利用線性變形控制技術的掛籃施工控制探討

農基武

(廣西翔路建設有限責任公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

在橋梁工程中，掛籃結構已逐漸發展成為多元化的結構，具有自重輕、結構堅固穩定、變形小、移動與裝拆便利、可重復利用性好等特點。我國掛籃的設計和生產已經完全適應了輕型結構、高強度、大跨度的需要。

長跨度橋梁的施工控制是施工→測量→鑒定→校正→預測→施工的多重輪回進程。因此，大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術是對主梁的標高和內力采用雙重控制的形式。大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術是指在橋梁懸臂法施工階段，對橋跨結構所發生的幾何變形應用形變控制軟件，利用計算進行矯正，使其接近或達到設計的理想狀態[1]。大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術中存在兩個關鍵問題，分別是施工質量控制的規范化計算和現場施工時試塊的精確質量試驗過程。通過對試塊做精確的質量試驗，可以得到關于橋梁變形和內力的最有效的數據信息。這些數據為在施工進程中執行施工質量控制措施、調配結構內力和防止新澆筑橋梁段發生大尺度位移提供保障；這是進行施工質量管控，改善最初設計中的不合理構造，保證橋梁主體在施工進程中安全穩定的重要內容。

1 掛籃選型及主要特征

1.1 掛籃的組成和分類

掛籃常見的分類有多種形式，見表1。

表1 掛籃分類表

掛籃一般采用軌道行走方式作為行走模塊，用電動卷揚機做牽引動力來源，行走模塊可以分為前牽引部分和尾索保護部分。通過埋在梁肋內的縱向預應力筋來錨固，可以加大尾部壓力或其他措施來增加錨固能力，確保澆筑混凝土時掛籃擁有足夠的穩定性。掛籃的主要作用為承受新澆混凝土的重量和支撐模板；施工混凝土灌漿現場、張拉、調節施工高程都是通過掛籃的工作平臺實現，所以不僅要求掛籃施工時具有足夠的剛度和穩定性，而且還要求掛籃施工時具有足夠的強度，同時在此前提下，掛籃重量越輕越好，移動越靈活越好，越易于調節高程越好。

1.2 掛籃主要結構特征

不同類型的掛籃，根據其承載力、制作料材、抗傾覆方式[2]以及施工工期計劃、技術重難點、經濟利益等方面進行分類，見表2。

表2 各類掛籃特征比較表

2 西江扶典口特大橋掛籃施工介紹

西江扶典口特大橋位于梧州市環城公路K29 km處。地屬梧州市城東，自北向南跨越西江。橋址河段處于西江億噸黃金水道，規劃通航等級為Ⅰ(3)級。正常水位水面寬度約1 000 m，水深10～25 m。梧州市環城公路西江大橋建設工程為新建高速公路特大橋。主要工程內容為：1#主橋，(145+270+145) m矮塔斜拉橋；2#主橋，(131+198+131) m連續剛構橋；引橋，11×40 m先簡支后連續T梁橋。橋梁全長1 474 m。2#主橋采用預應力混凝土連續剛構橋，橋寬28.5 m，分左右兩幅設置，單幅橋寬12.75 m，兩幅橋間凈寬3 m。主梁采用單箱單室截面。主墩采用雙薄壁墩，承臺接鉆孔灌注樁群樁基礎。

西江扶典口特大橋掛籃由工廠生產，運到現場組裝。由于承受載荷較大，且可以長時間反復使用，所以生產時應嚴格控制焊接質量和加工零件的質量。

為了便于運輸，且需要考慮現場吊裝能力的限制，長組件一律采用分段制作的生產方式和現場組裝的拼裝方式。如圖1～3所示：

圖1 西江扶典口特大橋掛籃施工布置立面圖(cm)

圖2 西江扶典口特大橋掛籃施工布置斷面圖(cm)

