大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工控制

謝孔允

（中鐵七局集團(tuán)鄭州工程有限公司，河南 鄭州450000）

0 引言

目前大跨度橋施工一般采用分段施工法，橋梁的形成是由多個(gè)施工階段組合而成，盡管每個(gè)階段都嚴(yán)格按照操作規(guī)程施工，控制每個(gè)階段橋梁的幾何尺寸、彈性模量、預(yù)加力、容重、收縮和徐變等技術(shù)要求，但橋梁建成后不可避免的會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，隨著橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的增加，偏差會(huì)越來(lái)越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的施工安全性，所以如何消除大跨度橋梁的施工誤差已經(jīng)成為橋梁結(jié)構(gòu)分段施工中的關(guān)鍵問(wèn)題。

橋梁結(jié)構(gòu)施工控制是實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)安全施工的主要措施，隨著橋梁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度增加，新材料、新工藝和新方法的運(yùn)用，橋梁結(jié)構(gòu)施工控制的范圍也越來(lái)越廣，包括各施工階段的關(guān)鍵參數(shù)確定，預(yù)測(cè)實(shí)際結(jié)構(gòu)狀況等，大跨度連續(xù)梁的撓度，受力合理性等。另外橋梁結(jié)構(gòu)施工控制建立的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也對(duì)橋梁的安全性和耐久性起到了重要作用，減少了后續(xù)橋梁的維護(hù)費(fèi)用，達(dá)到了一定的經(jīng)濟(jì)效果。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工控制的主要內(nèi)容

1.1 橋梁結(jié)構(gòu)施工控制的主要內(nèi)容

結(jié)構(gòu)變形控制，橋梁的結(jié)構(gòu)變形是施工控制的基本要求，在分段施工過(guò)程中產(chǎn)生的變形如果沒有加以嚴(yán)格控制會(huì)逐漸積累，一定程度后造成與設(shè)計(jì)尺寸不吻合，橋梁施工中結(jié)構(gòu)的最終誤差要符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力無(wú)法通過(guò)外觀檢查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)和設(shè)計(jì)應(yīng)力不符時(shí)會(huì)給結(jié)構(gòu)造成很大的危害，易引起結(jié)構(gòu)變形。預(yù)應(yīng)力橋梁的施工要保證張拉機(jī)具和錨具的檢查和校驗(yàn)，壓力的精度不低于1.5級(jí)，校驗(yàn)千斤頂?shù)脑囼?yàn)機(jī)精度不低于2%。預(yù)應(yīng)力鋼材張拉時(shí)要以伸長(zhǎng)值為標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際伸長(zhǎng)值和理論伸長(zhǎng)值的誤差控制在6%以內(nèi)。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制，橋梁結(jié)構(gòu)由于失穩(wěn)造成的破壞較為常見，橋梁施工中要嚴(yán)格控制各階段構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定性，鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土的穩(wěn)定要以軸心受壓計(jì)算公式驗(yàn)算，當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比大于規(guī)范數(shù)值時(shí)，以臨界力控制穩(wěn)定，穩(wěn)定安全系數(shù)要大于5，短期施工過(guò)程中，穩(wěn)定性要大于3。

1.2 施工控制的主要分析方法

大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法有正裝分析法、倒裝分析法和無(wú)應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法三種，三種方法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的分析各有側(cè)重點(diǎn)。

正裝法，按照橋梁結(jié)構(gòu)施工的加載順序來(lái)分析結(jié)構(gòu)的變形和受力，能夠全面的模擬橋梁施工的實(shí)際過(guò)程，得到橋梁施工各階段的位移和受力狀態(tài)。在正裝分析法法中還能夠分析和橋梁結(jié)構(gòu)形成歷程相關(guān)的影響因素，適用于各種型式的大跨度橋梁計(jì)算。

