短線匹配法橋梁預制拼裝及線形監控要點

■王志恭

（1.泉州跨海大橋有限責任公司；2.泉州市公路局，泉州 362000)

短線匹配法預制拼裝施工過程中， 橋梁結構的實際狀態與理論狀態之間總是存在一定的誤差， 其包括參數誤差、施工誤差、測量誤差、結構分析模型誤差等。這些偏差累積如不加有效的控制調整， 成橋后結構線形難以滿足設計要求。因此本橋根據項目結構體系特點，采用全過程自適應幾何控制法，控制全面覆蓋節段預制、拼裝及線形施工全過程，結合工作實踐，談談泉州灣跨海大橋工程短線匹配法預制拼裝及線形監控要點。

1 工程概況

泉州灣跨海大橋工程起于泉州晉江南塘， 止于惠安秀涂，大橋橋長12.45km，全線采用高速公路標準建設，設計速度100km/h,概算總投資69.23 億元。 分南岸陸地區引橋、南岸淺水區引橋、蚶江互通主線橋、南岸淺水區引橋、南岸深水區引橋、通航主橋(800m 雙塔分幅組合梁斜拉橋)、北岸深水區引橋、北岸淺水區引橋、秀涂互通主線橋九個區段。 其中南、北岸深水區(八車道)引橋路基寬度41 m，采用短線匹配法預制拼裝工藝施工，跨徑布置分別為：7×(5×70m)和3×(5×70m)，箱梁頂面設有2%單向橫坡，利用箱梁內外側腹板高度差來控制，箱梁底板保持水平，采用“體內+體外”混合配束的預應力布置方式。 預制箱梁節段及現澆橫隔梁材料采用C55 海工耐久性混凝土，濕接縫采用C55 早強微脹混凝土。 箱梁拼裝成橋后直接鋪設10cmSMA 瀝青混凝土路面，給節段梁預制拼裝精度提出極高要求。

2 箱梁預制安裝準備工作

2.1 建立幾何數據庫

為保證梁段預制和安裝的精確， 在結構有限元分析的基礎上，建立前期的幾何數據庫(見圖1)。

圖1 前期分析階段工作內容

2.2 箱梁節段劃分原則

2.2.1 箱梁節段放樣原則

(1)橋軸線與箱梁中心線之間的放樣原則

根據永久結構的設計要求， 橋軸線與箱梁中心線之間的放樣原則如圖2 所示。

圖2 箱梁中心線放樣原則

(2)墩柱中心線與橋梁路面曲線之間的放樣原則

根據永久結構的設計要求， 墩柱中心線與橋梁路面曲線之間的放樣原則如圖3 所示。

(3)上部結構與墩柱中心線之間的放樣原則

根據永久結構的設計要求， 上部結構與墩柱中心線之間的放樣原則如圖4 所示。

圖3 墩柱中心線與橋梁路面曲線之間的放樣原則

圖4 中跨墩柱放樣原則

2.2.2 箱梁節段分割原理

為保證固定端模總是垂直于預制梁段軸線， 必須按圖5 和圖6 所示原則對箱梁進行劃分，其中0# 塊兩次作為匹配段使用，所以0# 塊必須是矩形。

圖5 # 箱梁節段平面分割原理

圖6 箱梁節段豎向分割原理

2.3 預制箱梁預拱度計算

梁段預制時，處于無應力狀態，因此梁段預制的結構目標線形應考慮結構由于受力變形， 按三個方向即XYZ設置預拱，梁段預制長度考慮彈性壓縮修正。

預拱度的計算考慮的荷載：結構自重、二期恒載、預應力、混凝土收縮徐變至3650 天、1/2 汽車活載。

利用橋梁結構分析軟件RM TDV2000 對預制箱梁進行受力和變形分析, 采用DMIAS CIVIL 進行結構復核。確定結構所需的預拱度，確定梁段預制長度。從而確定梁段預制線形，導入幾何數據庫。

2.4 幾何數據庫建立

上部箱梁結構按以下操作得出梁段預制理論幾何數據庫，以圖紙的形式提交。 幾何數據庫建立流程如圖7 所示：

圖7 幾何數據庫建立流程

3 箱梁預制階段控制

3.1 控制流程和工藝

短線法預制幾何控制流程， 在每塊梁段的預制完畢過程中， 該梁段施工誤差將在該塊梁段移至匹配梁段的位置時，Short Line Construction Control System 控制系統將自動比較匹配段各測點的實測值與本軟件所給定的理論目標值的差別并提出匹配梁段各測點目標值。

