大跨度斜拉橋主梁線形控制技術研究

徐汝寶

（中鐵十七局集團第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

隨著經濟社會的快速發展，斜拉橋在國內外被廣泛采用，在有建筑限高要求的地區，矮塔斜拉橋也被廣泛修建。矮塔斜拉橋又稱“部分斜拉橋”，是介于連續梁橋和斜拉橋之間的一種新的橋梁結構形式，由于矮塔斜拉橋兼有斜拉橋和連續梁橋的特點，其剛柔相濟的特性符合結構受力特點，越來越多的中小跨度橋梁優先采用矮塔斜拉橋形式。斜拉橋以其優越的結構性能，良好的經濟指標，越來越顯示出其巨大的發展潛力。斜拉橋主梁施工全過程線形控制是確保成橋線形的基礎，主梁懸臂澆筑施工過程中每節段預拱度設置及立模標高確定是確保成橋線形的關鍵，施工過程中通過建模線形計算、主梁預拱度設置、主梁監控量測以及主梁施工全過程施工工藝控制可以確保主梁線形符合預期要求，使主梁施工體系處于控制狀態。

1 工程概況

永州市城南大橋工程選址城南大道與金水路平交口，跨湘江西路和湘江東路，順接城南大道，止于城南大道與空港路平交口；橋梁主線全長1183.56m，主橋為70m+2×120m+70m 預應混凝土矮塔斜拉橋，橋面寬34m，整幅式單箱五室箱梁截面。主橋橋墩：邊墩8，主墩9、10、11位于湘江內，主墩10采用塔梁墩固結體系，主墩9、11采用塔梁固結、墩梁分離體系，且設滑動支座。主梁共計18 個梁段，0段10m（對稱于主墩中心線兩側各5m）,1～15段為掛籃懸澆梁段，其中1～6段為無索區梁段，7～15段為有索區梁段，16段為主梁合攏梁段，17段為邊跨現澆梁段。主橋立面、平面布置如圖1 所示。

圖1 主橋立面、平面布置圖

2 主橋懸澆施工工藝流程

永州城南大橋主橋懸臂梁施工工藝流程如下。

主梁0塊施工完成—在0上面拼裝三角掛籃—掛籃拼裝完成進行預壓—預壓完成根據預壓數據調整1立模標高—施工1塊鋼筋和模板—澆筑1塊懸澆段混凝土—張拉1塊頂板縱向懸澆束預應力—掛籃走行至2塊—張拉1塊橫向預應力及腹板豎向精軋鋼—根據1塊實測變形數據及監控指令確定2塊立模標高—施工2塊鋼筋和模板—澆筑2塊懸澆段混凝土—張拉2塊頂板縱向懸澆束預應力—掛籃走行至3塊—張拉2塊橫向預應力及腹板豎向精軋鋼—根據2塊實測變形數據及監控指令確定3塊立模標高—依次循環完成5塊懸澆段施工—掛籃走行至6塊—根據5塊實測變形數據及監控指令確定6塊立模標高—施工6塊鋼筋和模板—測量定位第一組斜拉索主梁預埋管—澆筑6塊懸澆段混凝土—張拉頂板縱向懸澆束預應力—掛籃走行至7塊—張拉6塊橫向預應力及腹板豎向精軋鋼—張拉拉索錨固橫梁預應力—掛索張拉第一組斜拉索—根據6塊實測變形數據及監控指令確定7塊立模標高—依次循環完成15塊懸澆段施工—施工邊跨現澆段—調整合龍口高差—施工邊跨合龍段—施工中跨合龍段。

3 線形計算

通過對城南大橋主橋進行施工全過程仿真分析，得到橋梁的成橋后施工累計位移，midas2015（有限元分析軟件）計算模型結果如圖2 所示。

圖2 midas 模型成橋后累計位移計算結果（單位：mm）

4 施工階段監測控制

4.1 理論立模標高計算

箱梁理論立模標高的數據分析計算，為全方位監控提供數據基礎。通常，在得出立模標高數據時，結構的三條高程曲線（設計曲線、目標曲線和預拱度曲線）數據也會同時產生。設計曲線，即橋梁的線形設計；目標曲線，即將運營活載影響值與長期收縮徐變進行迭加后與設計曲線共同形成的曲線；預拱度曲線，即將工程的每個施工階段的位移進行累計，以疊加方式達到目標曲線后的曲線。

