懸臂施工剛構橋施工周期差對線形控制的影響

郝旅飛

（中鐵十二局集團第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

橋梁在施工過程中會產生各種變形，為了保證橋梁成橋時能夠符合設計要求，需要進行線形控制。懸臂法施工的高墩剛構連續(xù)梁橋，施工工藝復雜、工期長，橋梁的變形會受到很多不確定因素的影響，線形控制是施工過程中的難點。一般情況連續(xù)梁各T構進度相差不大，可不考慮施工周期差對線形的影響，但在因征地、拆遷導致T構間施工周期存在差異，施工周期較長則會導致梁體徐變增大。文章以華麗高速新莊特大橋為研究對象，具體分析施工周期差對橋梁線形的影響。

1 工程概況

新莊特大橋橋梁全長1096m，橋跨結構為6×40m+108m+3×200m+108m+1×40m，梁面寬度為12m。主橋為預應力混凝土連續(xù)剛構，全長816m。引橋為6×40m簡支T梁和40m現澆箱梁。連續(xù)剛構7～10號墩上部70m采用雙薄壁等截面空心墩，下部采用三箱變截面空心薄壁墩，最高墩高165m，6號、11號墩為單箱空心墩。

主橋共8個懸澆T構，每個T構共24個梁段，從懸臂根部至跨中梁段數及梁段長度為7×3.0m、6×3.5m、11×4.5m。主橋立面示意圖見圖1。

圖1 主橋立面圖（單位：cm）

2 新莊特大橋線型控制

2.1 測點布置

線形控制分為兩部分，一是平面位置控制，二是豎向標高線形控制。豎向標高控制主要通過在已施工的梁段端頭布設測點，根據理論線形狀態(tài)分段研究梁段的標高，得出各測點的標高來控制線形。新莊特大橋測點的布置情況見圖2。

2.2 模板安裝標高

梁段成型主要由模板安裝實現，模板安裝標高是實現線形控制的直接有效方法，通過線形監(jiān)控單位監(jiān)測、計算得出模板安裝標高的指令，可以修正各種因素引起的誤差，模板安裝標高計算公式如下：

圖2 測點示意圖

式中：Hisj為待澆梁段前端底板設計標高，mm；fy為本梁段預拱度，fy=fc+fs（其中fc為本梁段成橋預拱度，mm；fs為本梁段施工預拱度，mm）；ft為模板安裝標高修正值，mm。

實踐證明，目前國內跨中成橋預拱度值一般取L/1000～L/1500（中孔跨徑），邊跨最大撓度一般發(fā)生在3/4L處，約為中跨最大撓度的1/4。

施工預拱度的計算公式如下：

式中：fgi為掛籃變形值，mm；fxi為混凝土收縮徐變對i節(jié)段的影響；fhi為1/2靜活載在i節(jié)段產生的撓度，mm；∑fzi為各梁段自重在i節(jié)段產生的撓度，mm；∑fyi為張拉預應力對i節(jié)段撓度的影響。

2.3 有限元模型

為了計算橋梁在各種作用下的撓度值，使用Midas軟件建立橋梁的有限元模型。建模時采用梁單元建模，主梁按照實際懸臂施工的節(jié)段劃分單元，全橋共劃分為1045個節(jié)點、506個單元。計算時考慮混凝土的收縮徐變、預應力以及支座沉降的影響。

3 施工周期差對線形監(jiān)控的影響

由式（1）、式（2）可知，施工周期差會通過影響橋梁的施工預拱度來對線形控制產生影響，這主要是混凝土收縮徐變造成的。下面設置不同的工況，計算不同施工周期差下的施工預拱度。

3.1 工況設置

華麗高速新莊特大橋主墩7號墩墩位緊鄰街道，周圍居民密集，由于拆遷影響，施工進度滯后，比其余T構施工滯后近8個月。在Midas建模中通過添加不同時間工況的方式來模擬施工周期差，通過在相鄰T構上添加時間工況，模擬7號墩和其余主墩之間的施工周期差，共設置了5種計算工況，見表1。

表1 計算工況表

3.2 計算結果

模擬工況下的施工預拱度僅在8號墩的懸澆T構上產生了變化，8號墩懸澆T構的施工預拱度模擬數據見圖3。從圖中可分析得出，隨著時間工況不斷增大，施工預拱度有了小幅的增大。

圖3 8號墩懸澆段施工預拱度

添加時間荷載的各工況與工況1相比，施工預拱度相差的極值見表2。

表2 施工預拱度相差極值

從表2可以看出，時間荷載導致的施工預拱度的差值，隨著時間荷載的增大而增大，但是增大的趨勢在逐漸變緩。這種差值會影響到線形控制的質量，目前比較流行的懸臂澆筑的大跨徑預應力混凝土連續(xù)剛構橋誤差限值施工監(jiān)控標準為成橋后線形（標高）+50mm（僅供參考），合攏相對設計高程高差±30mm（與跨徑相關）。

在施工周期差達到2年時，帶來的誤差仍小于合攏容許相對設計高程高差，但考慮到線形控制時還會受到其他不確定因素的影響，因此當施工周期差較大時，應在線形控制時考慮其影響；在施工周期差較小，如不足半年時，線形控制時可以不考慮此項影響。

4 施工程序及異常情況對策

對于該項目而言，由于橋梁跨徑大，在施工過程中結構狀態(tài)誤差和測量誤差的存在，隨著施工過程的前進誤差就會積累起來，直到施工結束時，導致實際狀態(tài)的幾何線形和內力狀況偏離結構的理想狀態(tài)。這就要求監(jiān)控人員在發(fā)現施工誤差后，必須及時對異常情況提出合理的對策。

對此，該項目應采取自適應控制方法來監(jiān)控橋梁施工。施工中每個工況的受力狀態(tài)達不到設計所確定的理想目標的重要原因是計算模型中計算參數的取值出現問題，主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數和永存預應力等與施工中實際情況有一定的誤差以及環(huán)境溫度、臨時荷載的影響。

自適應控制方法是指，通過比較施工過程中的標高和內力的實測值和預計值，得到橋梁結構的主要基本設計參數，并找出產生實測值與預計值（設計值）之間偏差的原因，以實現修正參數、達到雙控的目的。即在閉環(huán)反饋控制基礎上加上一個系統(tǒng)辨識過程，使整個控制系統(tǒng)成為自適應控制系統(tǒng)。

5 結論

文章以新莊特大橋的線形控制為例，設置了5種施工周期差的工況，得出了以下結論：

（1）各T構間存在施工周期差時，由于混凝土的收縮徐變，施工進度快的懸澆T構應設置更大的施工預拱度。

（2）施工周期差對橋梁線形控制存在的影響，會跟隨T構間不同步程度的擴大而增大，但增大的加速度在減小。

（3）施工周期差給線形控制帶來的誤差在標準容許范圍之內，在施工周期差不大時，可以不考慮此項影響。

（4）為簡化施工監(jiān)控，線形控制時可以不考慮施工周期差。