大跨度分段施工连续梁线形控制技术研究

徐为民

中铁十局集团有限公司 山东济南 250101

连续梁桥其施工过程比较复杂，将经历0#-1#梁段施工、悬臂梁段的施工、边跨现浇段的施工、中跨合龙等一系列施工过程。施工过程中将受到许许多多不确定因素的影响，包括设计计算、材料使用性能、施工荷载、大气温度、混凝土的收缩徐变等诸多方面在理论状态与实际状态的差异。所以对施工状态进行实时识别（调整）、调整（纠偏）、预测，使现场施工处于有效的控制中，对顺利合拢是至关重要的。施工监控的原则是线形监控为主和应力监控为辅，以现场张拉前后的标高比对为主要依据，在施工过程中采取如下的控制策略：以悬臂节段空间位置及主桥各关键部位的应力状态两项指标为控制标准。桥面铺装完成后，复测桥面标高，与设计标高进行对比，绘制主桥标高线形图，实际标高与设计标高走势趋向接近，将认为该桥线形较好[1]。

1 工程概述

蓬莱路跨派河桥主桥设计采用（75+128+75）m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁，主桥下部结构采用三柱式桥墩，钻孔桩基础。主墩单个墩身顺桥向宽度为4m，横桥向宽度为3．5m。承台厚度3．8m，平面尺寸为 16．5m×10．8m，桩基为 11根Ф1．8m的钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计。过渡墩采用三柱上接盖梁形式，钢筋混凝土结构，墩柱为直径2．2m圆形断面。承台厚度为3m，平面尺寸为14×6．25m。基础采用6根Ф1．5m的钻孔灌注桩，桩基按摩擦桩设计。主桥上部结构采用（75+128+75）m三跨变截面预应力混凝土连续梁，箱梁为单箱双室结构，顶板宽22．5m，底板宽14．5m，箱梁高度按2次抛物线，从跨中处3．4m变化至距主墩中心2．0m处7．7m。主桥箱梁顶板厚度为0．28m，底板厚度按照2次抛物线，由跨中的0．3m变化至距0号块中心线4m处的0．895m。箱梁腹板厚度1-8号梁端采用0．9m，9号梁段由0．9m直线渐变到0．7m，10-15号梁段采用0．7m，16号梁段由0．7m直线渐变到0．5m，17-19号梁段采用0．5m。全桥共计23个节段，0#、1#在墩顶处现浇，边跨19#、20#、21#、22#块为边跨现浇段，中跨19#块为合龙段。主梁采用三向预应力体系，纵向预应力筋分别采用φs15．2-19、s15．2-15钢绞线；顶板横向预应力筋采用φs15．2-2钢绞线；竖向预应力采用Φ32螺纹钢筋。箱梁纵向悬浇分段长度为（7×3．0m+8×3．5m+2×4m），箱梁墩顶现浇块件（即0、1号块）总长12．0m，中跨合拢段长度为2．0m，边跨现浇段长度为11．92m。连续梁施工工艺流程图如图1所示。

2 线形质量控制

2.1 施工监控主梁预拱度的计算

蓬莱路跨派河桥采用有限元软件MidasCivil来建立有限元模型,全桥施工阶段的预拱度按照施工过程的合计挠度（包括成桥十年收缩徐变+0．5倍活载挠度（考虑长期效应的挠度增长系数）+挂篮弹性变形），取反号进行抛高，即为预拱度[2]。十年徐变收缩、汽车活载变形由Midas软件建模而得，挂篮弹性变形：挂篮在首次使用前需要进行预压，预压荷载不应小于支架承受的混凝土结构恒载与模板重量之和的1．1倍，以消除支架的非弹性变形并测量支架的弹性变形量，预压采用混凝土块逐级施加荷载，直到预压的荷载达到要求后再逐级卸载。记录相关原始数据，根据测量数据计算出支架的非弹性变形和弹性变形，从而确定支架的预留沉落量，以此为依据对底模的标高进行调整，确保箱梁底标高和线形符合设计要求。初步计算蓬莱路跨派河桥施工预拱度线形如下图2所示。

图1 连续梁施工工艺流程图

图2 左右幅（75+128+75）m连续梁桥施工预拱度图（抛高线形）

2.2 主梁应力监测

（1）测点布置。主梁上应力测点，选择9个截面进行应力测点布置，具体位置见下图3所示。

测点总体布置情况为每主梁根部左、右侧有应力测试断面，如图4所示。各主梁跨中及主梁的L/4处均布有应力测试断面，如图5所示。实际测点布设根据施工监控及施工情况确定。

