大跨徑無砟軌道懸臂梁標高控制

摘要 近些年來，隨著經濟的快速增長，為滿足交通運輸的需求，我國建造了多項大跨度橋梁工程。由于大跨度懸臂梁的分段施工特點，造成其線性及標高控制難度極高。基于此，文章以思賢窖特大橋懸臂梁在澆筑成橋后梁面標高侵入無砟軌道結構而影響軌道結構厚度的現象為研究對象，分析了懸臂梁標高控制的要點，采用有效的測量控制手段，使前山水道特大橋成橋后的標高線形平順，合龍段順利無應力合龍，受力狀態良好。

關鍵詞 預拱值；線形控制；無砟軌道；懸臂梁

中圖分類號 U216.4 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0141-03

0 引言

懸臂式灌注法在跨江河、公路、鐵路等施工中，以結構輕便、技術成熟、安裝簡易等獨特優勢占據了主導地位。雖然懸臂梁的施工技術已經成熟，但懸臂梁不是一次成型，而是分段原位施工，跨度越大，截面越多，控制標高線形難度就越大，因此標高線形控制成為懸臂梁施工質量的重中之重。

1 工程概況

前山水道特大橋橫跨廣東省珠海市前山河，河寬約300 m，主跨梁體為單箱單室、變截面結構。全橋箱梁頂寬11.6 m，梁長271.8 m，計算跨度為（51.3+2×88+49.3）m，邊跨直線段6.4 m，直線段中心梁高3.3 m，梁底呈圓弧形。曲線半徑r=287.11 m，采用掛籃懸臂灌注法施工的連續梁結構如圖1所示。

2 測量精度控制措施

標高基準點引測，在0#段混凝土澆筑后，采用懸掛鋼尺法，使用兩臺水準儀依托二級水準點向上傳遞高程到0#塊橋面中心上，作為施工臨時工作水準基點，在引測的過程中要注意溫度、尺長和拉力的改正，同時要選擇在風力小的時候進行測量。采用懸掛鋼尺法引測后，用全站儀三角高程測量法對該次引測的結果進行復核[1]。

由于測量工作是在一定的外部條件下使用儀器和工具進行的，因此，測量誤差有人工誤差、儀器誤差和外部條件的影響這三個主要來源。這三個因素綜合起來，稱為觀測條件。在測量掛籃模板工作中，應盡量減少測量誤差，提高測量成果的精度。針對這三個因素做好測量誤差控制十分關鍵。

2.1 觀測者誤差

觀測者誤差可以通過換手測量來提高測量成果的精度。換手測量即更換不同的觀測者，使用不同的儀器來檢查測量成果，由于每個人的視覺和聽覺都不同，換手測量可以互相復核對中誤差、整平誤差、照準誤差、讀數誤差等。

2.2 儀器誤差

測量儀器的零部件加工的精密度都會有誤差，在儀器檢定和校準后仍存在殘余微小誤差，因此使用的測量儀器必須滿足項目測量精度的要求。同時使用不同的儀器對測量成果進行復核，例如，在使用全站儀調整好掛籃模板后，再使用水準儀對全站儀測量的標高進行復核，避免因儀器誤差引起的線性問題。

2.3 外界條件

由于測量工作是在一定的外部條件下進行的，溫度、風力、大氣折射等因素也會影響測量結果的準確性。掛籃模板的調整往往時間較長，日照和溫度變化特別大，溫度變化對測量儀器的使用精度影響很大，可調整儀器常數，并根據當前溫度校正氣象設置。架設儀器后，尋找比較穩定的建筑物參照角，記錄儀器設站后的水平角和垂直角，每15 min校準一次角度，確保儀器在外界條件影響下始終保持穩定的精度。

3 掛籃系統的變形

掛籃主要由五大部分組成：底臺系統、模板系統、吊桿系統、主桁架及走錨系統，因此，施工前要通過預壓對掛籃模板的彈性變形進行分析驗算，以消除其非彈性變形，保證施工中結構不產生過大的拉應力而產生裂縫，從而為掛籃的施工提供可靠依據，為掛籃的彈性計算提供了線性控制的依據，如圖2所示。

3.1 預壓觀測點布置

預壓前，各掛籃布置20個觀測點，分別位于掛籃后錨，吊桿前上梁和前下梁的對應位置，吊桿后下梁。測量時詳細標記各點的位置，先測量荷載前的標高，然后模擬梁體混凝土荷載情況分階段荷載，卸載時測量各點標高。

3.2 預壓結果的分析

卸載完畢后，根據預壓試驗中的沉降觀測，整理觀測記錄，根據沉降觀測，對觀測結果進行計算分析，確定掛籃的彈性與非彈性變形，繪制沉降曲線。根據實驗值，增設掛籃預拱值，修正調整箱梁底部高程。計算各觀測點的彈性變形和非彈性變形數值，得到最大彈性/非彈性變形值，并進行綜合分析，求出平均值，從而分析掛籃的剛度、穩定性等。主要變形計算如下：

彈性變形=卸載后觀測值?持載觀測值

非彈性變形=初始觀測值?卸載后觀測值

4 合龍段測量控制

前山水道特大橋設置中跨、邊跨合龍段各兩個。施工時，先合龍邊跨，再合龍中跨。合龍段施工前先對兩側合龍口高差進行測量，合龍口兩側相對高差不大于15 mm即可進行下一步施工，如若大于15 mm時必須根據監控單位指令加壓，調整兩懸臂端口高差小于15 mm。

4.1 建立溫度場

在合龍段施工過程中，溫度是最大的影響因素之一。合龍前對節段的高程和軸心進行聯測（在懸臂端部合龍前的2～3節應為聯測的節段），在溫度的影響下，連續觀測溫度變化和梁體相對標高軸心偏移量，觀測梁體合龍段的長短變化。連續觀測72 h以上。