圖3 掛籃施工流程圖

3 西江扶典口特大橋掛籃施工控制

3.1 掛籃施工的線性變形控制技術

大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術是對主梁的標高和內力采用雙重控制的形式。它不但是對施工技術的要求，而且是一個系統性項目，雙重控制由兩大模塊組成：(1)數據信息收集與處理模塊，即在橋上鋪設各種傳感與感應元件，進而布置監控模塊，用于相關數據的收集；(2)數據解析與模擬仿真模塊，這一模塊對上一模塊收集到的數據進行解析與模擬，可以得到施工進程中各階段的數據信息。

大跨度橋梁掛籃施工的線性變形控制技術模塊框圖見圖4。

圖4 施工線性變形控制技術質量控制模塊框圖

3.2 掛籃施工線形及控制措施

對于預應力混凝土結構橋梁，線性控制是對梁跨的幾何結構變形進行控制，矯正計算結果，從而使施工結果達到理想狀態。

為了保證橋梁施工質量與橋梁施工安全，有效提高橋梁的承載力水平，避免在使用中出現長期變形和裂縫現象，做到安全可靠，在大橋的施工過程中應加強對大橋的施工監控，同時選用有資質的第三方進行監控，確保大橋施工的線形、應力控制準確。

在主梁0#塊件上設置臨時水準點，兩臨時水準點的高程精度達到三等水準控制測量。根據高程控制數據及主梁混凝土彈性模量及收縮徐變等因素綜合考慮，現場技術員應及時算出下一節段混凝土立模標高返饋回來，通過監測、分析和設計理論值相比較，驗證各項設計假定的合理性及設計的可靠性，保證橋梁結構的安全，同時提供立模數據以指導施工，保證橋梁線形。

施工期間應密切測量箱梁各節段位置及撓度，發現預拱度超出設計應及時調整；密切觀測墩頂位移變化。大風天氣、掛籃前移和日照峰值溫度等三種狀態為最危險時刻，現場做好應急應對措施。

對連續梁線性能造成影響的主要因素為：在施工進程中由于重力和工作載荷及梁懸臂端向下位移時的預應力，導致梁懸臂向上位移偏移。事實上，除了具體的重力和預應力外，梁墩還需要承載掛籃的自身的重量。另外，由于受到混凝土蠕變、固結收縮和養護溫差不同等因素的影響，導致在混凝土澆筑前模具的高程和施工完成后梁頂高程存在顯著高程差(5～10 cm)。線性控制的基本機理是對施工現場情況進行模擬計算，然后根據計算結果，可以得到梁的最終偏轉值，進而計算出最終撓度(即橋梁的垂直形變程度)。最后，在各個階段的施工進程中就可以提前設置好預拱度，然后根據設定好的預拱度調整梁的前緣高程。

3.2.1 西江扶典口特大橋掛籃的形變

針對西江扶典口特大橋掛籃施工，因為掛籃表面與橋梁混凝土表面之間始終存在間隙，并且在施工進程中也增設了拉桿，而在進行模擬計算時，出于簡化計算的目的，可能會導致模擬計算值和實測撓度之間存在差異。通過負載試驗，逐漸增加到負載的130%，根據所測得的實測數據可以準確計算出各段懸臂掛籃的偏移量。因此可以在各個階段的施工進程中提前設置好預拱度，同時也可以由此推算出在各個階段施工進程中的掛籃撓度[4]。詳見圖5和表3。

圖5 西江扶典口特大橋掛籃計算模型圖

節塊數節塊長度(m)節塊重(kN)前吊點力(kN)前點撓度(mm)理論值試驗內插值131 046403.1211.8013.72231 011389.8711.2113.2133961367.2710.5212.5443865332.7810.0111.8053765293.219.3911.1963726279.848.8710.6473201269.558.4210.0284887387.549.4111.1894845361.818.8810.67104764327.428.339.84114704301.297.899.41124684294.507.378.62134668283.417.008.39

3.2.2 實測撓度值與理論值的差異性分析

掛籃形變有兩種：彈性形變與非彈性形變。彈性形變為線性形變，可以從理論上推導出來。非彈性形變是非線性的，隨著掛籃的每次后移，非彈性形變是無法避免的，同時非彈性形變也在積累，主要原因及控制措施為：

