跨海橋梁超高漸變段預制和安裝控制技術

黃躍，王敏，劉景紅，余濤，鄭和暉

（1.中交第二航務工程局有限公司技術中心，長大橋梁建設施工技術交通行業重點實驗室，湖北 武漢 430040；2.中交二航局第二工程有限公司，重慶 400042）

0 引言

廈漳跨海大橋工程起于在建的廈門至成都國家高速公路（廈門海滄至漳州天寶段）青礁樞紐互通，跨廈門灣經海門島，止于漳州龍海后宅，與招商局漳州開發區疏港一級公路和在建的招銀疏港高速公路相連接。廈漳跨海大橋北汊南引橋K3+795～K6+007.4段，為雙幅70 m和66.7 m連續箱梁橋，采用短線匹配預制、拼裝設計與施工，且位于R=1690 m的平曲線上。箱梁截面為單箱單室結構，梁高3.8 m，頂寬15.9 m，底寬6.7 m。腹板厚度0.5～0.8 m，頂板厚度0.27 m，底板厚度0.25～0.8 m。梁體標準節段長度分別為3.15 m、3.5 m、3.525 m、3.74 m、4.0 m（墩頂 0號塊）（如圖1所示）。

圖1 結構布置圖

廈漳跨海大橋自里程樁號K3+799.708～K3+940.333和K4+838.868～K4+979.493段，設有緩和曲線超高段，其橫坡值從-2%到3%，最大變幅為5%，超高段采用箱梁結構扭曲調整，而非橋面輔裝調整方式，因而導致該段內的箱梁結構產生扭曲現象，使得梁段橫斷面尺寸產生變化，這與以前的短線匹配法流水作業的作業原理即在相同的模板系統內完成多榀或全部梁段的預制相違背；同時，梁段的扭曲帶來了控制數據的微變，即平面控制點和標高控制點位置偏移。因此，超高段空間扭曲箱梁節段預制是重點。

采用上行式架橋機平衡懸臂對稱拼裝，梁段預制安裝數量如表1所示。

表1 預制節段數量表

1 超高漸變段梁段預制

廈漳大橋北汊南引橋變橫坡的超高漸變段節段為空間扭曲箱梁，節段預制是整個預制過程中的難點。如何在預制臺座上重現緩和曲線變橫坡段相鄰梁段間相對的空間幾何姿態，是梁段預制過程中亟待解決的關鍵問題。

空間扭曲橋梁一般可用梁上的一條參考線及在該條參考線上的橫坡來描述其三維空間內的線形與姿態。通常，參考線取為梁頂的中心線，而橫坡即為對應于參考線之上截面頂緣的橫坡。于是，空間扭曲箱梁結構線形與姿態可用圖2所示。

圖2 空間整體坐標系內節段式曲線梁橋的線形與姿態

1.1 平曲線節段預制

將圖2中所述的折線段投影至平面內，投影產生的折線段用來擬合平曲線，平曲線節段預制時，根據擬合的平曲線中各線段間夾角，將節段從澆筑位置移動到匹配位置上，在相應水平面內轉動角度α，以形成需要的折角（如圖3所示）。新澆節段的端模位置不動并使其與節段軸線垂直，而新澆節段的匹配端面采用斜面，以便于鋼筋骨架制作、剪力鍵設置和節段外形調整。通過埋在腹板頂面上的四個標高螺栓和埋于頂板中線上的兩個倒U形水平定位鋼筋，進行節段線形測量和定位檢驗。

圖3 平曲線預制

1.2 豎曲線節段預制

將圖2中所述的折線段投影至立面內，投影產生的折線段用來擬合豎曲線。豎曲線節段預制時，根據擬合的豎曲線中各線段間夾角，將匹配節段在相應位置先做標高調整，再于立面內豎向轉動角度β，以形成需要的折角（如圖4所示）。

圖4 豎曲線預制

1.3 扭曲箱梁節段預制

本工程與其他工程的不同之處在于，第一聯及第三聯的緩和曲線段內均存在橫坡逐步變化的超高曲線段，以圖2中線段交點處橫線的坡度來擬合超高節段的橋面構造，新澆節段的頂面應為雙曲面，超高段節段預制時，新澆節段端模位置不動并使其與節段軸線垂直，在匹配節段匹配面頂的中點標高、平面位置調整后，以匹配節段匹配面頂的中點為基點，將匹配節段的匹配面橫向轉動傾角γ，如圖5所示，γ值為相鄰橫線的坡度值之差。為了使模板系統適應節段外形變化，必須按要求消除限制其扭轉的多余約束，通過底部千斤頂調整底模，形成扭曲。