將連續梁按“T”構劃分成若干節段，考慮混凝土收縮、徐變、預拱度等因素，將成橋整體坐標轉換為預制工廠局部坐標系后，在預制臺座上以固定端模為基準，調整已生產相鄰梁段(匹配梁段)的平面位置及標高，在預制臺座的固定模板系統內逐榀匹配、預制的一種施工工藝，如圖8 所示。 澆注時，待澆梁段兩側設相對固定的側模(只側向開合而不移動)，前端設固定端模，后端則為已澆好的前一梁段(匹配梁)的前端面，通過調整匹配梁的相對位置來控制待澆梁段的線形， 并以兩者之間形成的匹配接縫來確保相鄰節段的拼接精度。

圖8 梁段預制示意圖

3.2 梁段預制方法

梁段預制過程中主要是利用節段幾何尺寸的改變所產生的轉角效應，來達到豎向或水平線形調整的目的。

3.2.1 平曲線節段預制

平曲線節段預制時， 根據擬合的平曲線中各線段間夾角，將節段從澆筑位置移動到匹配位置上，在相應水平面內轉動角度α，以形成需要的折角。 新澆節段的端模位置不動并使其與節段軸線垂直， 而新澆節段的匹配端面采用斜面，以便于鋼筋骨架制作、剪力鍵設置和節段外形調整。 通過埋在腹板頂面上的四個標高螺栓和埋于頂板中線上的兩個倒U 形水平定位鋼筋，進行節段線形測量和定位檢驗(見圖9)。

圖9 平曲線預制

3.2.2 豎曲線節段預制

豎曲線節段預制時， 根據擬合的豎曲線中各線段間夾角，將匹配節段在相應位置先做標高調整，再于立面內豎向轉動角度β，以形成需要的折角(見圖10)。

圖10 豎曲線預制

3.3 匹配節段定位控制

每一預制梁段設置6 個控制測點。 其沿節段中心線的2 個測點(FH＆BH)用來控制平面位置，而沿腹板設置的4 個測點(FL，FR，BL＆BR)用以控制標高。

3.4 預制模板及測量系統精度要求

3.4.1 預制模板

模板加工與安裝應嚴格按其加工精度進行控制，做好預制單元的定位控制工作， 以此保證各預制梁段的外形幾何尺寸。

圖11 幾何控制網示意

3.4.2 測量控制系統及測量精度

測量控制系統是短線法預制施工的關鍵設施， 它的合理設置和施工精度直接影響到箱梁節段預制線形控制精度。 必須滿足“精度高，變形小、無明顯沉降”的條件要求； 兩測量塔控制點間連線與其所控制的預制臺座上的待澆梁段的中軸線相重合；測量時，一個塔作測量塔，另一塔作目標塔。

箱梁預制測量應能滿足以下精度要求：

(1)長度測量精確度在0.5mm 以內；

(2)水準測量精確度在0.5mm 以內；

(3)匹配段，沿中線的測點的偏差小于2mm；

(4)匹配段，沿腹板的測點的偏差小于1mm。

3.5 預制過程中的幾何控制

短線匹配法要求的施工監控主要是通過控制各預制節段匹配位的空間位置， 從而達到節段拼裝后梁體的線形，以滿足設計的要求。通過專用線形控制軟件將箱梁各梁段控制點的坐標及預拱度以數據庫的形式輸入。 結合所給定的理論值及梁段在匹配段生產時的實測值， 經過必要誤差修正， 精確地計算出成型梁段在匹配位置時應處的空間位置。 預制過程的幾何控制流程見圖12：

圖12 預制過程的幾何控制流程

3.6 測量數據記錄

3.6.1 起始節段讀數記錄

填寫澆注后測量數據表。 起始節段的測量數據必須在混凝土凝固后節段移動前記錄下來。 這些數據將輸入到程序中以計算出匹配段的位置。

3.6.2 標準澆注梁段讀數記錄

填寫澆注、匹配測量數據表。標準灌注梁段的測量數據必須在混凝土凝固后節段移動前記錄下來。 灌注梁段和匹配段的測量數據將輸入到程序中以計算出下一個匹配段的位置。

4 箱梁拼裝階段控制

4.1 節段箱梁安拼裝施工工藝

箱梁節段在預制廠預制完成后，運至現場拼裝。采用“T”構懸臂拼裝工藝施工(如圖13)。 施工步驟：浮吊吊裝墩頂0# 塊后與墩柱臨時固結→安裝架橋機，對稱懸拼梁段，張拉懸臂鋼束形成T 形懸臂→吊裝邊跨梁段，并張拉邊跨合攏鋼束;架橋機前移，吊裝下一個T 構節段→澆筑次邊跨合攏段，并張拉合攏鋼束，完成一聯安裝。 在節段拼裝過程中梁片之間均需凃環氧結構膠， 施加臨時預應力壓緊， 為防止環氧結構膠在臨時預應力施工時受擠壓進入預應力管道， 應在預應力管口貼有高壓縮性的圓形橡膠密封圈。