倒裝法，以理想的竣工狀態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，將橋梁結(jié)構(gòu)按照和施工順序相反的方式進(jìn)行拆卸，計(jì)算各個(gè)理想施工條件下的受力變形狀態(tài)。采用這種方法能夠得到橋梁結(jié)構(gòu)施工初始狀態(tài)和施工中間各階段的理想狀態(tài)，通過(guò)橋梁結(jié)構(gòu)各階段中間狀態(tài)去指導(dǎo)施工，使橋梁成型達(dá)到設(shè)計(jì)要求。適用于懸臂施工的大跨度連續(xù)梁橋、斜拉橋和剛構(gòu)橋等。

無(wú)應(yīng)力狀態(tài)法，以橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度和曲率不變?yōu)榛A(chǔ)，成橋狀態(tài)能夠和施工階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來(lái)，適用于大跨度懸索橋和拱橋施工控制。因?yàn)閮煞N橋型的主要承重結(jié)構(gòu)主拱圈和主纜一般都是在工廠加工而成，處于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，施工時(shí)的關(guān)鍵是確定主拱圈和主纜的加工長(zhǎng)度。

2 主梁線形控制

2.1 施工預(yù)拱度控制

預(yù)拱度是控制箱梁線形的主要參數(shù)，主跨和邊跨能否順利合攏、線形是否合理以及應(yīng)力分布等都和預(yù)拱度有很大的關(guān)系，預(yù)拱度施工指令的下達(dá)要按照嚴(yán)格的程序進(jìn)行，要根據(jù)檢測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)制定方案，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和監(jiān)理審核后，由業(yè)主復(fù)核，最后才能下達(dá)施工單位組織施工。最佳預(yù)拱度的調(diào)整要在實(shí)測(cè)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行，常用的誤差調(diào)整方法有卡爾曼濾波法、最小二乘法、灰色系統(tǒng)法等。這些方法雖然能夠達(dá)到一定效果，但對(duì)于分線性系統(tǒng)還存在局限性。

2.2 箱梁的線形監(jiān)測(cè)

大橋的軸線和里程采用全站儀測(cè)量，采用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀測(cè)量高程，要定期測(cè)量水準(zhǔn)基點(diǎn)和軸線基點(diǎn)，測(cè)量要有監(jiān)理工程師、監(jiān)控組成員和施工單位測(cè)量技術(shù)人員聯(lián)合進(jìn)行，保證結(jié)果的科學(xué)性。

每個(gè)箱梁的截面布置三個(gè)控制點(diǎn)，兩端點(diǎn)用短鋼筋預(yù)埋，伸出長(zhǎng)度比梁表面多5mm，保持頂端平滑，截面的測(cè)點(diǎn)要距箱梁軸線300cm，避開掛籃的影響。橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的測(cè)量包括箱梁的表面寬度、腹板厚度、上蓋板厚度、下底板厚度、箱梁截面高度、施工節(jié)段長(zhǎng)度等。測(cè)量可以不定期抽查的進(jìn)行。箱梁撓度的測(cè)量要考慮工序進(jìn)展和溫度的影響，找出變化規(guī)律。抽查箱梁的立模標(biāo)高和箱梁頂面高程，對(duì)稱截面要進(jìn)行相對(duì)高差的測(cè)量和分析，多跨線形要進(jìn)行通測(cè)。

2.3 測(cè)量誤差分析

按照橋梁施工和質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，橋梁施工時(shí)要控制誤差在標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，立模標(biāo)高允許偏差為5mm，局部線形控制要求相鄰階段的標(biāo)高誤差為10mm，已澆梁段和成橋后的主梁系統(tǒng)控制誤差為L(zhǎng)/6000，L為跨徑。軸線的偏位誤差為10mm，同跨對(duì)稱點(diǎn)高程誤差范圍為小于10mm。

