懸臂梁橋施工監(jiān)控中梁段施工預(yù)拱度調(diào)整技術(shù)

尚德惠

(山西路橋第一工程有限責(zé)任公司，山西太原 030006)

1 概述

任何橋梁施工，特別是大跨徑橋梁的施工，都是一個(gè)系統(tǒng)工程。在該系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)圖紙是目標(biāo)，而自開工到竣工整個(gè)為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)而必須經(jīng)歷的過(guò)程中，將受到許許多多確定和不確定因素(誤差)的影響，包括設(shè)計(jì)計(jì)算、橋用材料性能、施工精度、荷載、大氣溫度等諸多方面在理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)之間存在的差異，施工中如何從各種受誤差影響而失真的參數(shù)中找出相對(duì)真實(shí)之值，對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別(監(jiān)測(cè))，調(diào)整(糾偏)、預(yù)測(cè)對(duì)設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋是在預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁和T型剛構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的墩梁固結(jié)的一種新型連續(xù)結(jié)構(gòu)，連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工節(jié)段多、工期較長(zhǎng)，其縱面高程受多種因素影響，容易出現(xiàn)較大的懸臂標(biāo)高誤差，甚至出現(xiàn)兩相對(duì)懸臂端標(biāo)高相對(duì)誤差太大，使合龍困難的情況。若為保證線形而采取措施強(qiáng)迫合龍，必將在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生不利的附加內(nèi)力，影響結(jié)構(gòu)受力安全，所以，必須對(duì)其標(biāo)高進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保成橋線形與內(nèi)力狀態(tài)符合要求。在此類橋的線形施工控制時(shí)，梁段立模標(biāo)高的合理確定，是關(guān)系到主梁的線形是否平順，是否符合設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題，其計(jì)算公式如下:立模標(biāo)高=設(shè)計(jì)標(biāo)高+施工預(yù)拱度+成橋預(yù)拱度+掛籃變形。

在上述公式中，成橋預(yù)拱度是為了抵消橋梁在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的長(zhǎng)期收縮徐變效應(yīng)，跨中最大成橋預(yù)拱度一般取8L/10 000～15L/10 000左右，掛籃變形值一般由現(xiàn)場(chǎng)掛籃預(yù)壓試驗(yàn)、考慮梁段自重及已施工梁段觀測(cè)掛籃變形數(shù)據(jù)等綜合確定。

施工預(yù)拱度可以通過(guò)結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算得到橋梁各施工階段及二期恒載作用下的累計(jì)變形值，并將其反向施加到梁段的立模標(biāo)高上，從而使施工完成后的橋梁基本上達(dá)到結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)的理論線形［1］。盡管每個(gè)階段都嚴(yán)格控制施工時(shí)的結(jié)構(gòu)幾何尺寸、容重、收縮和徐變、彈性模量、預(yù)加力等等可以人為控制的因素，但是仍不可避免地會(huì)出現(xiàn)實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理想結(jié)構(gòu)狀態(tài)的偏差，隨著橋梁跨徑和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增大，這種誤差已經(jīng)到了影響結(jié)構(gòu)的幾何線形的程度［1］，并可能導(dǎo)致橋梁合龍困難，成橋線形與設(shè)計(jì)要求不符等問(wèn)題，給橋梁施工安全、外形、可靠性、行車條件和經(jīng)濟(jì)性等方面帶來(lái)不同程度的影響。為了消除因設(shè)計(jì)參數(shù)取值的不確切所引起的施工中設(shè)計(jì)與實(shí)際的不一致性，需要對(duì)計(jì)算得到的控制參數(shù)結(jié)果進(jìn)行修正，以保證結(jié)構(gòu)施工的結(jié)果能夠與設(shè)計(jì)吻合。上述參數(shù)可通過(guò)試件或試塊試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段選取，或根據(jù)施工中實(shí)測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)來(lái)修正計(jì)算模型中的這些參數(shù)值，然后不斷重復(fù)這一過(guò)程，但施工中每個(gè)塊段的施工參數(shù)并不一定一致，且模型計(jì)算值與實(shí)際變形值的偏差影響因素很復(fù)雜，這種偏差可能來(lái)自于施工本身的誤差，也可能是環(huán)境誤差的干擾，還可能是測(cè)量系統(tǒng)的誤差。因此進(jìn)行參數(shù)識(shí)別后仍不可避免地會(huì)出現(xiàn)實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)與理想結(jié)構(gòu)狀態(tài)的偏差。為了避免這種偏差的累計(jì)，可采用最小二乘法用修正后階段變形值與實(shí)測(cè)階段變形值的誤差進(jìn)行直線擬合，對(duì)后續(xù)塊段的階段誤差值進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到誤差預(yù)測(cè)值，并將已完成的懸臂端頭塊段的較大誤差值使用拋物線分配得到誤差分配值，而施工預(yù)拱度調(diào)整值=誤差分配值－誤差預(yù)測(cè)值。這里的誤差預(yù)測(cè)值是為了對(duì)實(shí)際參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)的偏差進(jìn)行規(guī)律總結(jié)及預(yù)測(cè)，是為了達(dá)成實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形一致，而誤差分配值的意義是如果前一梁段實(shí)際變形比計(jì)算值低，則后續(xù)若干塊也同樣調(diào)低一些，逐漸連續(xù)的彌補(bǔ)已經(jīng)發(fā)生的誤差，而不是一次調(diào)整到位，保證線形不出現(xiàn)“波浪”。

