節(jié)段箱梁預(yù)制過(guò)程中的誤差分析及控制

摘要：節(jié)段箱梁預(yù)制過(guò)程的誤差分析及控制是預(yù)制拼裝施工工藝成功應(yīng)用的關(guān)鍵，本文針對(duì)節(jié)段箱梁預(yù)制、拼裝過(guò)程中的特點(diǎn)，結(jié)合桃花峪黃河大橋V標(biāo)節(jié)段箱梁預(yù)制的實(shí)例，論述了施工過(guò)程的誤差來(lái)源，分析了預(yù)制誤差對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)線形的影響，闡述了誤差調(diào)整的原則、方法。

關(guān)鍵詞：節(jié)段箱梁 誤差分析 誤差調(diào)整

1 概述

近年來(lái)，節(jié)段箱梁預(yù)制拼裝技術(shù)作為現(xiàn)代化的綠色施工方法在我國(guó)橋梁施工中也開(kāi)始廣泛應(yīng)用；但由于節(jié)段預(yù)制施工方法對(duì)施工精度要求高，需要精確的測(cè)量控制和全面的預(yù)制誤差分析與調(diào)整。桃花峪黃河大橋引橋跨徑大，箱梁結(jié)構(gòu)中心線與道路中心線的外矢距大，為了保證全橋線形的美觀、平順，故采用“以折代曲”的方法，邊跨50m 跨分為14個(gè)節(jié)段，中跨50m跨（ 或51m跨） 分為13個(gè)節(jié)段，每一個(gè)節(jié)段在預(yù)制時(shí)均為直線，通過(guò)直線間的夾角形成圓曲線的變化。為了使固定端模總是垂直于預(yù)制梁段軸線，必須按照如圖1-1所示對(duì)箱梁進(jìn)行劃分，其中B5-0#節(jié)段作為每孔預(yù)制的起始節(jié)段，它的前后兩個(gè)面都將分別作為匹配面被匹配。本文結(jié)合桃花峪黃河大橋V標(biāo)節(jié)段箱梁預(yù)制的實(shí)例，對(duì)節(jié)段箱梁在預(yù)制過(guò)程產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析及調(diào)整的方法進(jìn)行總結(jié)。

2 控制系統(tǒng)的建立

梁場(chǎng)局部坐標(biāo)系用于指導(dǎo)梁節(jié)段的預(yù)制，以測(cè)量塔至后視點(diǎn)為X軸，右轉(zhuǎn)90°為Y軸，高程為Z（見(jiàn)圖2-1），理論上固定端模頂中部點(diǎn)處于該坐標(biāo)系的原點(diǎn)處。至此就可用局部坐標(biāo)系描述固定端模、匹配節(jié)段、待澆筑節(jié)段的關(guān)系。

為了便于節(jié)段拼裝線形控制的需要，每一預(yù)制梁段混凝土終凝前須設(shè)置六個(gè)控制測(cè)點(diǎn)（4個(gè)高程控制點(diǎn)和2個(gè)軸線控制點(diǎn)）。其沿節(jié)段中心線的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（FH，BH）用來(lái)控制平面位置，而沿腹板設(shè)置的4個(gè)測(cè)點(diǎn)（FL，F(xiàn)R，BL，BR）用以控制標(biāo)高。軸線控制點(diǎn)為“十”字頭鍍鋅螺栓，標(biāo)高點(diǎn)為U形鋼筋埋件（圖2-1）。測(cè)點(diǎn)埋件位置要求準(zhǔn)確，并在待澆梁段混凝土達(dá)到預(yù)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)其做竣工測(cè)量，采集匹配段與待澆梁段上面12個(gè)預(yù)埋測(cè)控點(diǎn)（8個(gè)高程控制點(diǎn)和4個(gè)軸線控制點(diǎn)）在局部坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值（X、Y、Z），以供對(duì)該節(jié)段的預(yù)制誤差進(jìn)行分析、調(diào)整，計(jì)算下個(gè)預(yù)制節(jié)段的匹配坐標(biāo)。