(1)掛籃各部件之間與混凝土之間始終存在間隙，通過負載試驗，逐漸增加到負載的130%可以消除大部分縫隙。但是當該橋段施工結束，掛籃開始向后移動，就會導致有新的縫隙產生。

(2)盡管施工進程中使混凝土面保持表面平整，同時也在混凝土表面加墊鋼板，但是在混凝土面和滑道中間，依然有約1 mm的間隙存在。

3.2.3 基于線形變形控制技術的施工控制措施

針對橋梁施工存在明顯的接縫，在混凝土澆筑前模具的高程和施工完成后梁頂高程存在顯著高程差等問題，結合實際西江扶典口特大橋掛籃施工經驗，提出基于線形變形控制技術的施工控制措施及相關施工矯正手段：

(1)選擇改進的三角型掛籃，該掛籃兩個延伸臂梁的前端延伸，作為籃底模平臺一側的滑塊向前運動，三角型掛籃后端錨固在箱梁頂，無需配備平衡配重。

(2)當掛籃無法正確就位時，可能是因為掛籃地預埋孔與實際位置存在較大偏差造成。因此，需要提高掛籃各部位的插入孔的配置精度。同時，為了防止混凝土在預埋孔附近振搗時產生位移，嵌入孔應該用鋼筋網固定[5]。

(3)在掛籃進行調整到位后，一定要用千斤頂對吊桿進行張拉，讓吊桿始終處于預應力狀態。各節相應保持一致，努力降低彈性形變與非彈性形變，為在各個階段的施工進程中提前設置好預拱度提供準確的依據；同時利用掛籃模板和橋梁接觸面的摩擦，來解決接縫錯臺等施工問題帶來的差距錯誤(見圖6)。

(4)健全按時測量制度，每30 min間隔測量一次，認真分析測量結果，繪出撓度曲線圖，為下一段的綜合預拱度的準確預報和設計提供依據。

(5)對于相鄰部分進行標高與軸線的聯合測量，在施工進程中，標高與軸線的精度將保持一致，為橋梁順利合龍提供保障。

(6)施工進程中嚴格執行平衡施工制度，盡可能地避免未按照平衡施工要求導致的測量數據的不準確，例如施工荷載不均衡或橋面雜物堆放不均引起的測量誤差。

(7)不允許在惡劣天氣情況下(強光、高溫和大風等)進行觀測。應在每天凌晨日出之前完成施工觀測。

(8)觀測時要采用固定人員、固定儀器，避免人為原因或儀器原因引起的測量誤差。

(9)對梁體施工選用的原料材的性能進行嚴格控制，建設原料材應該全橋統一，避免料材不合格造成的質量問題。

圖6 西江扶典口特大橋掛籃預壓結構布置圖

4 結語

對于西江扶典口特大橋合龍時的相對高差，中跨≤8 mm，邊跨≤6 mm，中線偏差≤5 mm，說明線性控制結果符合規范要求，施工質量控制措施到位。因此，可得出以下結論：

(1)施工進程中線形控制的結果良好得當，則說明了在各個階段的施工進程中提前設置預拱度的正確性；

(2)當模擬計算值與現場實際測量結果保持一致時，則證明施工進程中采用的線性變形控制技術是可行的，該理論可用于施工質量控制，滿足施工精度的要求；

(3)相對于灌筑混凝土和施加預應力對橋梁結構的影響，掛籃每段施工完成后的移動工作對結構變形的影響要小得多；

(4)在實際施工中，規范中提供的彈性模量值和用于施工的混凝土彈性模量實際測量值差異較大，進行模擬計算時應該注意到兩者的差異造成的計算錯誤；

(5)除對施工進程進行精準的模擬計算外，還應嚴格執行施工質量管理，包括各工種的密切配合等，都是實現精確掛籃施工線性變形控制的質量保證[6]。

掛籃施工過程中的線性變形控制尤為重要，不僅在實時防止預應力張拉過度等問題上，做到實時應力監測，還應該對實時監控進行調整，保證整橋全段的線性變形在可控范圍內，確保順利合龍。