確定目標曲線非常關鍵，也是大跨徑斜拉橋在施工設計和施工質量中需要嚴格把控的重要環節，主要由于橋梁受到長期徐變作用會增加跨中撓度，因此需要準確計算長期徐變并進行科學分析。如果長期徐變的計算數據與實際出現差異，會導致跨中預拋高值的設計不合理，最終導致橋梁在運行一段時間后跨中線形會逐漸出現下垂且越來越明顯。可見，準確的長期徐變值以及以此設置的跨中預拋高值即目標曲線的合理性和準確性將直接影響橋梁的后期運行。為更好地確定目標曲線，需要設計單位準確計算出各跨的跨中預拋高值，再通過二次拋物線過渡的方式進行復核，然后將以上數據疊加于設計線形中，以此形成最終的目標線形。由工程監控單位進行再次校核，最后對預拱度數值進行復核確認，并給出相應的校核意見。

預拱度曲線的確定能夠為箱梁各節段的理論立模標高提供計算依據，預拱度曲線的設計與確定會受到施工過程中的溫度、自重、徐變、索力以及來自預應力等各方作用的影響，因此，在設計預拱度曲線時要將以上因素考慮進去。其結構材料參數的設計與確定要以實測數值為依據，比如彈模E 和容重γ。

4.2 主梁立模標高

主梁預拱度設置數據由0跨2.8cm 增加至15塊15.5cm，以主橋9墩1～1塊立模標高為例說明預拱度設置及立模標高變化情況。

4.3 箱梁節段線形測點布置

在箱梁每個塊段頂板的前端頂板面上埋設7 個測點，底板設置3 個測點。箱梁施工中的鋼筋直徑設計不小于8mm。鋼筋混凝土中的鋼筋頭在澆筑時要超出混凝土表面約2～3cm，鋼筋與箱梁懸澆段前端的距離為10cm，在整個施工作業過程中要確保所設置的測點不被破壞。高程測量采用自動安平水準儀進行監測，確保往返測量誤差低于1mm/km，絕對誤差也要控制在±5mm/km（相對施工控制網），可見，測量要求精度極高。在施工過程中，專業人員要定期對 0塊上后視點進行復測，以確保標高測量所產生的絕對誤差符合標準。

4.4 箱梁懸臂節段線形測量階段

要嚴格控制箱梁懸臂節段線形測量的次數，測量次數過于密集會影響工程作業進度且給測量數據的統計與處理帶來麻煩；如果測量次數太少，則對箱梁變形的觀測數據又不全面，造成后期立模標高的數據依據不足。通過工程實踐，最終確定以下四個階段的測量效果最好。

第一階段：掛籃移動作業后對現澆段進行測量。

第二階段：張拉預應力之前，測現澆段和已澆段。測已澆段的目的主要為分析線形。

第三階段：張拉預應力之后，測現澆段。

第四階段：斜拉索張拉后，測現澆段。

4.5 數據處理、預測分析和立模標高

該工程中的線形控制關鍵點主要體現在高程數值的數據處理及預測分析兩方面。高程數值的準確性受以下因素影響：一是掛籃變形誤差；二是橋面臨時荷載；三是結構剛度誤差；四是溫度；五是張拉頂板縱向懸澆束預應力誤差；六是測量定位誤差；七是斜拉索索力誤差等。橋梁設計的懸臂長度不同，產生的量值的影響因素也會不同。按照橋梁在實際工程進度中產生的實測數據進行整理分析，確保線形測量的準確性，并以此進行立模標高。

5 施工過程工藝控制

5.1 掛籃立模方面控制要點

一是0塊上面組裝完畢的施工掛籃（自重117t），按照最大梁段重量的50%、80%、100%及120%分級加載預壓掛籃，以消除非彈性變形，測量掛籃底模標高變化，分析計算出掛籃彈性變形，為立模標高提供預拱度數值參考。

二是兩端掛籃應該同步前移，掛籃移動速度控制在0.1m/min 以內，不同步差值控制在30cm 以內。

三是掛籃走行就位、提升錨固后，按照監控指令進行底模及翼緣板模板標高調整，掛籃底模標高調整到誤差允許范圍內，綁扎底板和腹板鋼筋，安裝波紋管和內模等。

四是掛籃底模系統的前吊桿、后吊桿和掛籃主桁架后錨壓梁錨點等安全可靠性必須檢查確認，掛籃底模系統緊固牢固，在澆筑混凝土過程中，掛籃懸吊系統、走行系統、錨固系統的任何錨點不得產生任何松動，以確保施工全過程狀態穩定。

