高速铁路大跨度连续梁拱施工监控要点探讨

吴 波 中国铁路上海局集团有限公司上海华东监理公司

1 花岗特大桥（90+180+90）m连续梁拱简介

1.1 主梁设计要点

主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度直腹板箱型截面，跨中及边跨处梁高5.5 m，0#块处梁高11 m。箱梁顶宽14.2 m，（0#块处局部顶宽16.5 m）。

箱梁于各吊杆处共设18道吊点横梁，吊点间距为9 m，吊点横梁高分1.5 m、1.4 m两种，横梁厚0.4 m。

主梁设纵向、横向和竖向三向预应力，纵向预应力采用19-Φ15.24 mm、16/14-Φ15.24 mm三种规格预应力钢束；横向预应力采用5-Φ15.24mm钢束；竖向预应力采用直径Φ32 mm的高强精轧螺纹钢；0#块段只设纵向和竖向预应力，其他块段设纵向、横向和竖向三向预应力。

1.2 拱肋设计要点

连续梁拱为下承式桥梁，主梁为预应力混凝土结构，连续梁拱采用钢管平行拱肋，计算跨度L=180 m,设计矢高f=36.0 m，矢跨比为f/L=1/5。施工拱轴线采用二次抛物线，拱肋于拱顶位置设置最大126 mm预拱度。全桥单榀拱肋设置18组平行竖向双吊索，吊索顺桥向间距9.0 m。连续梁拱由两榀平行钢管拱肋、风撑、吊索、附属结构以及混凝土连续梁组成。其中拱肋、风撑和附属结构采用钢结构。

主拱：主拱为钢管混凝土结构，采用等高哑铃型截面，截面高度为3 100 mm，由上、下两个单圆钢管和中间两侧腹板焊接而成。

拱肋上、下弦管内部沿着拱轴线设置36道加劲箍，并在拱顶设置一道混凝土灌注隔仓板，把主拱上、下弦管分为两个腔室。

风撑：两侧拱肋之间共设9道风撑，风撑采用空间桁架结构。

吊索：全桥单侧拱肋共设18组双吊索，吊索采用LZM（K）7-1型吊索系统，吊索索体采用PES（FD）低应力防腐索体（平行钢丝束）。吊索上端穿过拱肋，锚于拱肋上缘张拉底座，下端锚于吊点横梁下缘固定底座。吊索内设磁通量传感器便于对施工过程及后期吊索应力进行长期监测。

1.3 主要施工方法

连续梁拱主梁采用挂篮悬臂灌注工艺，0#块与边跨直线段设置落地式螺旋钢管支架，主跨与边跨中间节段共计79段，采用挂篮悬臂法施工，边跨与主跨利用挂篮承托模板结构合拢。拱肋采用在已经合拢的混凝土主梁上预埋钢板，搭设支架，原位逐段现浇。

2 主梁悬浇施工的线型监控

本联连续梁桥面设计为无碴轨道，对高程要求精度高，且跨度大；为保证梁体线型美观，委托有资质的第三方编制监控方案，并全程驻现场监测，严格对箱梁的高程、轴线进行控制，确保合拢精度。

图1 施工监控流程

2.1 施工监控流程

在各施工阶段中,根据状态变量的实测值与相应理论值的差值对影响参数进行误差识别；根据已施工梁段的影响参数识别结果，对未施工节段的相应参数进行误差预测；计算影响参数的误差对成桥标高的影响，求出各节段标高的调整值（图1）。

2.2 箱梁中线控制

利用导线点计算出各节块端截面中心点坐标，采用全站仪现场测放。

（1）0#节施工完毕，利用导线控制点测放出0#段中心作为顶板中心控制点，箱梁底板根据引设临时中线控制点，并预埋钢板固定。

（2）利用顶底板各临时中线控制点，分别计算出各节段端截面中心位置坐标，测放时，利用全站仪确定方向线，在已完成的前一节段的顶底板上用墨线弹出。

（3）立设模板时，依据已弹出的节段中心控制线拉线吊垂球定位、固定。

（4）随着节段的延伸、底板标高根据抛物线的设置而抬高，影响到底板中线测量视线时，将中线临时控制点前移，埋设钢板固定，按前述方法继续测放。

（5）为保证测放精度，各临时控制点每施工二个节段后联测一次。

2.3 断面尺寸控制

在挂篮模板设计时，适当减小了底模同已完节段的搭接长度；利用腹板通气孔，在待浇段适当增加横向对拉杆，保证各节段间接缝的平顺；在砼浇筑前仔细检查与已浇节段搭接处各吊点的牢固性，亦可用千斤顶吊杆施加一定的预应力，抵消沉降，减少搭接面的错台；认真复核模板尺寸，确保梁体结构尺寸的准确性。

