大跨度曲線混合梁橋施工控制方法及要點(diǎn)分析

黃瑞堂

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海 200433）

1 引言

橋梁施工監(jiān)控的應(yīng)用是目前橋梁工程研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容，也是對(duì)橋梁工程質(zhì)量的基本保證[1，2]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者在大跨度橋梁施工監(jiān)控方面做了相關(guān)的研究，賀文波[3]針對(duì)連續(xù)箱梁頂推施工采用數(shù)值模擬與有限元仿真模擬計(jì)算研究了其施工的安全性；倪傳志等[4]依托淮南孔李淮河大橋?qū)嶋H工程結(jié)合3G 網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)集中采集，重點(diǎn)闡述了施工監(jiān)控測(cè)點(diǎn)的布置方法，根據(jù)傳感器的測(cè)試結(jié)果整理、分析出各監(jiān)測(cè)截面的應(yīng)力狀況。此外，還有研究人員[5，6]針對(duì)橋梁整體同步頂推施工過程開展了精細(xì)化監(jiān)測(cè)與控制研究工作。但隨著頂推梁體結(jié)構(gòu)的不斷加大，針對(duì)頂推過程中的多點(diǎn)同步性提出了更高的要求。

對(duì)于大跨度鋼混凝土混合梁橋的施工頂推，因其頂推梁體的結(jié)構(gòu)較大，所以在進(jìn)行頂推施工過程中存多點(diǎn)頂推不同步，導(dǎo)致臨時(shí)墩承受的水平荷載過大，梁體橫向偏移等問題的出現(xiàn)[7，8]。針對(duì)目前施工中存在的問題，結(jié)合余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程實(shí)例，就開展大跨度鋼混凝土混合梁橋頂推施工監(jiān)控進(jìn)行研究，希望能為相關(guān)領(lǐng)域的橋梁工程實(shí)際施工提供參考。

2 工程概況

本工程為余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程涉鐵段，其主橋起點(diǎn)樁號(hào)ZK6+445，終點(diǎn)樁號(hào)ZK6+865，全長(zhǎng)為420 m，為下穿寧杭高鐵及上跨京杭運(yùn)河節(jié)點(diǎn)。主橋采用40 m+80 m+180 m+80 m+40 m 鋼混凝土混合連續(xù)梁，主跨180 m 的跨中88 m 范圍采用鋼箱梁，主橋1/2 橋跨設(shè)計(jì)如圖1 所示。主梁采用對(duì)稱懸臂澆筑法施工，懸臂澆筑施工順序?yàn)椋阂?8 號(hào)墩、29 號(hào)墩為中心，對(duì)稱移動(dòng)掛籃懸臂澆筑0#、1#段；依次張拉本階段縱、豎、橫向預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉順序?yàn)橄雀拱逅?，后頂板索，張拉并錨固鋼束后進(jìn)行孔道壓漿；適時(shí)安裝邊跨現(xiàn)澆段施工支架，并對(duì)支架進(jìn)行堆載預(yù)壓。

圖1 連續(xù)梁橋主橋1/2 橋跨設(shè)計(jì)圖

主跨跨中88 m 鋼箱梁采用浮托頂推法施工，88 m 鋼箱梁劃分為11 個(gè)節(jié)段，鋼箱梁在工廠內(nèi)分塊分段制造，由平板運(yùn)輸車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接拼裝，再通過浮船浮托進(jìn)行整體頂推落梁。為減少封航次數(shù)及水上高空作業(yè)時(shí)間，本橋鋼結(jié)構(gòu)部分兩側(cè)鋼混凝土過渡段采用吊機(jī)起吊拼裝，鋼混凝土過渡段總質(zhì)量215 t（含填充混凝土質(zhì)量）。中間合龍段采用在相鄰現(xiàn)澆箱梁聯(lián)橋面上焊接拼裝，整體浮托頂推進(jìn)行架設(shè)，合龍段最大質(zhì)量為820 t。

3 施工監(jiān)控的重要性

橋梁施工監(jiān)控是橋梁施工過程中的一項(xiàng)重要組成部分，是工程施工順利進(jìn)行的重要保障[9]。

通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的實(shí)際狀態(tài)，與設(shè)計(jì)狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比，得出二者之間的差異，運(yùn)用施工控制方法對(duì)施工過程中遇到的問題進(jìn)行調(diào)整矯正，使橋梁施工實(shí)際狀態(tài)盡可能地接近設(shè)計(jì)狀態(tài)，控制橋梁能夠順利成橋[10-12]。成橋后通過對(duì)比分析檢測(cè)結(jié)果及時(shí)改進(jìn)施工方案，確保其結(jié)構(gòu)內(nèi)力、橋梁線形等方面符合施工規(guī)范的要求，在保證施工過程中安全性的同時(shí)提升工程質(zhì)量。影響橋梁施工順利進(jìn)行的因素有很多，在施工過程中，橋梁結(jié)構(gòu)模型本身、截面特性以及施工荷載的實(shí)際情況與設(shè)計(jì)值之間都可能存在一定的誤差。

橋梁施工通過獲取反映實(shí)際施工情況的數(shù)據(jù)和技術(shù)信息，根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整各施工階段的實(shí)際狀態(tài)，對(duì)施工進(jìn)行控制，能夠保證工程的質(zhì)量和安全。因此，在頂推施工中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是非常有必要的。

