連續(xù)空心箱梁拱橋線形控制技術

中鐵建設投資集團有限公司

摘要：近年來，隨著我國城市化進展加快，城市交通壓力不斷增大，對于城市交通提出了更高的要求。而城市高架快速通道很好的解決了目前城市交通壓力需求，隨著城市高架快速通道的快速發(fā)展，單一的梁、拱等結構形式已不能滿足城市橋梁外觀形式需求，面對日新月異的城市橋梁結構，本文以南昌市港口大道儒樂湖大橋為例，分析了連續(xù)空心箱梁拱橋的施工控制，并闡明如何在施工中做好新型結構的線形控制。

關鍵詞：連續(xù)空心箱梁；拱橋；線形控制

一、工程概況

連續(xù)空心箱梁拱橋是指在橋梁結構中，將空心箱梁與拱兩種基本結構結合起來，充分發(fā)揮梁體受彎、拱體受壓的結構特點，以增強結構的承載能力及跨越能力的目的。南昌市港口大道儒樂湖大橋采用四幅九跨卵圓形鋼筋混凝土結構，其主橋結構形式為連續(xù)空心箱梁拱橋，跨徑布置為25m+40m+50m+3*60m+50m+40m+25m，橋梁全長410m，寬85m，分為四幅，每幅寬21.23m，單幅間距30cm，設計縱坡0.351%，橫坡2%，箱梁厚度呈曲線變化由1.8m～5.9m。

儒樂湖大橋立面圖

單幅箱梁整體三維效果圖

主橋采用“先拱腳、再拱“芯”、后箱梁”三次澆筑的施工方法，主要施工步驟如下：利用盤扣式支架系統(tǒng)施工各主墩上“V”型拱腳；張拉各“V”型拱腳間臨時扣索；施工“V”型拱腳上部頂板，實現(xiàn)拱“芯”結構；施工拱“芯”上部箱梁；按照先中間拱跨合龍，再次中間拱跨合龍，最后邊拱跨合龍的順序逐步施工各拱跨中間合龍段并逐跨張拉預應力索，最終成橋。

主橋上部結構在施工過程中受力復雜，各種施工誤差（如截面誤差、材料容重誤差、彈性模量誤差、張拉應力誤差等）和施工步驟的改變及偶然施工荷載的作用都會引起橋梁結構線形與內力的改變，因此做好施工過程監(jiān)測是確保成橋后線形、合龍精度及內力符合設計要求的關鍵。

二、施工過程監(jiān)控方法

施工過程監(jiān)控包含兩方面的控制，一是理論監(jiān)控計算，二是施工過程監(jiān)測，通過施工過程監(jiān)測所得到的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比，不斷收斂使得最終成橋線形與理論線形盡可能保持一致。

2.1理論監(jiān)控計算

儒樂湖大橋監(jiān)控計算采用正裝法進行計算，整個計算步驟按橋梁施工澆筑過程進行，直至大橋合龍，對設計計算所確定的成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)進行復核，并形成相應的施工、成橋仿真分析成果。其監(jiān)控計算工作主要包括以下內容：，

（1）施工前仿真計算

根據(jù)設計圖紙和現(xiàn)場前期收集的資料和荷載等參數(shù)，進行施工過程和成橋狀態(tài)計算，并對設計成橋狀態(tài)按規(guī)范進行成橋荷載組合計算，對結構強度、剛度進行驗算，確保結構安全在規(guī)范允許范圍之內。確定施工方案的可行性，得到初步的施工過程理論軌跡和澆筑前的主要施工控制參數(shù)。

（2）施工過程跟蹤計算

施工過程跟蹤計算包括節(jié)段施工前的預測計算和節(jié)段施工后的校核和修正計算。在節(jié)段施工之前，對節(jié)段施工過程中結構的內力和變形進行預測，并作為節(jié)段施工過程控制的目標，在節(jié)段施工完畢之后，根據(jù)實際的測試和測量結果，得出一組消除各種誤差因素后結構的實際狀態(tài)數(shù)據(jù)，并與預測值進行對比分析，找出差值，對計算模型進行修正，并重新計算作為后續(xù)施工的依據(jù)。如果實測值與計算值有較大差異，需要采用最小偏差理論分析并對偏差值做適當調整。

（3）各類參數(shù)識別與誤差分析調整

計算參數(shù)誤差分析和參數(shù)識別是建立在大量的測量和計算分析的基礎上，儒樂湖大橋所采用的方法包括統(tǒng)計分析、卡爾曼濾波和預測、最小二乘法等。針對本橋而言結構參數(shù)誤差與識別主要包含以下幾個方面：

①梁體自重

②混凝土彈性模量及徐變特性

③施工荷載變動

④溫度場的影響

2.2 施工過程監(jiān)測

通過在施工現(xiàn)場設立的實時測量體系，對施工過程中主梁等關鍵部位的應力、位移和溫度進行現(xiàn)場實時跟蹤測量，為施工監(jiān)控計算提供實測數(shù)據(jù)，以保證主梁施工過程結構的安全、位置準確及為監(jiān)控計算提供實測結構參數(shù)和校核。

