短線法預制變截面連續梁橋施工控制研究

賈麗華,郭 維

(華東交通大學 土木建筑工程學院,江西 南昌 330013)

0 前 言

為推動地方區域經濟聯動發展,我國基礎建設正處于高速發展的快車道,而橋梁作為基礎建設的重要組成部分,擔負著跨越各種地形地貌的重任,如何在保證橋梁結構安全的前提下,縮短施工周期,提高施工精度，也成為了一個經久不衰的熱點。目前國內變截面連續梁橋多采用懸臂澆筑法施工,此方法雖然簡單方便,但施工精度不高,施工周期長,且對橋址處環境污染較大。相比懸臂澆筑法,短線法具有以下優點：①節段梁預制可以與橋墩基礎及墩身平行作業,極大縮短施工周期,大跨度預應力混凝土連續梁橋體現尤為明顯；②將變截面連續梁橋上部結構縱向劃分為2.6～4.5 m不等的預制節段,每一個節段的預制都需要經歷4個工序的控制,即校驗固定端模、測量匹配梁位置、澆筑前復測和澆筑后復測及采集控制點數據,極大地提高了節段梁的施工精度；③節段梁預制完成后,預制工棚中將采用噴淋系統或蒸汽養護系統進行養護,待達到規定混凝土強度后將節段梁放置在存梁區養護3個月,極大地保證了混凝土的質量要求；④節段梁全部在預制梁廠完成,在預制過程產生的建筑垃圾可以集中處理,極大地減輕了對橋址環境的危害；⑤短線法預制完成后,將采用對稱懸臂拼裝法或逐跨拼裝法架設,不需要搭設支架而且不影響主航道的正常通行,極大地減少了對通航船只的影響。

隨著我國各種大型架橋設備的自主研發以及對短線預制懸臂拼裝技術的掌握,現階段國內建橋工藝正逐步從懸拼澆筑法過渡到短線法。2003年9月，上海滬閔二期高架首次采用短線法預制工藝,最后成功架設；2008年6月，蘇通大橋引橋采用短線預制懸臂拼裝工藝；近期建成的南京長江第四大橋、嘉紹大橋、魚山大橋以及在建的新安江特大橋主橋均采用短線法預制節段拼裝工藝，由此可見這種工法的推廣價值。

1 短線法預制線形控制理論

短線法預制線形控制核心理論多采用“六點法”控制理論,即在保證固定端模橫平豎直的狀態下以及匹配梁放置在準確的位置上,預制節段梁頂板上表面安裝6個測量釘作為關鍵控制節點以控制橋梁的線形和整體姿態。

1.1 “六點法”控制理論

“六點法”控制理論是采用每塊預制節段梁頂面6個關鍵控制點的位置以達到確定橋梁線形和整體姿態為目標,控制點示意圖詳見圖1。其中LI1、I1、RI1表示固定端模上的3個控制點,以I1為坐標原點,I1～RI1為Y軸,I1～FH2為X軸建立局部坐標系。EL2、FL2、BL1、FL1與BR2、FR2、BR1、FR1分別表示現澆段和匹配段上的高程控制點,BH2、FH2與BH1、FH1分別表示現澆段和匹配段上的軸線控制點,沿縱向將固定端模、現澆段和匹配段上的點連成一條折線,組成3條控制線,即左右側高程控制線、軸線控制線,以代表橋梁整體線形與姿態。其中，3條控制理論軸線的坐標根據橋梁設計值和理論預拱度值來確定。測量釘一般安裝在距梁邊緣外側0.012 m的位置。

圖1 控制點示意圖

1.2 節段梁預制線形控制

1.2.1 線形控制系統

根據“六點法”線形控制理論,現階段多采用“測量塔-臺座-目標塔”的線形控制系統,俯視圖如圖2所示。

圖2 橋梁線形控制系統

該系統主要由測量塔、制梁臺座、目標塔、外部固定基準點四部分組成,測量塔-目標塔兩點連線表示橋梁的中心軸線,中心軸線兩側是高程控制軸線。測量塔-目標塔軸線垂直平分固定端模,且固定端模鉛錘于大地,即固定端模處于橫平豎直狀態。

測量塔與目標塔也是施工作業平臺,施工放樣人員將儀器架設在測量塔上,建立線形控制系統局部坐標系,進行施工放樣作業。預制節段梁廠可以根據場地的大小、施工周期的長短及節段梁中心梁高的變化設置多個預制臺座同步施工,這將極大的縮短施工周期。測量塔和目標塔實圖如圖3所示。此外，短線法預制節段梁模板應滿足以下要求：①同一套固定端模(活動端模)、側模及底模應采用質量較好的鋼模板,且側模和底模應滿足節段梁設計線形的要求,并滿足剛度和承載力要求；②制梁臺座四周應該布設至少4個以上的沉降觀測點,防止制梁臺座在制梁過程中發生沉降致使預制的節段梁發生“抬頭”趨勢影響節段梁懸臂拼裝的精度；③匹配梁的調整應采用高精度的調整裝置；④芯模應做成可調節的模板系統。