3 誤差的來(lái)源及分析

理論上每一個(gè)節(jié)段的梁長(zhǎng)和匹配坐標(biāo)都可以按照平曲線參數(shù)、分段參數(shù)和獨(dú)立控制坐標(biāo)系統(tǒng)簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換出來(lái)。但是由于各種測(cè)量因素和施工階段不確定因素的影響會(huì)使梁段在制造過(guò)程中出現(xiàn)誤差。前一梁段在預(yù)制過(guò)程中產(chǎn)生的誤差會(huì)傳遞給以后的梁段，形成誤差積累。如果不及早進(jìn)行誤差調(diào)整，較小的誤差積累就可能導(dǎo)致較大的成橋線形誤差。因此必須考慮梁段澆筑過(guò)程中由于各種原因引起的誤差，并確保誤差在后續(xù)節(jié)段的澆筑中得以糾正，這樣才能保證預(yù)制過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生誤差積累；才能保證最后的成橋線形與設(shè)計(jì)成橋線形接近。

3.1 梁段本身制造誤差δ1

梁段本身制造誤差在梁段澆筑凝固完成即可測(cè)量，主要由于匹配誤差、模板變位、臺(tái)座沉降等因素造成，若澆筑梁段為第N塊，該誤差在第N塊節(jié)段作為匹配梁段、澆筑第N+1塊節(jié)段時(shí)予以調(diào)整；其主要包括梁長(zhǎng)誤差、平彎角度誤差。

3.2 匹配誤差δ2

匹配誤差δ2反應(yīng)匹配精度，就是匹配段上的6個(gè)控制測(cè)點(diǎn)（4個(gè)高程控制點(diǎn)和2個(gè)軸線控制點(diǎn)）終測(cè)值與理論值之間的差值，主要是由于匹配梁段的放樣誤差、梁段的變位等因素造成的，匹配誤差δ2是梁段本身制造誤差δ1的重要組成部分。它主要包括豎彎（ZBL1-ZFL1、ZBR1-ZFR1與Z軸的夾角）、平彎（BH1-FH1平面直線與X軸的夾角）、扭彎（BL1-BR1、FL1-FR1直線與Y軸的夾角）、長(zhǎng)度方向的誤差四個(gè)誤差參數(shù)。

3.3 模板變位、臺(tái)座沉降等誤差δ3

對(duì)于待澆筑梁段，該誤差δ3不會(huì)反應(yīng)到匹配誤差δ2中；對(duì)于匹配梁段，該項(xiàng)誤差δ3可以通過(guò)δ2統(tǒng)一考慮。因此δ3也是δ2的組成部分。三者的相互關(guān)系用式3-1表示如下：

δ1=δ2+δ3 ——式3-1

4 誤差的調(diào)整與計(jì)算方法

以下以某跨B5-1#節(jié)段為例說(shuō)明誤差的調(diào)整與計(jì)算方法。

我們可以有圖1-1節(jié)段箱梁分段及預(yù)制方向示意圖看出，若B5-1#節(jié)段待澆段，則B6-1#節(jié)段的匹配誤差反應(yīng)B5-1#節(jié)段的制造誤差，需要通過(guò)B5-1#節(jié)段對(duì)B4-1#節(jié)段的匹配坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行調(diào)整，也就是將待澆段的制造誤差通過(guò)匹配段的反誤差來(lái)予以調(diào)整，這就是調(diào)整思路。將B6-1#節(jié)段的匹配誤差按照4個(gè)誤差參數(shù)表示出來(lái)，反向計(jì)入B5-1#節(jié)段坐標(biāo)控制點(diǎn)中，則將誤差的修正值引入到B4-1#節(jié)段的制作中，達(dá)到修正的目的。

4.1 根據(jù)B6-1#節(jié)段的實(shí)測(cè)中線梁長(zhǎng)修正B5-1#節(jié)段的理論梁長(zhǎng)

LCB6-1為B6-1#節(jié)段竣工時(shí)實(shí)測(cè)梁長(zhǎng)；

LB5-1、LB6-1為B5-1、B6-1#節(jié)段的理論梁長(zhǎng)；

LDM端模的縱向形變值，在節(jié)段竣工時(shí)測(cè)得。

4.2 根據(jù)B6-1#的實(shí)測(cè)匹配坐標(biāo)與理論匹配坐標(biāo)差值計(jì)算B5-1#的平彎與豎彎角度誤差的修正值。

4.2.1 平彎角度誤差處理及調(diào)整方法如圖4-1所示：

④圖D所示，在B6-1#節(jié)段作為匹配節(jié)段預(yù)制B5-1#節(jié)段的時(shí)候，其匹配坐標(biāo)就消除這個(gè)平彎角度誤差的影響，使得B5-1的梁體中線回到線路中心線上。

