大跨径刚构桥梁施工控制技术分析

苏强

摘要：文章以广西梧州西江三桥工程项目为背景，分析了大跨径刚构桥施工过程的控制技术，重点讨论了主梁、挂篮等结构的施工控制技术，并对影响施工控制的各方面因素进行了总结，为国内同类型大跨径刚构桥的施工控制提供经验借鉴。

关键词：刚构桥;大跨径;施工控制;技术

0 引言

大跨径刚构桥的施工技术十分复杂，需要结合施工现场和施工方案考虑的方面很多，如桥体结构安全性和稳定性等，而制约该类型桥梁施工控制措施的因素也有很多，如桥梁设计结构参数、施工工艺、监测技术和施工环境的温度变化等。为此，大跨径刚构桥的施工控制技术一直都是业内关注的重点课题。本文依托西江三桥工程项目背景，对大跨径刚构桥施工控制技术进行了深入研究。

1 项目背景

西江三桥工程项目为广西梧州南环和东环快速干线的重点项目，北起站前快速路，南至苍梧公路，横跨梧州西江主河。该工程项目的主桥上部结构为（108+3×188+108）m连续刚构，引桥上部结构为30 m混凝土空心板，整桥左、右幅构造分别独立，桥位下层地质构造为花岗岩分布，道路等级为城市快速路，主线设计时速为60 km/h，车辆载荷为公路Ⅰ级，人群载荷为3.0 kN/m2，通航水位设计高程26.52 m，为Ⅰ级通航标准。该桥梁设计使用寿命为100年，于2017年4月份正式通车[1]。西江三桥施工现场如图1所示。

2 施工控制影响因素

2.1 结构参数

结构参数属于大跨径刚构桥梁施工控制系统中进行模拟和分析的主要方面，結构参数是否准确决定了模拟和分析的最终结果。结构参数包括：构件截面尺寸、材料的弹性模量和容重、施工载荷和预应力等。西江三桥主梁使用C50型混凝土，其弹性模量为3.5×1010 Pa，容重为2.5 kN/m3;桥墩使用C40型混凝土，其弹性模量为3.2×1010 Pa，容重为2.5 kN/m3。采用低松弛钢绞线，抗拉强度为1 840 MPa，其弹性模量为1.85×1011 Pa。构件截面尺寸的偏差将引起截面特性改变，进而影响桥体结构内力、形变等部分的分析准确性，在施工控制过程中，应对结构尺寸采取动态控制和分析策略。材料弹性模量和容重与结构形变的作用关系，在超静定结构情况下更为明显，必要时应进行材性试验，及时修正控制模型中的弹性模量数值。在西江三桥的施工控制过程中，挂篮及临时构件载荷所引起的形变影响不能忽略，预应力刚构桥形变因素还应考虑其他影响因素，如张拉设备、管道阻力和钢束断面尺寸等，在实际的施工控制过程中对其数值作出合理预估。

2.2 施工工艺和监测技术

西江三桥工程在满足施工工艺要求的情况下，还考虑到因实际环境条件而引起的误差，如预制件加工、存放和安装等部分，使全过程施工状态可控。值得注意的问题是，在温度、应力、形变等监测过程中，所使用的监测仪器、设备在使用和安装过程中也会存在一定的工程误差，这其中包括数据采集和施工环境匹配等方面，在施工控制策略中应予以充分考虑并适时调整和优化。

2.3 温度变化

大跨径刚构桥施工过程中必须考虑到温度变化因素，如季节、光照、雨水等方面所引起的温差变化。该工程项目位于亚热带季风气候区，年均温度为21.5 ℃，最低温度为1月（11.2 ℃），最高温度为7月（28.5 ℃）。施工控制中将特定的理想温度状态作为可控因素，将温度变化引起的结构受力或形变因素进行适当过滤，在进行施工监测数据采集时，选取一天当中温度变化程度较小的清晨时段进行，对于因季节性变化而引起的温差残余影响可通过一定的修正措施进行控制。

2.4 混凝土收缩徐变

在大跨径刚构桥施工中，混凝土材料的收缩和徐变将引起超静定结构出现次内力，并对形变产生一定影响，这种情况多由于施工过程中的混凝土加载龄期较短或各段龄期差异性较大引起，施工控制过程中应使用较为合理的徐变参数或模型来验证。在悬臂浇筑法大跨径刚构桥施工中，如果主梁两侧悬臂的施工进度不一致时，可引起悬臂合龙所耗的时间不同，进而带来不同程度的徐变形变，且通常情况下对这类徐变形变的评估较难掌控，因此很容易发生合龙困难的情况，使得桥体的结构附加应力变大[2-3]。