圖3 測量塔和目標塔實圖

1.2.2 節段梁預制線形幾何測量

橋梁的整體線形和姿態是通過節段梁頂面6個關鍵控制節點來實現的,且節段梁預制階段是整個橋能否架設成功最關鍵的時間節點,因此，節段梁預制線形的幾何測量精度的提高,將方便節段梁的懸拼架設,本文以首段梁為例,具體闡述節段梁預制線形的幾何測量工作。

1)澆筑的首段梁應按照設計圖紙及理論預拱度值進行施工放樣,待模板安裝完成且通過驗收后方可澆筑。在預制節段梁混凝土澆筑初凝前按要求將6個測量釘的位置安放到位。固定端模中線必須與中心控制軸線X軸完全重合。

2)待首段梁混凝土達到規定強度后,采集固定端模、活動端模及澆筑節段梁上測量釘的三維坐標,并用鋼卷尺測量出各個測量釘之間的距離,做好記錄。

3)將首段梁澆筑后采集的數據與理論值進行對比分析,若存在誤差,通過幾何線形控制軟件計算得出調整值,并將首段梁放到指定匹配位置處。

4)待固定端模及匹配梁到達指定位置處方可澆筑下一片節段梁。

綜上所述,節段梁預制線形和整體姿態的控制主要是通過調整固定端模(活動端模)和匹配梁的位置來實現的。

2 短線法預制線形控制精度

2.1 節段梁預制質量標準

根據《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50—2011)和《預應力混凝土橋梁預制節段逐跨拼裝施工技術規程》(CJJ/T 111—2006)等規范,對節段梁預制施工允許誤差提出以下精度要求,以確保預制節段梁質量。誤差允許范圍見表1。

表1 節段預制施工允許誤差范圍

2.2 節段梁預制誤差

即便在預制過程預制線形控制得很好,但難免還是會產生誤差,節段梁預制誤差的產生原因可以歸結如下。

1)測量塔和目標塔發生橫橋向偏位。測量塔-目標塔軸線表示橋梁整體中心軸線,若測量塔和目標塔其中一個塔發生橫橋向偏位,預制節段梁中心軸線將發生水平轉角誤差。為了避免此種誤差的存在,應定期采用外部基準點進行校核。若測量塔和目標塔經過外部基準點復測后確實發生橫橋向偏位,因為測量塔和目標塔相對制梁臺座是比較難調整的,所以應及時調整制梁臺座模板,使測量塔-目標塔軸線始終垂直平分制梁臺座模板。若測量塔和目標塔只發生豎向位移則不用調整。

2)節段梁在澆筑過程中縱向發生脹模現象,即梁長誤差,高度越高的節段梁此種現象越明顯。主要有兩方面的原因：①節段梁采用分層澆筑的方法,下面一層還未初凝時就逐步澆筑下一層,隨著澆筑高度的增加勢必會使模板受壓而脹模；②節段梁混凝土剛澆筑完會釋放大量的水化熱也會致使鋼模板脹模。根據以往采用短線法預制的節段梁,脹模量一般為5 mm,故在澆筑前調整匹配梁的位置時,應考慮5 mm的脹模量,致使預制精度提高。

3)制梁臺座發生不均勻沉降,致使匹配梁段與現澆梁段匹配面發生折角,當預制節段梁在懸臂拼裝時產生“抬頭”現象,即轉角誤差。為防止此類誤差,應該在制梁臺座四周布設沉降觀測點,并定期監測沉降變化量,直至沉降變化量穩定。

4)儀器、時間點和人為測量誤差。全站儀盡量采用高精度的儀器。測量人員盡量保證同一個人在同一個時間點測量,從而減少預制誤差。

2.3 節段梁預制誤差調整方法

在預制節段梁過程中,只要一片節段梁存在梁長或是轉角誤差,若在澆筑下一節段梁時沒有及時調整,那么誤差將會累計,誤差隨著預制節段梁數量的增加會越來越大。節段

梁預制誤差的調整有兩種方法：①采用一次調整法,即上一澆筑節段梁的誤差在澆筑下一片梁時一次調整到位，此方法雖然操作簡單,但如果誤差較大,采用此種方法做調整，不僅會影響橋梁結構的承載力性能，而且影響橋梁結構的外觀,如果誤差較小可以采用該方法；②采用多次調整法,即上一節段梁澆筑誤差通過后面幾個節段梁進行多次調整，該方法可以減小對橋梁結構承載力性能的影響，而且不影響橋梁結構外觀,誤差較大時多采用此方法。

3 結 論

短線法預制是一種集施工精度高、施工周期短及環保等多個優點于一身的新型工藝。現階段，我國基礎建設正在高質量的發展,橋梁又作為基礎建設中的重要組成部分,擔負著跨越各種地形地貌的重任,這種新工藝極具推廣價值。

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