4.2.2 豎彎角度誤差處理及調(diào)整方法如圖4-2所示，其誤差處理步驟和平彎角度誤差類似，就是預(yù)制誤差角度θL的計(jì)算公式按照式4-3計(jì)算。

4.3 測(cè)量誤差的控制

節(jié)段箱梁的獨(dú)立控制系統(tǒng)是由測(cè)量塔與測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)組成，它們是用直徑80cm、7m高的鋼管樁，位置比較高且為鋼構(gòu)，受外界條件影響較大，特別是光照、地面大型施工機(jī)械的走動(dòng)都會(huì)對(duì)測(cè)量塔、基準(zhǔn)點(diǎn)的位置及標(biāo)高造成影響，并且這些對(duì)測(cè)量誤差的影響具有不定性。所以為了降低和減少不利因素對(duì)測(cè)量精度的影響，主要采取以下措施：①每次測(cè)量的時(shí)候，都要重新采集固定端模實(shí)際中點(diǎn)在以儀器點(diǎn)為原點(diǎn)的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，然后再把該坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成以固定端模中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系，用此方法來(lái)消除測(cè)量塔和基準(zhǔn)點(diǎn)的變形對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響；②測(cè)量塔和基準(zhǔn)點(diǎn)在建造的時(shí)候最好采用同直徑、同高度的鋼管樁，來(lái)確保兩者在同時(shí)間段內(nèi)的形變參數(shù)相同；③避免在高溫時(shí)段、6級(jí)以上大風(fēng)中進(jìn)行測(cè)量作業(yè)；④對(duì)測(cè)量塔實(shí)行土工布包裹，防止陽(yáng)光直射，避免陰陽(yáng)面產(chǎn)生溫差變形；在測(cè)量塔上搭設(shè)遮陽(yáng)棚，避免陽(yáng)光直射儀器；⑤觀測(cè)時(shí)采取正倒鏡多測(cè)回觀測(cè)，并取平均值，以降低測(cè)量誤差，提高精度；并定期對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行檢查和校正；⑥利用大橋測(cè)量控制點(diǎn)定期對(duì)測(cè)量塔進(jìn)行觀測(cè)，如發(fā)現(xiàn)測(cè)量塔有位移或沉降， 應(yīng)立即修正，重新校核固定端模，使其滿足要求。

5 結(jié)論

采用節(jié)段箱梁拼裝施工的橋梁結(jié)構(gòu)中，節(jié)段箱梁拼裝的工藝特點(diǎn)決定了預(yù)制節(jié)段的誤差控制和誤差調(diào)整在整個(gè)預(yù)制過(guò)程中的重要性，必須采用有效的方法對(duì)節(jié)段幾何尺寸，包括縱橫軸線、標(biāo)高等各項(xiàng)誤差進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量、分析，并對(duì)每一個(gè)匹配節(jié)段加以控制調(diào)整。本文對(duì)節(jié)段箱梁的制造誤差來(lái)源進(jìn)行分析，并給出調(diào)整及計(jì)算方法，使誤差積累得到很好的控制，最終獲得滿足整跨線型要求的節(jié)段拼裝成果。

參考文獻(xiàn)：

[1]桃花峪大橋五標(biāo)施工監(jiān)控初步計(jì)算報(bào)告.

[2]桃花峪大橋五標(biāo)梁場(chǎng)測(cè)量方案.

[3]方蕾.短線預(yù)制懸臂拼裝連續(xù)梁橋施工線形控制研究，西南交通大學(xué)，2008，27-33.

作者簡(jiǎn)介：姚旸（1984-），男，河南新鄉(xiāng)人，畢業(yè)于平頂山工學(xué)院，助理工程師。

汪君（1978-），男，河南信陽(yáng)人，畢業(yè)于西南科技大學(xué)，學(xué)士，高級(jí)工程師。