澳門輕軌高架橋節(jié)段箱梁施工控制研究

楊永興，趙 果，王文敬

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司，上海200070；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，河南洛陽(yáng)471023）

澳門輕軌高架橋節(jié)段箱梁施工控制研究

楊永興1，趙 果2，王文敬2

（1.中鐵十五局集團(tuán)有限公司，上海200070；2.河南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，河南洛陽(yáng)471023）

研究了澳門輕軌高架橋節(jié)段箱梁施工控制。以澳門輕軌高架橋?yàn)楣こ瘫尘埃贫ㄔ敿?xì)的監(jiān)控方案，闡述施工控制思路，施工控制流程和施工控制內(nèi)容，認(rèn)真完成了準(zhǔn)備階段、預(yù)制階段和安裝階段各個(gè)階段的監(jiān)控，著重研究了節(jié)段箱梁段安裝過(guò)程中的線形控制和應(yīng)力控制，對(duì)今后類似工程的施工控制有參考價(jià)值。

高架橋；節(jié)段箱梁；施工控制；線形控制

D01∶10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.06.011

引言

近年來(lái)，短線匹配節(jié)段箱梁施工成為一項(xiàng)現(xiàn)代化的施工技術(shù)。國(guó)內(nèi)首次采用該技術(shù)是在2003年蘇通長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)中，之后在南京長(zhǎng)江第四大橋、崇啟長(zhǎng)江公路大橋及廈門集美大橋等特大橋施工現(xiàn)場(chǎng)的改良和創(chuàng)新，使短線匹配節(jié)段箱梁施工技術(shù)日漸完善[1]。

林三國(guó)[2]對(duì)節(jié)段梁的預(yù)制、運(yùn)輸及懸吊、線形調(diào)整方法及節(jié)段間混凝土的連接進(jìn)行了研究；傅瓊閣[3]以蘇通大橋引橋?yàn)槔敿?xì)介紹了節(jié)段梁模板的設(shè)計(jì)、安裝、脫模和鋼筋綁扎、混凝土灌注及蒸汽養(yǎng)生等主要制梁工藝。因短線匹配節(jié)段箱梁的施工工藝復(fù)雜，在施工過(guò)程中，由于各種原因如參數(shù)設(shè)計(jì)誤差、測(cè)量誤差、施工誤差等，會(huì)引起橋梁在施工中實(shí)際狀態(tài)和理想狀態(tài)有一定的偏差存在，隨著偏差的積累如不控制并及時(shí)處理，成橋后結(jié)構(gòu)的安全性能將得不到保證[4]。因此必須對(duì)橋梁各個(gè)施工階段進(jìn)行監(jiān)控，確保成橋狀態(tài)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文以澳門輕軌高架橋?yàn)楣こ瘫尘埃贫ㄔ敿?xì)的監(jiān)控方案，闡述分段預(yù)制箱梁在采用短線匹配預(yù)制和拼裝過(guò)程中的幾何控制技術(shù)，認(rèn)真完成了準(zhǔn)備階段、預(yù)制階段和安裝階段的監(jiān)控。

1 工程概況

澳門輕軌一期氹仔口岸段高架橋分別采用單箱單室和單箱雙室的預(yù)應(yīng)力箱梁，共39跨，包含主線及匝道共計(jì)12聯(lián)，跨徑布置如表1所示。梁段長(zhǎng)度有1.75m，2.0m，2.25m、2.5m四種。在預(yù)制廠完成上部結(jié)構(gòu)箱梁節(jié)段的預(yù)制，之后運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，使用逐孔組拼安裝的施工工藝，進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的組拼，具體安裝示意圖如圖1所示。本文以VIA? DUCT IS20-V02段為例來(lái)說(shuō)明節(jié)段箱梁施工控制，該節(jié)段示意圖如圖2所示。

表1 跨徑布置

圖1 上部結(jié)構(gòu)箱梁安裝

圖2 VIADUCT IS20-V02段示意圖

2 施工控制的實(shí)施

2.1 施工控制思路

整個(gè)控制體系的實(shí)施可分為：準(zhǔn)備、制造及安裝等三個(gè)主要階段，涵蓋了從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件制造到安裝的所有關(guān)鍵階段，涵蓋了所有構(gòu)件的制造和安裝。

依據(jù)施工全過(guò)程仿真分析確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)確定各構(gòu)件的制造形態(tài)和相應(yīng)安裝階段各構(gòu)件的幾何關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)構(gòu)件制造和構(gòu)件安裝的工藝特點(diǎn)、施工方法等的客觀需要以及幾何控制實(shí)施的具體特點(diǎn)確定施工控制方案和控制方法。

以數(shù)字化全過(guò)程控制作為指導(dǎo)原則開(kāi)發(fā)的幾何控制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，對(duì)所有施工階段均給出構(gòu)件制造、安裝等的理想目標(biāo)狀態(tài)，制定相應(yīng)的數(shù)字化幾何控制方案，對(duì)于構(gòu)件制造、構(gòu)件安裝等控制過(guò)程實(shí)施全面控制，建立制造、安裝各階段結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)、誤差狀態(tài)等系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，作為施工控制實(shí)施的重要支撐。