图3 应力测点截面布置图（单位：m）

图4 主梁应力测试断面测点布置示意图

图5 主梁应力测试断面测点布置示意图

（2）测试工况。测试工况主要分三种，对于每一个悬灌梁段要进行两种工况的应力观测，即：

①混凝土浇筑后；

②预应力钢束张拉完成后；

③在悬灌结束及中跨合拢后，复测全桥所有已预埋应变计。每种工况应力观测结束后，计算相应各点的应力变化，与计算值进行对比分析。

2.3 主梁线形测量

主梁线形测量包括施工过程中主梁底、顶面标高测量和成桥线形测量两部分内容。由于本桥采用悬臂施工法，每施工节段的标高即每个节点坐标位置的变化与偏离都可能造成合拢困难，影响最终成桥线形。为保证桥梁线形符合设计要求，必须在主梁施工过程中进行线形控制。线形测量的主要内容有：

（1）主梁底板、顶板标高测量。测点布置：每节段施工完成后，测量该节段的标高及相邻3个节段的标高变化，顶板测点布置见图6所示。测点采用Φ16的短钢筋制作，钢筋下口焊于底层钢筋上，顶部磨圆露出端部堵头板1cm，采用红油漆标记。底板测点在高、中、低腹板的端头板处进行测量。

主梁标高测量按以下四个工况进行：①混凝土浇筑前；②混凝土浇筑后；③预应力钢束张拉前；④预应力钢束张拉完成后。

四阶段的观测方法中阶段①、②的测量数据之差反映箱梁节段混凝土重量产生的挠度效应，阶段②、③的测量数据之差反映箱梁在等强时间内由收缩徐变产生和环境影响的挠度效应，阶段③、④的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应。

图6 主梁挠度测点示意图（单位：m）

（2）成桥线形测量。主桥中跨合拢后，在强度达到设计值后进行预应力张拉，张拉完成后拆除挂篮，在沥青铺装层施工完成后我们对主桥每一节块的标高进行复测，分别选取桥面两个点：距高侧翼缘0．5m处、距低侧翼缘6．5m处，如图7所示。

图7 桥面标高测点布置示意图（单位：m）

3 观测分析

3.1 应力测试成果及数据分析

跨派河桥所选混凝土为C55，C55混凝土轴心抗压强度设计值为35．5MPa，轴心抗拉强度设计值为2．74MPa。从图8得整个施工状态受力处于安全可靠状态，且实测应力值与理论值变化趋势一致，在可预计的范围内变化。

图8 15号墩左幅1-1截面应力图

3.2 成桥线形标高监测成果分析

成桥理论线形综合考虑了10年混凝土收缩徐变的影响以及活载作用等因素的影响，从实测数据来看，桥面线形与理论线形相比吻合较好，基本在正负3cm以内，且平均差值为2．2cm,精度较高。图9，图10为桥面初次铺装低侧翼缘和高侧翼缘的标高。图11为成桥后实物图，由实物图可看出本桥线形控制及施工较为成功[3]。

图9 左幅低侧翼缘桥面初次铺装标高

图10 左幅高侧翼缘桥面初次铺装标高

图11 成桥后现场实物图

4 结语

在蓬莱路跨派河桥的施工过程中，线形控制分别从节块施工过程中标高测量比对、主梁应力两方面进行展开，并根据测量数据及对测量数据分析得到的结果，及时调整施工预拱度，保证了连续梁体系转换的顺利进行及中跨合拢无差别的顺利完成。主要结论如下：

（1）从主梁施工过程中竖向位移的测量结果来看，主梁的竖向位移略大于理论计算结果，但主梁的位移仍在监控预测的范围内变化，处于受控状态，满足要求。

（2）从主梁的应力计算和测量结果来看，施工过程中和成桥状态的应力水平很低，且实测结果与理论值在变化值上基本是接近的，说明主梁应力变化安全可靠。

（3）在主梁的悬臂浇筑过程中，通过理论模型计算与现场监测相结合，并在施工过程中根据施工监测的数据进行误差分析，对每个施工阶段进行预测控制，即施工预拱度。合理地确定了每个施工过程中梁段立模标高。最终确保了连续梁顺利合龙，且合龙误差小，成桥后线形平顺、受力合理，达到预期控制目标。