矮墩連續剛構橋的施工控制方法探討

董道雷

（北城致遠集團有限公司重慶401147）

矮墩連續剛構橋的施工控制方法探討

董道雷

（北城致遠集團有限公司重慶401147）

矮墩連續鋼構體系在施工過程中隨著結構單元數量的增加和荷載逐步變化，其鋼構受力體系要經歷多次體系轉換，是一種復雜的超靜定結構。按照嚴密的施工控制措施，采用線形控制軟件進行數學模型分析，對施工預拱度、主梁梁體次應力等進行嚴格的監控，形成施工、監測、預報、調整、施工的循環過程，完全能夠達到撓幅與內力雙控的目標，確保矮墩連續剛構橋的合龍精度要求。

矮墩；連續剛構橋；施工；控制方法

矮墩連續剛構橋因其橋墩與梁體固結，在主梁混凝土收縮、徐變、體系溫變及中孔活載作用下，主墩將向中孔方向彎曲，當墩身較矮時，這種效應將更加明顯，甚至在各種組合作用下，樁基可能出現上拔力或出現墩身開裂的情形。連續剛構橋的這種受力特點，在市政橋梁設計中其應用受到限制，因而多采用矮墩形式。筆者結合達州市金龍大道跨鐵路矮墩連續剛構橋的施工，就矮墩連續剛構橋的施工控制方法進行探討。

1 工程概況

達州市金龍大道跨鐵路矮墩連續剛構橋橋長254.3m，橫跨達萬線鐵路貨運站，跨徑布置為60+100+60m，橋梁縱坡為4%，雙向橫坡2%，K0+222.02處設置豎曲線，豎曲線半徑為1200m。上部結構箱梁為三向預應力結構，采用雙幅單箱單室箱型截面，下部結構采用雙薄壁矮墩墩身。

2 控制原理

根據達州市的城市總體規劃及控制性詳細規劃，達州市金龍大道跨線橋橋位、跨徑和橋梁豎曲線特征受鐵路線、貨運站、高壓線等周邊環境影響，只能采用矮墩連續剛構形式，其設計安全等級為最高級別。

2.1 矮墩連續鋼構橋施工控制理論分析

本橋橋墩采用雙薄壁墩矮墩連續鋼構體系，剛度較大，在連續鋼構施工過程中，隨著懸掛箱梁的施工進度推進，橋墩墩身將受到橋梁縱向變形影響，會產生較大次內力。根據這種結構特點，按照設計塊段單元，利用結構有限元分析軟件包進行有限元法建模分析，主要是對各節段施工工況下的相應截面的應力、位移進行分析，作為監測和施工控制的依據。

首先進行正向分析：即模擬矮墩連續鋼構橋結構的實際施工過程，同時考慮結構的非線性和混凝土收縮、徐變等問題進行計算分析，從而得到橋梁結構在各個施工階段的位移和受力狀態，作為應力監測的依據。

其次進行逆向分析：即按照矮墩連續鋼構橋梁結構實際施工加載順序的逆過程進行計算，確定施工預拱度及高程，從而指導施工，確保成橋線性狀態與設計吻合。

進行分析時，結構荷載必須考慮全面。結構載荷包括:混凝土自重、掛籃自重及鋼筋、人員和設備的重量，掛籃移動各施工階段的施工荷載，同時考慮二期恒載的重力；預應力索張拉力；溫度荷載、風荷載及與結構的形成過程中有關的荷載，如混凝土的收縮徐變、時間荷載等。這些荷載都會引起結構的附加變形和應力，從而改變連續鋼構橋梁結構的實際形狀和受力狀態。

2.2 矮墩連續鋼構橋梁實際控制分析

矮墩連續鋼構橋梁的特點，其理論分析是前期預測控制，這是主要的控制手段。施工期間需要進行施工監測反饋和判斷分析，輔以后期修正的這種“預控——監測——修正——預控”不斷反復循環的過程。

依據本橋的實際特點，施工控制重點為箱梁標高及線性控制和應力監測控制。依據結構有限元分析軟件包建模分析計算出各個結構單元箱梁塊段施工預拱度及高程。由于這種方法受軟件模擬條件的限制，特別是溫度變化、混凝土后期收縮徐變的實際情況要復雜得多，因此其可靠性和有效性必須結合現場實際情況進行修正。

實際運用的方法是分別考慮影響箱梁結構變形的每一項因素，忽略影響因素的相互作用，將所有計算值疊加求和，從而推導出每一塊段的預拱度。然后將此計算值與模擬計算值相比較，選取與現場實際狀態相近的預拱度或結合實際現場經驗進行合理修正，從而確定主梁立模標高。在施工過程中加強施工監測及信息反饋，經誤差識別修正后再應用理論和實際計算分析，從而不斷修正獲得最佳施工參數，以指導下一箱梁塊段的施工。