引起誤差的原因不僅有施工原因造成的，還和儀器的操作有一定關(guān)系，例如水準(zhǔn)儀的操作誤差可能為水準(zhǔn)管的居中誤差、讀數(shù)誤差以及水準(zhǔn)尺的傾斜誤差。外界條件引起的誤差有大氣折光、溫度變化、儀器和尺墊的下降等。

3 箱梁的應(yīng)力測(cè)試與分析

3.1 箱梁混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量

鋼弦式傳感器具有較高的精度和穩(wěn)定性，測(cè)量方便具有較強(qiáng)的抗干擾性，分為鋼筋應(yīng)變傳感器、混凝土埋入式應(yīng)變傳感器和表面應(yīng)變傳感器三種。箱梁的應(yīng)力測(cè)試斷面要考慮施工的順序、施工時(shí)間、預(yù)應(yīng)力損失等因素，一般選在L/8、L/4、L/2和3L/8處。混凝土材料應(yīng)力測(cè)試的離散性、應(yīng)力滯后以及剪力滯后等都會(huì)對(duì)測(cè)量造成一定影響。

埋設(shè)時(shí)要注意應(yīng)變計(jì)的特殊處理，并進(jìn)行多項(xiàng)檢查，以保證鋼弦應(yīng)變計(jì)具有較高的測(cè)量精度，采用多股銅芯屏蔽線來(lái)防止外界電磁場(chǎng)的干擾，對(duì)連接線處要采用平行錫焊處理，在接頭處用絕緣線包扎，保證長(zhǎng)期監(jiān)控的穩(wěn)定性，以萬(wàn)用電表測(cè)量斷路。

3.2 應(yīng)力測(cè)試方法和誤差分析

將測(cè)量得到的鋼弦頻率值經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換就能得到混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)變值，再通過(guò)計(jì)算得到結(jié)構(gòu)應(yīng)力值，考慮到施工連續(xù)性，測(cè)量時(shí)要重點(diǎn)對(duì)混凝土澆筑、凝固狀況和預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉的操作，測(cè)量時(shí)間宜選在工況結(jié)束后的8小時(shí)，每一施工階段都要選在箱梁上下表面溫度均勻時(shí)測(cè)量。

結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀況和理論狀況不可避免的會(huì)存在一定誤差，產(chǎn)生的主要原因有施工誤差、測(cè)量誤差、參數(shù)誤差和結(jié)構(gòu)分析模型誤差等，要通過(guò)理論分析和誤差分析手段，對(duì)結(jié)果進(jìn)行修正，使測(cè)試應(yīng)力結(jié)果盡可能的接近實(shí)際情況，準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)。誤差分析時(shí)要考慮鋼弦應(yīng)變計(jì)的位置誤差、鋼弦應(yīng)變計(jì)調(diào)零、混凝土彈性模量影響、混凝土應(yīng)變滯后影響、溫度影響、混凝土收縮和徐變影響等。

通過(guò)對(duì)測(cè)量后的應(yīng)力進(jìn)行分析，在橋梁施工控制中盡可能的采取措施來(lái)減小應(yīng)力誤差，使結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)能夠和設(shè)計(jì)值相符合，例如針對(duì)預(yù)應(yīng)力索延伸量不足的現(xiàn)象可以采取改進(jìn)施工工藝的措施，進(jìn)行二次張拉，施工中采用對(duì)稱和多級(jí)張拉的方式減少預(yù)應(yīng)力損失。

［1］向木生,張世飄,沈典棟，等.大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工控制技術(shù)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),2002,15(4):72-79.

［2］習(xí)向木生,范建海,沈典棟,等.預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)應(yīng)力全量靜載實(shí)驗(yàn)方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào):交通科學(xué)與工程版,2002,26(6):1003-1006.

［3］張偉雄.后張T梁預(yù)應(yīng)力筋管道摩阻損失測(cè)試與分析[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2001,11(l):67-68.

［4］張迎軍,李振鵬,謝雷.預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)度控制[J].天津市政工程,2005,6(3):30-31.