2.2 施工控制流程

采用全過(guò)程幾何控制理念，通過(guò)對(duì)箱梁節(jié)段制造和安裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的全過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)對(duì)引橋結(jié)構(gòu)無(wú)應(yīng)力構(gòu)形的有效控制。施工控制實(shí)施流程，如圖3所示。

3 施工控制內(nèi)容

本項(xiàng)目施工控制針對(duì)多參數(shù)多元目標(biāo)進(jìn)行，并根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)對(duì)參數(shù)進(jìn)行分級(jí)以正確指導(dǎo)誤差容許度的確定和誤差調(diào)整措施的實(shí)施。本項(xiàng)目選取主梁線形和結(jié)構(gòu)應(yīng)力作為施工控制的主要控制指標(biāo)。

3.1 準(zhǔn)備階段

拼裝而成的橋梁結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)制造、施工等的不同階段會(huì)涉及三種線形即：設(shè)計(jì)成橋線形、制造線形、拼裝線形[5]。

其中：設(shè)計(jì)成橋線形即橋梁修建完成之后所要滿足的設(shè)計(jì)線形；制造線形即主梁在生產(chǎn)制造過(guò)程時(shí)無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的線形；拼裝線形，又稱安裝線形，即橋梁在組拼過(guò)程中剛安裝好的梁節(jié)段自由端連成的線形[6]。

選擇恰當(dāng)合理的制造、拼裝線形，最終使橋梁結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)成橋線形，是拼裝橋梁施工控制最主要的任務(wù)。逐段安裝所形成的結(jié)構(gòu)中新安裝單元初始位置的確定，是拼裝施工橋梁位移計(jì)算要解決的問(wèn)題。確定其初始位置的方法有以下兩種：第一種，零初始位移法，即規(guī)定新節(jié)點(diǎn)位移等于零；第二種，切線初始位移法，即把新節(jié)點(diǎn)的初始位移規(guī)定為沿著已完成的梁段懸臂端的切線上[7]。

圖3 施工控制實(shí)施流程示意圖

制造線形和設(shè)計(jì)成橋線形二者間關(guān)系如下：式中：Hm表示制造線形；Hc表示設(shè)計(jì)成橋線形；Hv表示由切線初始位移法計(jì)算所得的豎向位移。

安裝線形和設(shè)計(jì)成橋線形二者間關(guān)系如下：式中：He表示安裝線形；Hc表示設(shè)計(jì)成橋線形；Hv表示由零初始位移法計(jì)算所得的豎向位移。

由切線法計(jì)算所得的豎向位移可以對(duì)由零初始位移法計(jì)算所得的豎向位移進(jìn)行簡(jiǎn)略的處理得到。

3.2 預(yù)制階段

短線匹配法預(yù)制指在不忽略混凝土收縮、徐變、預(yù)拱度等影響下，把連續(xù)梁按“T”型或者逐跨形式分為若干節(jié)段，把成橋狀態(tài)下整體的坐標(biāo)換算成預(yù)制廠的局部坐標(biāo)系之后，以預(yù)制臺(tái)座上固定端模為基準(zhǔn)，調(diào)節(jié)已完成的相鄰梁段（匹配梁段）的平面位置和標(biāo)高，在預(yù)制臺(tái)座的固定模板系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行逐榀匹配預(yù)制的一種施工工藝。

每個(gè)預(yù)制節(jié)段都設(shè)定6個(gè)控制測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置

示意圖，如圖4所示。其中，控制平面位置的為沿節(jié)段中心線的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)（FH＆BH），控制標(biāo)高的為沿腹板設(shè)定的四個(gè)測(cè)點(diǎn)（FL，F(xiàn)R，BL＆BR）。全部預(yù)埋件都應(yīng)在混凝土凝結(jié)之前布置在階段梁的頂板上。各測(cè)點(diǎn)由鍍鋅的十字頭螺栓和U型圓鋼組成。控制點(diǎn)埋設(shè)示意圖如圖5所示。

圖4 測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 測(cè)量控制點(diǎn)埋設(shè)示意圖

節(jié)段預(yù)制成型后，已形成的誤差只能在后續(xù)節(jié)段預(yù)制過(guò)程中進(jìn)行改正。把以完成的預(yù)制節(jié)段控制點(diǎn)的坐標(biāo)輸入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將自動(dòng)識(shí)別誤差，若誤差超過(guò)允許值，程序?qū)⒆詣?dòng)在后續(xù)一個(gè)節(jié)段或幾個(gè)節(jié)段的預(yù)制過(guò)程中一次或分次加以調(diào)整。