3 施工控制方法

本工程矮墩連續鋼構體系在施工過程中隨著結構單元數量的增加和荷載逐步變化，其鋼構受力體系要經歷多次體系轉換，是一種復雜的超靜定結構。為了確保施工質量，需要建立一套科學合理的施工控制系統來監控整個施工過程中結構的變形、應力分布情況，取得控制分析中所需參數的真實值和實際施工狀態所反饋的信息，隨時掌握橋梁施工變形數據，及時進行控制計算和分析處理，隨時指導現場施工，以確保箱梁成橋線形及結構受力狀態與設計相吻合。

3.1 矮墩施工

本工程橋墩結構構造為雙薄壁矩形實體矮墩，薄壁厚80cm，雙臂中心距3.2m；墩身平面尺寸為9.25m×0.8m，1號、2號墩身高度分別為：13.42m、9.46m。矮墩鋼筋結構未采用常規的勁性骨架結構，而是采用精軋螺紋鋼柔性設計，墩身一次澆筑成型，從而在最大限度內降低和緩沖墩身剛度受到梁體次應力的影響，避免了墩身開裂或樁基上拔的不良現象。施工中對各個部位的幾何要素、鋼筋安裝精密定位控制尤為重要。

3.2 箱梁施工監測

根據設計要求與實際箱梁掛籃施工的特點，采用雙站坐標測量方法，按經計算分析復核確定后的箱梁設計各部位的坐標精確放線和進行施工監測。

施工監控的主要內容有：結構材料參數測定；箱梁和薄壁墩斷面應力監控；箱梁高程、平面線形監控；箱梁溫度監控。

3.2.1 結構材料參數測定

矮墩鋼構橋結構材料物理參數的真實值直接決定或影響到箱梁梁撓度及結構內力的變化，因此在開工前及施工過程中，應對橋梁結構所用混凝土、鋼絞線、精軋螺紋鋼和結構鋼等主要材料進行物理和力學參數檢測，以應用于現場施工控制分析中。具體應包括混凝土容重、彈性模量、收縮徐變特性參數及鋼絞線、精軋螺紋鋼和結構鋼的彈性模量、延伸率、管道摩阻系數等。

3.2.2 應力監測

施工控制中對結構分析所確定的結構關鍵截面的受力情況進行應力監測，針對監測數據進行分析計算，將現場實測值和理論計算值相比較，通過二者偏差調整設計參數，修正計算模型，適時發出安全預警以采取處置措施，確保橋梁結構安全。

本橋應力監測采用鋼弦式應力計和鋼筋式應力計來檢測箱梁應變反映。鋼弦式應力計由于具有性能穩定、使用簡便、受溫度影響小、且適合于長期觀測的特點，使用中必須確定應力計的初始值，這一點在施工控制工作中應高度重視。為減小溫度的影響，應力觀測宜安排在早晨8：00至9:00進行，這樣能將溫度引起的誤差降到最低。

3.2.3 變形監測

變形監測主要包括主墩壓縮變形及主梁撓度監測。

首先按《公路勘測規范》(JTJ 061-99)規定，建立施工控制所需導線控制點，平差精度滿足規范要求。

其次，在連續剛構橋主梁0#塊頂部位置設置局部控制測量點并與導線控制點進行聯測，確保測量精度。同時，應在各橋墩承臺頂面設置局部控制測量點，以觀測施工期間基礎沉降。

最后，對原墩頂各控制點做逐步延長，每增加一個塊件，增設三個控制點。澆筑箱梁前，采用專門制作的Φ20直徑的鋼筋棒預埋件三個，按左中右距離端頭50cm位置焊接埋入塊件前端，鋼筋露出混凝土面以5mm為宜，并將鋼筋頂磨圓，刻上十字紋。待混凝土澆筑完畢達到強度后對新點進行坐標測量，確保達到精度要求。

本橋為連續剛構橋，為保證成型后大橋的中線、標高準確無誤，減小附加應力對連續結構的不利影響，確保中跨順利合龍，應注意消除人為誤差帶來的影響，采取專人和專用儀器進行變形觀測。必須制定周到、合理的具體施工測量控制方案，并嚴格執行控制方案，隨時監測其平面位移和懸臂施工時的撓度變化，提供給工程技術人員以便及時計算分析，及時調整及控制施工中的變形。

施工監測控制中需要收集的數據包含如下內容：掛籃模板安裝就位后的撓度觀測；澆筑前預拱度調整測量；混凝土澆筑后的撓度觀測；張拉前的撓度觀測；張拉后的撓度觀測；已完成各階段之荷載及溫度、徐變收縮引起的撓度計算、觀測；合龍段合龍前的溫度修正；溫度觀測；應力觀測（在控制截面內預埋測試儀器搜集數據）等。