西江三桥施工控制影响因素如表1所示。

3 桥体结构施工控制

3.1 结构形变控制

在西江三桥工程施工中，桥梁结构会发生一定的形变（挠曲），影响桥梁结构形变的因素很多，其会使得桥体结构实际位置在施工中发生改变（立面标高和平面位置等），应进行施工控制以使桥体结构的实际位置与预期状态相符，使成桥线形满足施工标准规范要求。施工过程中的几何控制参数通常包括标高、合龙误差、轴线偏移和倾斜度等。当前悬臂浇筑施工的误差控制标准为：成桥后的线形与方案线形误差≤±50 mm;合龙后的相对高程误差≤±20～±30 mm。[JP]具体数值由该桥跨径决定，相对高程误差控制通常以成桥后1 000 d的状况为影响条件，特殊情况时可适当延长影响时间。

3.2 结构应力控制

桥体结构以成桥状态受力特点来决定是否进行施工控制，以结构应力的监测来判断具体状态。如果实际应力情况与工程方案设计的误差较大，应查找具体原因并及时调控，使偏差在工程标准的规定范围以内。具体来说，控制包括以下几部分：桥体结构自重应力部分（实际应力与设计方案应力误差≤±5%）;载荷情况下的结构应力（实际应力与设计方案应力误差≤±5%）;除张拉双控外的结构预应力（伸长量误差≤±6%），还包括管道阻力等方面的因素;温度应力;混凝土徐变应力;其他应力。上述工程参数由桥梁施工标准规范给出。

3.3 结构稳定和安全控制

桥体结构稳定性与工程的质量和安全性密切相关，与桥梁工程的结构强度同等重要，主要由稳定安全系数来衡量，结合桥体结构应力和形变情况来综合判定并进行控制。结构安全控制由形变、应力和稳定控制来综合决定，在某种程度上反映了上述各方面控制的质量，但因桥梁工程质量问题引发的桥梁结构安全问题不属于此种情况。

西江三桥施工控制内容和具体措施如表2所示。

4 主梁及挂篮施工控制

4.1 主梁截面应力变化控制

主梁截面的应力变化控制属于西江三桥施工控制的主要内容，其能够直接体现主梁的受力情况，是西江三桥桥体结构性能评估的主要指标。根据西江三桥的现场施工情况，采用自动式应变感测技术，预先埋设一定数量的传感器，将数据传输到位于桥墩处的中转箱，再将获取的数据发送到远程监控中心的计算机上，实现全天候不间断监测。

4.2 主梁挠度实时控制

主梁挠度的变化特征较复杂，几乎时刻都在发生变化，其变化通常与外载荷变化、自身收缩徐变等有关。外载荷变化一般由具体施工工序引起，例如混凝土预制件施工、预应力张拉和挂篮移动等环节中都会引起撓度迅速变化，但与时间的关联度不大。由混凝土收缩、徐变引起的挠度随时间变化较缓慢，变化过程一般呈指数趋势，即前期较快而后期较慢。当环境温度发生改变后，主梁和墩身内部温差引起挠度改变，这类挠度的变化具有一定的周期性和往复性，且变化幅度很大。

4.3 挂篮结构安全性控制

这部分内容应考虑到西江三桥的挂篮自重、各节段混凝土重量、施工机械载荷、施工人员载荷以及振动器的自重等。混凝土浇筑过程中，应先确保各节段混凝土已经完成浇筑，暂不考虑混凝土在初凝阶段对于结构体带来的影响。假定各节段混凝土重量已完全作用在挂篮，在相应的载荷组合中应分别求出底篮、吊杆和主桁、后锚等构件的刚度，综合上述各类因素来验算挂篮的结构安全性，在行走情况下也应严格验算挂篮结构的整体安全性[4-5]。

西江三桥结构应力对比分析控制流程如图2所示。

5 结语

大跨径刚构桥施工控制技术除本文所研究的这些方面外，还涉及很多其他部分，如立模标高控制、合龙段误差控制和基础沉降的监测控制等。这些施工控制环节既相互联系又彼此影响，需要从桥梁工程的整体设计方案中综合考虑。本文对西江三桥工程项目的施工控制技术进行了探讨，主梁和挂篮等结构的施工控制部分研究内容具有一定的创新性，提出了桥体结构应力对比分析控制流程，使该工程的施工控制方案更具有针对性。本文内容在大跨径刚构桥的施工控制研究领域中具有一定的示范意义。

[1]项海帆，徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[2]楼庄鸿.国内外大跨径桥梁的现状和发展趋势[J].中南公路工程，1993（2）：54-61.

[3]周军生，楼庄鸿.大跨径预应力混凝土连续刚构桥的现状和发展趋势[J].中国公路学报，2000，13（1）：31-37.

[4]杨高中，杨征宇，周军生，等.连续刚构桥在我国的应用和发展[J].公路，1998（6）：1-7.

[5]杨 胜.高墩大跨连续刚构桥悬臂施工线性控制及应力监控研究[D].长沙：长沙理工大学，2006.

作者简介：苏 强（1983—），工程师，公路工程一级建造师，从事公路工程项目管理工作。