3.3 安裝階段

在安裝階段，節(jié)段箱梁控制點(diǎn)跟預(yù)制階段控制點(diǎn)一致，如圖6所示。為了保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將VIADUCT IS20-V02分為P03墩～P04墩段，P04墩～P05墩段，P05墩～P06墩段和P06墩～P07墩段，分別劃分為11，13，13和11個(gè)小的節(jié)段進(jìn)行測(cè)量。因篇幅有限，表2給出了P06墩～P07墩段的部分FL數(shù)據(jù)，并和理論標(biāo)高進(jìn)行比較分析，進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，就可以對(duì)主梁的線性進(jìn)行很好地控制。

從表2可以看出，實(shí)測(cè)標(biāo)高和設(shè)計(jì)標(biāo)高相差不大，誤差符合相關(guān)規(guī)范要求，從而保證了在通車以后實(shí)際標(biāo)高能符合橋梁設(shè)計(jì)標(biāo)高的要求。如誤差不符合規(guī)范要求，應(yīng)該及時(shí)糾偏。進(jìn)行誤差糾偏方法為：結(jié)合監(jiān)控單位工程師的初判和對(duì)上部結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)的評(píng)定計(jì)算，在預(yù)制梁節(jié)段之間某些部位設(shè)置2～3mm的楔形墊片進(jìn)行調(diào)整。其中，楔形墊片可選取環(huán)氧樹(shù)脂墊片，此環(huán)氧樹(shù)脂墊片可以逐層疊加形成更厚的楔形墊片[9]。在安裝過(guò)程中如果高程控制點(diǎn)的誤差超過(guò)允許值，可使用在梁端上、下緣墊環(huán)氧墊片的形式加以調(diào)節(jié)。在安裝過(guò)程中如果平面控制點(diǎn)的誤差超過(guò)允許值，可使用在梁段左、右側(cè)墊環(huán)氧墊片的形式加以調(diào)節(jié)。

圖6 安裝梁段控制點(diǎn)圖

表2 安裝時(shí)P06墩～P07墩段設(shè)計(jì)標(biāo)高、實(shí)測(cè)標(biāo)高 m

節(jié)段梁實(shí)際應(yīng)力一旦與設(shè)計(jì)應(yīng)力不一致必將會(huì)給節(jié)段梁施工帶來(lái)困難，其影響會(huì)超過(guò)變形帶來(lái)的影響，因此應(yīng)將應(yīng)力控制作為施工控制的重要指標(biāo)。在節(jié)段梁控制截面，布置6個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，頂板和底板各設(shè)置3個(gè)，如圖7所示。

圖7 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

在預(yù)制節(jié)段混凝土澆筑完成、預(yù)應(yīng)力張拉之后對(duì)應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，而早晚溫差變化引起的截面應(yīng)力變化需同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。如發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值與理論計(jì)算值偏差較大，則應(yīng)隨即查找原因并提出相關(guān)解決措施，對(duì)施工進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)[10]。

4 實(shí)施效果

澳門輕軌高架橋采用節(jié)段預(yù)制、逐跨施工，在現(xiàn)場(chǎng)只有拼裝作業(yè)，施工時(shí)避免對(duì)線路周邊環(huán)境和交通的影響，施工速度也得到提高，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在嚴(yán)格的施工控制體系下，澳門輕軌高架橋節(jié)段箱梁成橋時(shí)的線性和應(yīng)力都在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)，達(dá)到了施工控制的預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

澳門輕軌一期氹仔口岸段高架橋?qū)Τ蓸蚓€性控制要求高，橋梁施工必須進(jìn)行有效管理和控制，確保該橋在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形始終安全范圍內(nèi)，以及成橋線型與設(shè)計(jì)期望值十分接近。隨著澳門輕軌一期氹仔口岸段高架橋的順利建成，說(shuō)明此施工控制方法簡(jiǎn)單、直觀、有效，為類似工程施工控制提供了參考和借鑒。

[1]張校昌，杜明琪，張楠.南京長(zhǎng)江第四大橋短線匹配節(jié)段箱梁施工技術(shù)[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34（4）∶125-128.

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Construction Control of Segmental Box Girder of Macau Light Railway Viaduct

YANG Yongxing1，ZHAO Guo2，WANG Wenjing2
(1.China Railway 15th Construction Bureau Group Corporation,Shanghai,200070,China；
2.Civil Engineering School,Henan University of Science and Technology,Luoyang,471023,China)

Construction control of segmental box girder of Macau light railway viaducts was studied.Taking Ma?cau light railway viaduct as an instance,detailed monitoring scheme was planned.Construction control ideas were described also.Monitoring at all stages has been carefully completed,with being focused on the geometry control and stress control during the installation of segmental box girder,which could provide experience for simi?lar projects construction.

viaduct;segmental box girder;construction control;geometry control

U443

A

1673-2928（2016）06-0034-04

2016-05-04

河南省科技廳產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目（2015HNCXY011）。

楊永興（1981-），河北承德人，中鐵十五局集團(tuán)有限公司工程部長(zhǎng)，工程師，主要從事橋梁工程。

（責(zé)任編輯：郝安林）