3.2.4 解決溫度的影響的方法

薄壁墩及箱梁變形對環境溫度和日照非常敏感，受日照一側的溫度與另一側的溫度是不同的，同一天內也是反復變化的，同時變形變化滯后于溫度變化。因此，對溫度影響，采用“溫度-撓度”變形測量曲線解決。為了盡量避免溫度變化對高程線形的影響，在箱梁施工階段確立立模標高的時候，應盡可能選擇在溫度較穩定、影響較小的時刻進行。其中撓度觀測的關鍵是每日定時觀測，時間宜選在每日溫升前上午8：00至9：00以前。合龍段應在施工前進行連續24h（每次間隔2h）觀測，提供合龍前的數據。

3.2.5 對實測數據處理的要求

連續鋼構箱梁實測數據處理、參數識別和分析預測是相互關聯的三個施工控制環節。對于實測數據處理的要求是及時準確，處理時對疑問數據要及時復測、復查；同時對階段監測的實測值進行分析，然后將修正過的設計參數反饋到控制模型計算中，重新給出施工中的結構內力、變形值，以消除理論值和實測值的偏差。

3.3 箱梁施工控制

3.3.1 主梁0#塊的施工

主梁0#塊一般采用搭架現澆或以橋墩為依托，支牛腿搭架現澆，施工時應注意在空洞轉角處做加強處理，并特別注意標高控制問題。

橋墩施工時應根據成橋狀態計算橋墩彈性壓縮量，考慮墩梁結合處施工鑿毛處理，橋墩墩頂標高預設一定的預抬值。

澆筑混凝土前應對支架進行分級預壓，以消除支架非彈性變形及確定彈性變形規律，從而確定主梁立模標高。

3.3.2 掛籃懸臂施工

掛籃分級加載試驗目的有兩個：一是檢驗掛籃自身及錨固措施的安全性；二是通過掛籃分級加載試驗消除掛籃的非彈性變形，確定掛籃彈性變形的變化規律，正確確定掛籃作用力對于主梁的幾何尺寸關系，以便正確計算主梁受力變形。

施工中除了對掛籃本身的彈性變形和非彈性變形考慮外，還必須對掛籃與滑道、滑道與鋼(木)枕、鋼(木）與梁頂混凝土之間的非彈性變形進行考慮。這種影響在實際施工中造成掛籃前端沉降高達5～8mm。這只有在施工時根據現場情況加強觀測，積累經驗，獲得可靠的影響參數，從而達到消除影響，準確控制的目的。

在掛籃懸臂施工期間，梁頂面所放材料、機具設備、平衡荷載和施工荷載等的位置應根據線形控制軟件計算模式的參數要求進行布置，并納入計算模型中進行分析，嚴格控制箱梁施工荷載的對稱，同時加強墩的變形觀測。通過線形控制將豎向撓度誤差控制在15mm內，軸線誤差控制在10mm內。

3.3.3 主梁合龍段施工

主梁合龍段施工主要控制因素有兩個方面：一方面是合龍時環境溫度與設計合龍溫度不吻合，需對溫度誤差的影響進行調整，措施為頂推或拉壓主梁懸臂端，消除溫變影響，利用鋼骨架定位后再澆筑混凝土合龍；另一方面是單邊合龍時，主梁另一懸臂端的平衡配重必須同步，措施是采用水箱配重，施工時可根據加載情況自由增減平衡配重。

除了合龍狀態時的施工荷載及其他情況應符合設計要求外，此時除加壓等物體外應將施工機具等全部清除或移至0#塊頂部，保證應力狀態與設計相符。

使用線性控制軟件計算分析應力及撓度，比較中跨合龍段兩側兩個梁段的頂面高程，如果其高差小于等于15mm，則繼續進行下步施工；如果大于15mm，則通過線形控制軟件，計算使高差小于等于15mm的配重方法和參數要求。然后把水箱或砂袋按要求重量放在梁上指定位置，經測量達到要求后，再進行合龍段施工。如果箱梁應力與設計相近的情況下可臨時鎖定梁端，若變形與設計有偏差，則運行線性控制計算軟件，確定糾偏參數值，采取措施使之符合設計要求后再進行合龍。

3.3.4 實際施工方法

在實際施工中，考慮到二期恒載施工的影響和結構后期徐變影響，對于矮墩連續剛構橋梁標高控制而言，在跨中部位應按“寧高勿低”的原則進行，并對橋梁運營期間的應力和撓度進行監測，以便預測和預報橋梁運營期間可能出現的病害。

4 結語

通過上述探討，矮墩連續剛構橋梁結構要經過多次的空間體系轉換過程，按照嚴密的施工控制措施，采用線形控制軟件進行數學模型分析，對施工預拱度、主梁梁體次應力等進行嚴格的監控，形成施工、監測、預報、調整、施工的循環過程，完全能夠最后達到撓幅與內力雙控的目標，從而確保了矮墩連續剛構橋的合龍精度要求。

[1]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京:人民交通出版社，2000.