5.2 混凝土澆筑方面控制

一是主梁C55 混凝土采用地泵輸送，主梁混凝土坍落度控制在180mm±20mm 范圍內,強制式拌和機拌和2min，混凝土泵送時間間隙控制在15min 以內，施工現場因故停息時間間隔控制在30min 以內。

二是主梁懸澆梁澆筑順序“底板—腹板下倒角—腹板—腹板上倒角—頂板”，澆筑過程中采用水平分層方法，采用振動棒振搗，波紋管及錨下鋼筋密集部位加強振搗。

三是主梁懸澆段混凝土澆筑施工盡量不設置水平施工縫，一次完成澆筑施工，如果混凝土分兩次澆筑，上下兩部分混凝土的彈模、收縮、徐變等力學性能差異較大，不利于整體質量。

四是梁段施工過程中要盡量控制不平衡施工荷載作用對箱梁線型撓度的影響。

5.3 預應力張拉方面控制要點

一是預應力張拉施工必須確保錨下設計應力穩定建立，在鋼束張拉過程中，通過持荷時間來保證錨下應力的穩定建立：縱向預應力鋼束長度在30m 以內的持荷時間為2～3min, 鋼束長度在30m 以上的持荷時間為3～4min；橫向及豎向預應力錨固持荷時間為2min。

二是施工過程中要采取相關措施確保腹板豎向精軋鋼張拉及壓漿符合設計要求，由于腹板豎向精軋鋼的錨固方式遠不如低松弛鋼絞線的錨夾具，且腹板精軋鋼屬于豎向預應力，預應力容易損失且有時損失較大，為了避免和減小預應力損失，通常采用24h 后二次張拉的方法進行錨固，腹板精軋鋼二次張拉完成后及時進行孔道壓漿。

三是豎向預應力管道上面安裝的壓漿管、排氣孔和錨墊板要仔細處理，防止連接部位進漿，影響孔道壓漿，在后續施工過程中，只要掛籃軌道一移開，就立即進行腹板精軋鋼張拉施工，及時建立豎向預應力，增加主梁梁體的復合抗荷能力。

5.4 斜拉索掛索張拉施工

一是斜拉索控制張拉力，為使每根索中各鋼絞線索力均勻，應采用等值張拉法進行張拉，即每根鋼絞線的拉力以控制壓力表讀數為準，以傳感器讀數進行監測。

二是斜拉索環氧鋼絞線單根張拉時，要對張拉油壓、張拉力、傳感器讀數、初值油壓、測量初值、測量終值及回縮值等進行記錄。

三是斜拉索環氧鋼絞線單根張拉順序為：先張拉不帶抗滑鍵的一端，讓抗滑鍵緊貼錨墊板；再根據張拉力及索伸長量，同時張拉鋼絞線兩端。

5.5 合龍線形控制措施

斜拉橋的合龍控制是一個關鍵工序，該工程需要在水上施工，因此作業環境難度增大。尤其對合龍段的施工要求更高，對合龍段的施工方案和作業時機有著非常精確的要求，也是工程中的難點和重點。

根據實際的施工環境進行詳細調查，以此作為影響混凝土澆筑的因素之一進行綜合考量。由專業人員進行連續觀測，尤其要對合龍口的寬度、長度以及溫度進行實時監測。合龍作業前要對合龍方案進行反復優化分析，對施工中產生的結構內力作用的變化、主梁受力影響、合龍誤差等各方面因素進行充分分析，以確定最優合龍方案。確保主梁高精度合龍。另外，要選擇在氣溫穩定的時間進行合龍作業。

根據現場溫度場試驗及合龍前連續觀測數據分析，將城南大橋中跨合龍段混凝土澆筑時間選在2019年8月11日凌晨，合龍段臨時固定勁性骨架現場提前布置好，并將勁性骨架在合龍口單側提前焊接固定，在澆筑混凝土前1h 內將勁性骨架另外一端全部焊接完成，完成鎖定施工，然后澆筑合龍段混凝土，待合龍段混凝土強度達到設計要求，張拉頂板縱向預應力之前，拆除合龍段勁性骨架。

主橋合龍后成橋線形符合設計預期要求。

6 結語

斜拉橋主梁線形控制的核心問題就是懸澆段預拱度設置問題，線形控制的策略主要是分析影響預拱度的相關因素，施工過程中必須加強線形控制研究，分析每一節段懸澆梁的澆筑前后、預應力張拉前后、掛籃走行前后、斜拉索張拉前后的梁體標高變化情況，及時修正立模數據，制定節段誤差調整措施，使得線形控制取得良好效果，保證橋梁順利合龍，確保合龍后成橋線形符合預期要求。