸载

预压最大荷载按(120 %梁体重量+内模重量+支撑重量+施工荷载)计算，在加载前要测量点位原始标高，在加载过程中依次按照40 %、80 %、100 %、120 %进行加载并进行标高量测，加载完成后每1 h进行一次标高量测直至变化量小于1 mm视为稳定。稳定后按加载反向程序依次卸载，以防出现偏压失稳等不安全因素。卸载完成后，对各观测点进行测量、记录。

4.1.3 数据分析整理

在荷载作用下，挂篮变形主要为弹性变形和非弹性变形。本桥连续梁挂篮弹性变形主要由挂篮钢结构的挠度变形组成；塑性变形主要是挂篮各连接部件的空隙压缩。根据观测数据进行整理计算得出总变形量、非弹性变形量和弹性变形量并绘制出悬臂挂篮荷载—挠度曲线图(图3)。

图3 挂篮荷载—挠度曲线

4.2 节段施工过程中的线形监测

4.2.1 线形控制观测点布置

在每个施工块件上布置3个对称的高程观测点，高程控制点布置在离块件前端20 cm处。采用Ф16钢筋，垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢并要求竖直，Ф16钢筋下端要顶在模板上。为避免测点露出钢筋弯曲引起标高测试失真，不得过长，测点钢筋露出箱梁混凝土表面2 cm，测点磨平并用红油漆标记(图4)。

(a) 横断面布置示意

(b) 纵断面布置示意

4.2.2 节段施工过程中线形监控

在节段施工过程中对每一阶段的主梁施工，都需要观测梁体的挠度变化；①在立模后节段浇筑前。②节段浇筑后。③预应力张拉前。④预应力张拉后需要观测其挠度变化，以便得出梁体实际形变值，为节段施工中模板立模标高提供依据。在进行这些观测的同时，还需要进行梁体温度(或环境温度)测量，以便考虑温度的影响。

4.2.3 线形监控数据分析

全面考虑影响梁体状态的各种因素和施工所要达到的目标后，随着施工的进展，根据现场的实测数据对计算参数进行了必要的修正，进行前进倒退分析，使施工沿着预定状态进行，如此循环(表1、图5、图6)。

表1 66#墩连续梁9#节段线形监测数据 m

图5 66#墩9#块混凝土浇筑前后梁体实际线形与理论线形对比

通过监测数据的对比分析可以发现：悬臂施工阶段梁体实际线形与理论线形比较接近,每阶段结束后对实际线形与理论线形进行对比,若发现误差,及时在下一节段进行立模标

图6 66#墩9#块预应力张拉前后梁体实际线形与理论线形对比

高调整,保证线形控制的顺利进行，直至施工完成达到设计相符合的结构状态。

5 结束语

沅江特大桥连续梁悬臂挂篮施工过程完成后合龙误差在1 cm以内，满足设计线形要求。根据沅江特大桥悬臂挂篮施工线性控制经验提出以下几点注意事项：

(1)施工前建立统一的高程测量控制网，高程控制点是线形控制点观测的基础点，应保持其稳定性和精确性，同时为方便施工过程中的线形监测应将控制点引到主墩0#块中心，为线形观测提供基准，并定期复核。

(2)在施工过程中要勤观测，勤复核，掌握梁体实时变化情况，才能对梁体结构变化和梁体线形调整提供依据。

(3)在混凝土浇筑前要复核模板标高，防止在绑扎钢筋的过程中对模板造成影响，确保浇筑前模板位置的准确性。

(4)在模板调整过程中遵照“宁高勿低”的原则调整。

本文以沅江特大桥的线性控制为工程实例，对线形监测的方法及立模标高的确立做了解析，为以后悬臂挂篮施工线性控制的研究与分析，有参考和借鉴意义。

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