2 實(shí)際應(yīng)用

某高速公路大橋?yàn)榉蛛x式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。其跨徑組成為62 m+3×115 m+62 m，橋墩最高為85 m，屬于高墩大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，最大施工塊段號(hào)為15號(hào)塊，16號(hào)塊為合龍段，為了確保大橋成橋后結(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)此大橋施工過(guò)程進(jìn)行了全程施工監(jiān)控。橋型布置圖見圖1。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

理論值的計(jì)算采用橋梁博士軟件建立全橋模型，將橋梁結(jié)構(gòu)離散為164個(gè)梁?jiǎn)卧?03個(gè)主墩單元，單元的劃分充分考慮了懸臂施工時(shí)各梁段的長(zhǎng)度等情況。結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)的取值盡量采用了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)值。施工荷載的模擬以施工單位實(shí)際試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。以2號(hào)墩小里程側(cè)懸臂端施工塊段10號(hào)塊線形誤差的控制為例，5號(hào)塊～9號(hào)塊為已經(jīng)澆筑完畢的塊段，在9號(hào)塊澆筑完成后，首先對(duì)模型的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別。識(shí)別的主要參數(shù)為:實(shí)測(cè)梁體幾何尺寸、材料容重、材料彈性模量、混凝土方量，其中材料容重與彈性模量通過(guò)試驗(yàn)取得，方量通過(guò)統(tǒng)計(jì)取得。梁段的變形主要通過(guò)精密水準(zhǔn)儀在各工況后進(jìn)行測(cè)量取得，在進(jìn)行撓度測(cè)量時(shí)，盡量安排在早晨太陽(yáng)出來(lái)之前進(jìn)行，以消除日照溫差的影響。參數(shù)識(shí)別后對(duì)模型重新計(jì)算，通過(guò)表1可看出通過(guò)對(duì)參數(shù)進(jìn)行修正后，理論階段變形值雖然更接近實(shí)測(cè)變形值，但仍無(wú)法消除全部的誤差，為了更好的消除后續(xù)塊段的理論變形值與實(shí)際變形值的誤差，先將5號(hào)塊～9號(hào)塊誤差值用最小二乘法擬合，求出10號(hào)梁段的誤差預(yù)測(cè)值，誤差值的擬合圖見圖2。

表1 各梁段理論階段變形及實(shí)測(cè)階段變形對(duì)比表

圖2 誤差值直線擬合圖

使用圖2直線擬合出的公式，計(jì)算出10號(hào)塊的誤差預(yù)測(cè)值為:－0.3×6－3.14= －4.94 mm;并將9號(hào)塊澆筑后存在的誤差值－4.7 mm向后進(jìn)行逐段拋物線分配，設(shè)9號(hào)塊端頭的誤差值為－4.7 mm，跨中合龍前的塊段15號(hào)塊為0 mm，可求得10號(hào)塊段的拋物線誤差分配值為－3.73 mm;根據(jù)公式施工預(yù)拱度調(diào)整值=誤差分配值－誤差預(yù)測(cè)值，就可得到10號(hào)塊段的施工預(yù)拱度調(diào)整值為1.21 mm。在11號(hào)塊～15號(hào)塊段每個(gè)懸澆梁段反復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，即可完成后續(xù)各塊段施工預(yù)拱度的調(diào)整。

3 結(jié)語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋施工過(guò)程比較復(fù)雜，在施工監(jiān)控的線形控制中，引起理論計(jì)算與實(shí)際結(jié)構(gòu)變形之間誤差的因素很多，對(duì)已完成塊段的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行識(shí)別時(shí)，因參數(shù)的識(shí)別需要若干個(gè)塊段的磨合，且后續(xù)梁段的參數(shù)與已完成塊段并不一定一致，這將導(dǎo)致梁段實(shí)際線形與理論線形有偏差，而本文通過(guò)對(duì)已完成塊段理論變形與實(shí)際變形偏差的擬合得到預(yù)測(cè)值，并將已完成塊段與實(shí)際線形的偏差值采用拋物線分配到后續(xù)梁段，可最大程度的避免后續(xù)梁段的誤差累計(jì)，避免橋梁合龍困難，成橋線形與設(shè)計(jì)要求不符等問(wèn)題。

［1］葛耀君.分段施工橋梁分析與控制［M］.北京：人民交通出版社，2003.