圖5 節段超高預制

在預制過程中，依據幾何控制理念制定緩和曲線超高漸變段梁段預制控制方案及相應的誤差調整方法，即通過已澆筑梁段控制點的實測坐標，經過中交第二航務工程局有限公司技術中心自主研發的《短節段預制拼裝混凝土連續梁控制軟件視窗系統》計算出控制點在匹配位置處的空間坐標，再現緩和曲線超高漸變段內相鄰梁段間的空間幾何姿態，圖6為短線法預制幾何控制流程示意圖，在每塊梁段的預制過程中，該梁段施工誤差將在該塊梁段移至匹配梁段的位置時，短線預制拼裝混凝土連續梁橋控制軟件視窗系統將自動比較匹配段各測點的實測值與本軟件所給定的理論目標值的差別并提出匹配梁段各測點目標值。

圖6 短線法預制幾何控制示意圖

2 梁段安裝

箱梁節段安裝包括墩頂塊安裝、中跨平衡懸臂“T”構梁段安裝和邊跨懸掛梁段安裝。其中墩頂塊采用浮吊安裝，中跨和邊跨梁段采用兩臺上行式架橋機安裝，中跨梁段安裝和邊跨梁段安裝如圖7所示。

圖7 梁段安裝示意圖

2.1 控制流程

在箱形梁段拼裝過程中，拼裝控制測點與其在預制時所用的幾何控制測點相同。如圖8所示。

當箱梁在預制構件廠預制完畢時，計算獲得按總體坐標系統的幾何數據。此竣工數據將與以下因素一并考慮并得出預制箱形梁拼裝時按總體坐標系統階段式的目標幾何數據。

圖8 安裝梁段控制點圖

1）墩柱結構及基礎預抬值（墩身結構及基礎的彈性壓縮的預拱值應在形成永久支座的墊石時考慮進去）；

2）墩柱結構及基礎按施工階段的變形值；

3）上部橋梁結構的分階段的變形值。

以上的總體坐標目標幾何數據庫將由我公司以圖紙的形式給施工部門對整個橋梁的拼裝過程進行幾何監控。見圖9。

圖9 短線法安裝幾何控制示意圖

在確定拼裝節段理論目標值后，還需結合拼裝現場實際情況對幾何數據庫進行修正。根據實踐經驗，具體應考慮以下幾點：

①節段預制完成后，需稱重，比較實際重量與設計重量之差，確定梁體自重誤差對懸拼線形的影響；

②在每一節段定位前后都要對線形進行精確測量，及時匯集監控數據并進行分析，總結規律，為下一“T”的懸拼提供參數，調整下一“T”的控制高程。

在第一對箱形梁段的拼裝完成后，需獲得第一對箱形梁段的竣工幾何數據。如果此竣工幾何數據超過以下注明的拼裝階段的允許誤差范圍，現場施工小組應將此竣工幾何數據立刻呈報給監控單位以作進一步的調查。監控單位將對其后的箱形梁段的拼裝提出調整與補救方案，并提交一套新箱形梁段拼裝的目標幾何數據。該過程將在隨后的箱梁的懸拼過程中按監控單位提供的關鍵步驟的測量數據不斷地重復直到最后一對箱梁拼裝完畢。

安裝時需隨時調整線形，如不及時糾偏，線形誤差越來越大，會造成糾偏困難，且不易保證結合面質量。

2.2 拼裝線形調整方法

2.2.1 加墊環氧樹脂墊片

1）如安裝時高程控制點誤差超出允許范圍，則采取在梁端上緣或下緣墊環氧墊片的方法進行調整。如圖10所示。

圖10 梁段立面調整示意圖

2）如安裝時平面控制點誤差超出允許范圍，則采取在梁段左側或右側墊環氧墊片的方法進行調整。

2.2.2 控制臨時預應力張拉

在梁段不需要調整的情況下，以上下左右對稱張拉為原則，以盡量保證梁段的正位；當需要調整線形誤差時，張拉的順序以先張拉能使梁段向控制方向偏轉的臨時拉桿為原則，以利于校正誤差；比如：假如拉頂板的臨時拉桿，則有使預拼梁段向上偏轉的趨勢，若想使梁段上翹，可先張拉頂板臨時預應力，或稍微加大頂板的臨時張拉力。同樣，若想使梁段下撓，則可先張拉底板的臨時預應力，或稍微加大底板臨時的張拉力。對于左右方向通過張拉順序調整，也是同樣道理。

2.2.3 其他方法

若梁段拼好后，梁段拼裝誤差還需要調整，可以適當壓重，進行豎向調整。

3 結語

廈漳大橋北汊南引橋超高漸變段對梁段預制精度控制要求高，從而保證其在安裝過程中，相鄰梁段的高差控制在±10 mm以內，合龍口高差控制在±30 mm以內，保證相鄰“T”構順利合龍，使成橋線形滿足設計線形的要求，同時還提高了功效，節約工期。

參考文件：

[1]艾宗良.箱梁短線匹配預制及懸臂拼裝施工技術研究[D].南京：東南大學.

[2]黃躍，王敏.短線法節段梁預制拼裝中的控制點空間坐標變換的實現方法研究[J].中外公路，2011，31（4）：142-145.

[3]王敏，張永濤，劉景紅，等.基于幾何控制法的短線預制拼裝箱梁研究[J].中國工程科學，2009，11：79-81，96.