圖13 現場箱梁拼裝圖

4.2 拼裝階段現場監控

4.2.1 獲得總體座標系統幾何數據

在箱形梁段拼裝過程中， 拼裝控制測點與其在預制時所用的幾何控制測點相同，其中：lfb1、rfb1、lfb2、rfb2 用于控制梁段的立面位置；fhp1、fhp2 用于控制梁段的平面位置(如圖14 所示)：

圖14 安裝梁段控制點圖

箱梁預制完畢時所計算獲得按總體座標系統的幾何數據將與以下的因素一并考慮， 得出預制箱形梁拼裝時按總體座標系統階段式的目標幾何數據， 作為施工部門對整個橋梁的拼裝過程進行幾何監控(如圖15 所示)。

圖15 短線法安裝幾何控制示意圖

(1)墩柱結構及基礎預抬值；

(2)墩柱結構及基礎按施工階段的變形值；

(3)上部橋梁結構的分階段的變形值。

4.2.2 安裝階段現場監控

在確定拼裝節段理論目標值后， 還需結合拼裝現場實際情況對幾何數據庫進行修正。具體應考慮以下因素：

(1)節段預制完成后，需稱重，比較實際重量與設計重量之差，確定梁體自重誤差對懸拼線形的影響。

(2) 在每一節段定位前后都要對線形進行精確測量，及時匯集監控數據并進行分析，總結規律，為下一“T”的懸拼提供參數，調整下一“T”的控制高程。

4.2.3 拼裝階段線形糾偏調整

(1)實施調整措施的基本條件

采集已拼裝梁段的平面和高程數值， 并與目標數據進行比較， 當梁段的幾何誤差超過允許誤差范圍應進行相應的誤差糾偏。

(2)拼裝線形糾偏方法

①加墊環氧樹脂墊片

如安裝時高程控制點誤差超出允許范圍， 則采取在梁端上緣或下緣墊環氧墊片的方法進行調整(見圖16)。

如安裝時平面控制點誤差超出允許范圍， 則采取在梁段左側或右側墊環氧墊片的方法進行調整(見圖17)。

圖16 梁段立面調整示意圖

圖17 梁段平面調整示意圖

具體的誤差糾偏方法是： 通過對上部結構變形特征評估與計算以及監控單位工程師的判斷， 在梁段間的某些部位設2mm 至3mm 的楔形墊片調整。 楔形墊片的材質可采用環氧樹脂墊片， 這些環氧樹脂墊片也可層層相疊以形成更厚的楔形墊片。

調整的高度計算，以立面調整為例，如圖18 所示：

l=bL/H

式中：b 為墊塊厚度，H 為梁段高度，L 為梁段長度，h為該梁段可調高度。

圖18 立面調整圖

平面調整仿照立面調整， 只是將上兩式中梁段高度替換為梁段寬度即可。

分別計算出不同厚度的墊塊在平面和立面可以調整的誤差，進行適當的調整，以盡量保證安裝的精確性。 實施過程中， 還應對環氧樹脂墊片的布置方案及工作狀態進行認真核定，以利結構安全。

②控制臨時預應力張拉

當需要調整線形誤差時， 張拉的順序應以先張拉能使梁段向控制方向偏轉的臨時拉桿為原則， 以利于校正誤差。 如圖19 所示：

圖19 臨時預應力施加順序對線形控制影響示意圖③采用壓重調整

若梁段拼好后，梁段拼裝誤差還需要調整，可以適當壓重，進行豎向調整。

④采用濕接縫調整

當線形發生主要定位錯誤或線形誤差過大， 用楔形墊片無法糾偏時，可以從濕接縫位置進行調整；水平長度偏差也可在濕接縫位置進行調整。

短線匹配法施工要確保線形達到設計要求， 須選派高素質精通業務和系統操作的人員及專家組成現場監控組，使用滿足精度要求的儀器設備，建立數據采集制度和數據檢查制度，嚴格按照數據庫的指令執行，注重節段匹配預制拼裝產生誤差的控制， 下節段的預制安裝嚴格建立在上節段數據的基礎上進行計算調整， 勤檢測， 勤調整，把匹配節段的調整精度，測量精度，精度的控制方法貫穿整個施工過程。

5 結論

本文結合泉州灣跨海大橋短線匹配法施工， 研究預制階段流程控制和施工工藝，梁段的匹配定位幾何控制，預制精度控制，給出預制過程中誤差調整方法；介紹T 梁懸拼施工步驟， 研究拼裝階段線形控制原理和拼裝現場數據庫修正需要考慮的各種因素， 對由各種不確定因素影響產生的誤差， 給出拼裝過程中誤差調整的計算及具體糾偏調整方法。 通過成橋后檢測單位的實測橋梁結構線形達到設計線形要求，使用狀況良好，說明本文提出的預制線形控制理論可行，具有一定的實用性和可操作性，可為同類橋梁建設提供有益參考。