2.4 箱梁高程控制

在主梁的悬臂浇筑过程中，梁段立模标高的合理确定，是关系到主梁的线形是否平顺、是否符合设计的一个重要问题。立模标高通过理论计算后，需和现场实测数据进行对比和分析，根据现场实际情况不断的调整和修正。

立模标高理论计算公式如下：

式中：Hlmi--i节段立模标高（节段上某确切位置）；

Hsji-i节段设计标高；

∑f1i--由各梁段自重在i节段产生的挠度总和；

∑f2i--由张拉各节段预应力在i节段产生的挠度总和；

∑f3i--混凝土收缩、徐变在i节段引起的挠度；

∑f4i--施工临时荷载在i节段引起的挠度；

∑f5i--使用荷载在i节段引起的挠度；

∑fgi--挂篮变形值。

其中挂篮变形值是根据挂篮加载试验，综合各项测试结果，最后绘出挂篮荷载--挠度曲线，进行内插而得。而∑f1i、∑f2i、f3i、f4i、f5i五项在前进分析中已经加以考虑。

预计标高的计算公式为：

式中：Hyji--i节段预计标高；

fi--块件浇筑完成后，i节段的下挠值。

2.5 挠度观测

连续梁桥挂篮悬臂浇筑每一个箱梁节段分三个阶段，在挂篮前移后、浇筑混凝土后和张拉预应力后，均需对已施工箱梁上的监测点进行观测。根据汇总的实测挠度，通过计算分析，预测下一节段的立模标高，以使悬臂的施工状态最大限度地接近设计状态。为尽量减小温度的影响，观测安排在早晨太阳出来之前进行。观测采用精密水准仪、全站仪等测量仪器。

2.6 立模标高的调整和修正

通过对各工况的线形进行监控，绘制各工况下的理论上挠度曲线与实测上拱度曲线的关系图，当偏差值很小可根据曲线关系预出下一工况的变形情况：

节段理论标高=桥面设计标高+挂篮的变形量+工况的预拱度（设计提供）。

当两条曲线没有规律并且偏差很大时，分析原因，并报请设计单位修正理论上拱度值。对设计参数进行识别与修正，提前预测梁体变形情况：

标高控制线=桥面设计标高+该梁段张拉前的预拱度+线形调整值

3 拱肋安装的线形监控

3.1 钢管拱肋安装监控

为保证现场各段拱肋的安装精度，从拱肋车间制作到现场安装焊接的各作业工序中主要采取以下几点控制措施。

（1）拱段在试吊过程中，通过手拉葫芦调整拱肋上端口和下端口之间的高差，使试吊时拱段线形靠近理论轴线。

（2）拱肋吊装到对应位置后，通过匹配件把上、下段拱肋临时连接，控制拱肋的纵、横向位置；为了防止拱肋对接口处误差对拱肋对接产生影响，在腹板处制作嵌补段，待拱肋对接处焊缝焊接完成后再进行组装，同时加对接缝处补强圈。

（3）分别通过竖向和横向千斤顶进行竖向高度偏差和横向轴线偏差的纠偏。拱肋测量控制点分别为拱段的上端口底部、下端口底部以及锚管的底端，根据建模放样精确计算出各控制点坐标。下一拱段定位前，必须复测前一拱段的定位精度，确认合格后方可进行下一拱肋的定位安装。

（4）拱肋现场对接焊缝采用对称施焊的方法进行，避免由于焊接变形引起的线形偏差，在焊接过程中要实时对以上各控制点进行复测，当发现线形偏差超出允许范围时，应停止焊接，研究并制定纠正措施。

（5）基准点放样采用后方交会法设置在连续梁两端梁面上，拱肋节段拼装过程控制点采取"穿线"方式进行放样，确保全桥拱肋线形。

（6）通过计算软件对施工过程进行模拟分析，计算拱段架设、管内注浆以及吊索张拉过程中主拱轴线及标高变化理论值，与监控实测数值比较，当超出允许偏差范围，应停止施工，制定调整整改措施。

3.2 混凝土压注线形监控

混凝土压注时，在拱脚、1/4L、1/2L等位置监测拱肋线形的变化。

3.3 吊索初张拉和成桥后终张拉过程中的索力监控

索力监控主要在初始张拉、成桥后终张拉两个阶段，吊索张拉以张拉力为主、伸长量为辅的双控法。

4 结论与体会

大跨度连续梁拱施工监控，按照施工顺序分为挂篮现浇主梁施工阶段与拱肋安装（含成桥后的索力调整）阶段的监控，是一种动态的递进关系。施工监控是一个系统的动态过程，监控指标主要为线形、应力、温度、索力，施工过程中的原材料、温度、混凝土弹性模量值、预应力施加等对线形均会产生动态影响，通过以上监控项目与动态调整，确保结构在施工中应力、变形与稳定状态在允许范围内，从而确保施工阶段桥梁结构的安全以及竣工后桥梁的内力和线形最大限度符合设计目标状态。