[2]向中富.橋梁施工控制技術[M].北京：人民交通出版社.2OO1.

[3]李國平.預應力混凝土結構設計原理[M].北京:人民交通出版社，2000.

責任編輯：余詠梅

施工經驗

鋼筋錨固與錨固長度

鋼筋的錨固是鋼筋混凝土結構的主要構造要求之一，它影響到結構的使用安全和使用壽命。鋼筋的錨固長度是指鋼筋進入支座混凝土核心區的長度值。其長度與混凝土的強度等級、受力鋼筋的外觀形狀、構件的受力狀態和錨固形式等有關，其長度通常用受力鋼筋的直徑倍數來表示。

不同強度等級的混凝土與外觀形態不同的鋼筋，在同樣的條件下其錨固長度的要求是不同的。這主要是因為在鋼筋混凝土結構中，這兩種性質不同的材料能共同受力。它們為什么能共同受力呢？是因為它們之間存在著粘結錨固(握裹力)作用，這種粘結錨固作用在鋼筋與混凝土之間建立起結構承載力所必需的工作應力。決定鋼筋與混凝土中的粘結錨固作用有以下幾個因素：膠結力(粘著力)——它是混凝土與鋼筋表面的粘結力，即接觸面上的化學吸附力；摩擦力(摩阻力)——當結構處于受力狀態時，混凝土與鋼筋表面產生的一種摩擦力，它與接觸面的粗糙程度有關，且隨著滑移發展其作用逐漸減少；機械咬合力——它是由于鋼筋表面凹凸與混凝土接觸面產生的一種咬合力，在帶肋鋼筋的粘結錨固中起主要作用；機械錨固力——它是指彎鉤彎折及附加錨固等措施(如焊鋼筋、焊鋼板等)。

我國原執行的《混凝土結構設計規范》(GBJ 10-1989)對受拉鋼筋的最小錨固長度取值是根據實驗結果和錨固可靠度分析得出的。受拉光圓鋼筋主要靠鋼筋與混凝土的粘結作用和鋼筋末端彎鉤的機械錨固作用。在控制滑移增長率不致過大的粘結剛度條件下，帶肋鋼筋的粘結力主要由橫肋對混凝土的咬合力和周圍混凝土的約束作用組成。在分析中還應考慮混凝土的保護層厚度等于鋼筋直徑及具有較小的配箍率的情況。當受拉鋼筋因條件限制不能滿足錨固長度時，可采用專門的錨固措施(如在鋼筋上焊橫向錨固筋、焊箍筋、焊鋼板等)。現行《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)又在原有規范的基礎上做了修訂。

鋼筋的錨固方式和錨固長度是設計確定的，在藍圖設計及《混凝土結構施工圖整體表示法制圖和構造詳圖》的系列標準設計中都有明確要求，施工中應嚴格按要求執行。

在施工中的鋼筋錨固質量通病有以下幾種情況：一是鋼筋下料時長度不足，造成錨固長度短于設計要求；二是錨固鋼筋未進入混凝土的核心區，有的把錨固鋼筋部分置于箍筋之外，使鋼筋的最小保護層厚度小于鋼筋直徑；三是錨固筋加工方式不符合要求，對光圓鋼筋的彎折度數不夠和彎折方向不對，對帶肋鋼筋有的因彎折半徑太小，使鋼筋彎背處出現斷裂紋等。

（摘自：《建筑工人》）

Construction Control Method in Dwarf Continuous Rigid Frame Bridge Pier

In the construction process，Short pier continuous steel system gradually changes with the increasing number of structural units and the load. its steel bearing systems are to be gone through a number of system conversions.It is a complex statically indeterminate structure.This paper deals with the following elements such as construction with strict control measures，using linear control software for mathematical modeling，construction camber on the main girder and other secondary stress strict monitoring，the formation of the construction，monitoring，forecasting，adjustment，construction of the cycle，finally reached double torsion rate and internal force control of the target in order to meet the requirements of ensuring short pier continuous rigid frame bridge closure precision.

short pier;continuous rigid frame bridge;construction;control method

U445.4文獻標識碼：A文章編號：1671-9107（2010）08-0044-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2010.8.044

2010-4-22

董道雷（1970-），國家一級注冊建造師，現任北城致遠集團有限公司工程項目經理。