2.2.1 位移監(jiān)控

（1）拱肋和主梁線形控制網(wǎng)的測定及高程控制基準點的定期復測

主橋線形控制網(wǎng)按規(guī)范要求測設主橋高程控制基準點，其為理論不動點，由水準基點引測其高程。為防止測點位置移動或破壞，需對高程控制基準點進行定期復核，每兩個月復測一次。測量采用水準儀進行。主梁高程控制點設在墩頂中線處，由高程控制基準點引測，每月復測一次。

（2）中軸線偏位測量

根據(jù)現(xiàn)場施工梁段的中軸線標志，采用全站儀進行中軸線的空間坐標測量。具體做法是：采用設置在兩岸穩(wěn)定的基準點，配合反光棱鏡，測量梁段測點中線偏差。

（3）拱肋和主梁標高測量

每節(jié)段施工完成后，測量該節(jié)段的標高變化，測點布置見圖示。測點采用φ16的短鋼筋制作，底部焊于鋼筋籠上，頂部磨圓露出砼面1cm。

梁體標高測點布置圖

（4）合龍前后線形24小時聯(lián)測

中邊跨合龍前進行一次24小時聯(lián)測，以觀測主梁線形隨溫度變化情況。另外在具體施工時，視監(jiān)控計算與監(jiān)測結果的對比需要，進行溫度對線形的影響觀測。

（5）成橋線形測量

成橋后（合龍后，二期恒載鋪裝前）測量全橋線形，每5m布置兩個測點（上下游各一個），測量主梁成橋線形。主梁線形測試包括主梁頂面標高測量和主梁中線測量兩部分內容。

2.2.2 應力監(jiān)控

影響混凝土應力測試的因素很復雜，除荷載作用引起的彈性應力應變外，還與收縮、徐變、溫度有關。儒樂湖大橋內外混凝土應力測試通過應變測量換算應力值，即：

σ彈=E·ε彈

式中：σ彈為荷載作用下混凝土的應力；

E為混凝土彈性模量；

ε彈為荷載作用下混凝土的彈性應變。

通過應變計實際測出的混凝土應變則是包含溫度、收縮、徐變變形影響的總應變ε。

ε=ε彈性+ε徐變+ε溫度+ε自身+ε收縮

按上述公式即可得到扣除了溫度和收縮影響的應變。

2.2.3 測點布置

本著“完整性、代表性、實用性”的原則，并結合大橋初計算成果，選取應力測試截面及布置應力測點。儒樂湖大橋應力初步計算結果如下圖示：

拱肋和梁上邊緣應力圖（三角區(qū)拱腳處上邊緣出現(xiàn)較大拉應力）

拱肋和梁下邊緣應力圖

由初步計算結果可以看出，三角區(qū)拱腳處上邊緣出現(xiàn)較大拉應力，是本項目應力監(jiān)測的重點，根據(jù)計算結果，應力及變形監(jiān)測點布置斷面入下圖示：

應力監(jiān)測主要斷面

截面應力監(jiān)測點布設圖

3、橋梁變形監(jiān)測結果

通過施工后所測量結果與設計對比，儒樂湖大橋各施工階段梁體實際發(fā)生的位移與理論位移接近，說明施工監(jiān)控所采用的計算模型機計算參數(shù)能反映整個橋梁施工的實際狀況。成橋后橋梁變形測量成果見下表：

測點截面位置測點編號施工階段實測值與設計值偏差（m）測點截面位置測點編號施工階段實測值與設計值偏差（m）

V腿兩側7第一次澆筑0.019V腿兩側7第二次澆筑0.029

V腿兩側8第一次澆筑0.018V腿兩側8第二次澆筑0.031

V腿兩側9第一次澆筑0.023V腿兩側9第二次澆筑0.029

V腿兩側10第一次澆筑0.029V腿兩側10第二次澆筑0.029

V腿兩側11第一次澆筑0.032V腿兩側11第二次澆筑0.032

V腿兩側12第一次澆筑0.030V腿兩側12第二次澆筑0.031

4#、5#跨中4第一次澆筑0.0074#、5#跨中4第二次澆筑-0.003

4#、5#跨中5第一次澆筑0.0074#、5#跨中5第二次澆筑-0.002

4#、5#跨中6第一次澆筑0.0024#、5#跨中6第二次澆筑-0.007

5#、6#跨中1第一次澆筑0.0085#、6#跨中1第二次澆筑-0.001

5#、6#跨中2第一次澆筑0.0145#、6#跨中2第二次澆筑0.004

5#、6#跨中3第一次澆筑0.0145#、6#跨中3第二次澆筑0.005

說明：表中數(shù)據(jù)負值表示變形向上

4、結語

儒樂湖大橋從2013年4月開始施工，于2015年9月順利施工完成，整個施工過程順利，橋梁線形與設計狀態(tài)基本一致，在同類型橋梁的施工中，有以下幾點可供借鑒：

1、在計算機程序化條件下，仿真計算要充分考慮混凝土收縮、徐變和支座單元給結構帶來的影響，以保證仿真計算參數(shù)對實際施工的指導性。

2、對于混凝土收縮、徐變等時間效應在各個施工階段逐步計入；

3、受篇幅限制，本文未對溫度場變化及支架拆除對現(xiàn)澆梁的線形影響進行詳細敘述。實際施工中，由于現(xiàn)澆支架在全橋合攏預應力張拉完成之后拆除，如果支架拆除順序不當，會造成成橋曲線與設計曲線誤差。