選擇原則：1 d中氣溫最低、溫度變化幅度最小的時段，未來3 d內氣溫變化幅度在10 ℃以內的天數不會出現較大變化。

4.2 合龍段澆筑混凝土時壓重

在邊跨合龍段澆筑混凝土時，應將壓重壓在邊跨合龍段兩端，使合龍段兩端在澆筑過程中始終處于穩定狀態，使懸臂端的高程不發生變化的同時，也保證了該合龍段澆筑混凝土時的壓重效果。壓重是在合龍段撐拉系統完成后進行的，每一端的配重等于合龍段混凝土需要澆筑的一半重量。配重材料采用混凝土預壓塊，根據灌注混凝土速度，每澆筑1 m3混凝土，則需要分別每側吊走1塊混凝土預壓塊。

5 工程應用

箱梁受混凝土自身的重量、光照和氣溫的變化、主墩壓縮等原因的影響，在懸臂梁澆筑施工時會產生垂直撓度、梁體節段荷載變化、收縮、徐變等因素，為確保合龍后橋梁成形和應力狀態符合設計要求，合龍段的高差控制在15 mm以內，并觀測和控制每個節段的撓度和應力，施工過程中及時調整相關參數，為下節段提供立模數據預報。

5.1 梁體節段撓度、溫度變化監測

懸臂梁應充分考慮溫度帶來的影響，結合該區域氣候環境和溫度進行分析觀測，每5 ℃觀測溫差（如圖3、圖4所示），并根據溫度變化和撓度調整其影響。采用固定時間觀測方法，每天定時觀測是度量觀測的關鍵，最好選擇上午8：00—9：00，每天氣溫上升前。合龍段施工前，應全天候進行連續觀測（每次觀測間隔兩小時），以提供合龍前的信息。

5.2 預壓荷載計算

預壓荷載為施工總荷載的1.2倍，包括：鋼筋混凝土荷載（鋼筋混凝土容重γ=26.5 kN/m3），人員荷載和施工設備荷載（2.5 kN/m2），混凝土振搗荷載（2 kN/m2），模板自重。按A4#節段最重懸臂的預壓荷載計算：

（1）梁體A4＃節段采用C50混凝土，混凝土方量為41.7 m3。鋼筋混凝土容重2.65 t/m3，則混凝土總重：41.7×2.65=110.5 t。

（2）根據相關規范，求出人員和施工機械的荷載：0.25×11.78×4=11.78 t。

（3）混凝土振搗荷載：2 kN/m2，取荷載0.2×11.78×

4=9.424 t。

（4）澆筑混凝土沖擊荷載：2 kN/m2，取荷載0.2×

11.78×4=9.424 t。

（5）內模自重：3.63 t。

（6）單邊掛籃120%的預壓荷載：（110.5+11.78+

9.42+9.42+3.63）×1.2=173.7 t。

當彈性變形為6 mm，非彈性變形為8 mm，整個掛籃的整體變形相對較小，彈性變形相對均勻。考慮預壓荷載的非彈性變形值較小，且預壓荷載已經達到總荷載的120%，因此消除了非彈性變形。為了便于施工并滿足設計對成橋的線形要求，我們在設置模板預拱值時統一取6 mm的彈性變形預留沉降[2]。

5.3 掛籃模板標高計算

掛籃模板調整標高：H1=H0+fi+flm+fm+fx

式中，H1——待澆段前端點標高；H0——待澆段前端點設計立模標高；fi——該節段澆筑后各段對該點撓度的影響值；flm——該節段縱向張拉后對該點的影響值；fm——掛籃的彈性變形量對該立模點的影響值；fx——混凝土收縮、氣溫變化、梁體徐變、結構體系轉換、活載和二期恒載等影響產生的撓度計算值。

5.4 各節段標高控制效果

前山水道特大橋撓度監測是控制大橋成橋線形的主要依據。在每個截面上布置9個對稱的觀測點，不僅監測箱梁的撓度，同時還觀測箱梁扭轉變形。每個節段掛籃模板立模時、混凝土澆筑前后、張拉前后的標高觀測，觀測各點的撓度和箱梁曲線的變化過程（控制效果如表1所示），以確保箱梁懸臂端的成橋線形。此部分工作主要根據有限元計算程序和自適應控制系統來完成，最終綜合確定主梁預拋高[3]。

6 結論

前山水道特大橋懸臂梁通過預壓來驗算掛籃主縱梁框架的彈性變形及消除其非彈性變形，為掛籃的彈性計算提供可靠的依據，同時加強施工過程的溫度變化、撓度、張拉前后的梁體徐變監測，并準確預報了立模標高。合龍段兩側高差控制在5 mm內，滿足設計規范要求的15 mm，成橋后線形平順，預應力束受力良好。

（1）每一節段施工后，要對梁端和底板標高進行復測，當設計值與實測值不符時，及時調整剩余節段的立模標高，修正梁體線形。

（2）在合龍前各主墩0#塊橋面水準基點引測后，要使用高精度全站儀三角高程測量法進行聯測，確保各主墩水準點閉合差能滿足梁體順利合龍。

（3）無砟軌道梁面混凝土收面時，要使用水準儀輔助收面，否則梁面標高容易侵入軌道結構。

參考文獻

[1]高速鐵路工程測量規范： TB10601—2009[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2010.

[2]鐵路預應力混凝土連續梁（鋼構）懸臂澆筑施工技術指南： TZ324—2010[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2017.

[3]高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準： TB10752—2018[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2019.