4 施工監(jiān)控的原則

橋梁施工監(jiān)控是一個(gè)循環(huán)過程，分為預(yù)警→監(jiān)測(cè)→識(shí)別→修正→預(yù)警，以此往復(fù)循環(huán)[13，14]。確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全是施工監(jiān)控的主要目的，其內(nèi)容主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：一是保證結(jié)構(gòu)內(nèi)力的合理性；二是控制結(jié)構(gòu)變形處于規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)；三是確保整體結(jié)構(gòu)具備充分的穩(wěn)定性。

本工程主橋主跨跨中88 m 鋼箱梁進(jìn)行浮托頂推施工監(jiān)控的原則是，將主梁線形與結(jié)構(gòu)的應(yīng)力作為共同監(jiān)控指標(biāo)，并主要進(jìn)行橋梁的線形控制，以應(yīng)力控制進(jìn)行輔助控制，以此來保證成橋線形符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)保證施工過程中結(jié)構(gòu)內(nèi)力達(dá)到監(jiān)控的預(yù)期目標(biāo)。

5 施工監(jiān)控的方法

5.1 應(yīng)力監(jiān)控

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在不同的施工階段，應(yīng)力監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)也有所不同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)此工程頂推施工階段的仿真模擬分析，選取彎矩較大的截面，這部分截面更易于受到彎矩的影響，可作為敏感點(diǎn)即測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布設(shè)，作為主要控制截面。

監(jiān)測(cè)方法：結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)控是施工過程中的一個(gè)安全預(yù)警系統(tǒng)，也是施工監(jiān)測(cè)的重要組成部分。結(jié)構(gòu)中的測(cè)試點(diǎn)的應(yīng)力隨著鋼箱梁頂推過程中的推進(jìn)，其應(yīng)力數(shù)值和屬性都在不斷變化。在指定時(shí)刻的結(jié)構(gòu)應(yīng)力值與分析值的數(shù)值大小，二者之間的差異是否在安全范圍之內(nèi)是施工控制的一個(gè)重要指標(biāo)。為解決此問題則需要采用應(yīng)力監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)異常情況時(shí)即刻停止施工，并究其原因，進(jìn)行施工控制。

5.2 溫度監(jiān)控

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：鋼材與混凝土的比熱容相差較大，橋梁線形易受溫度影響。因此，需要在各截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)處安裝溫度傳感器，以便及時(shí)獲取各應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的溫度情況，因此溫度監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)當(dāng)與應(yīng)力監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)一致。

監(jiān)測(cè)方法：采用應(yīng)力傳感器對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行直接測(cè)試，同時(shí)鋼箱梁標(biāo)高容易因?yàn)闀円箿夭钶^大而受到較大影響，在溫度監(jiān)控時(shí)需要根據(jù)溫度隨時(shí)間變化的規(guī)律進(jìn)行分析，選擇在適宜溫度的時(shí)間進(jìn)行立模標(biāo)高的最終調(diào)整。

5.3 變形監(jiān)控

測(cè)點(diǎn)布設(shè)：在測(cè)試主梁豎向、軸向和縱向變形時(shí)，進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)。進(jìn)行豎向變形監(jiān)控時(shí)，采取監(jiān)控豎向變形幅度較大的截面；進(jìn)行軸線變形監(jiān)控時(shí)，采用全站儀測(cè)試梁體軸線的偏移值，監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇頂推梁段兩端界面的橫向中點(diǎn)處；進(jìn)行縱向變形監(jiān)控時(shí)，為觀測(cè)頂推過程中的縱向水平位移，選擇在臨時(shí)墩與永久墩的墩頂處布設(shè)測(cè)點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)方法：采用全站儀對(duì)梁體的豎向變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此外在進(jìn)行頂推施工進(jìn)行軸線控制時(shí)，梁體軸線的偏移值也可采用全站儀進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際施工方案，設(shè)置符合規(guī)范要求的預(yù)警值，以確保主梁軸線的偏移值能夠在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

6 施工監(jiān)控的要點(diǎn)

考慮施工監(jiān)控與梁體受力的情況，鋼混凝土混合梁橋在頂推施工過程中應(yīng)當(dāng)注意以下施工要點(diǎn)。

1）鋼箱梁的頂推時(shí)間應(yīng)考慮水流速度的影響，上下游的水壓差會(huì)造成浮船不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致梁體偏斜，給定位造成困難，因此梁段定位是一項(xiàng)技術(shù)難度較高的工作，一要保證安全，二要定位準(zhǔn)確。所以要充分掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，考慮到各種因素，必要時(shí)進(jìn)行核算或計(jì)算，制定出詳細(xì)的實(shí)施方案，并經(jīng)過相關(guān)人員討論研究。

2）本工程是曲線、超長(zhǎng)以及分幅設(shè)計(jì)的鋼梁與混凝土梁的結(jié)合，為橋梁線形控制帶來了更大的挑戰(zhàn)。因此，為達(dá)到有效控制梁體的縱向偏移的目的，需要在頂推過程中設(shè)置側(cè)向糾偏裝置，同時(shí)嚴(yán)格控制各千斤頂同步頂推。在頂推過程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)墩頂?shù)乃查g偏位，當(dāng)其偏位值遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行糾偏調(diào)整，以確保滿足設(shè)計(jì)要求。

3）本工程主橋橋型結(jié)構(gòu)較為特殊，88 m 鋼箱梁需分段采用懸拼、頂推浮托工藝進(jìn)行架設(shè)。施工期間，安全防護(hù)要求高、施工組織難度大。施工過程中須解決好鋼箱梁浮托架設(shè)的同步性、連續(xù)性和平穩(wěn)性問題，有效控制鋼箱梁橫向位移及縱向就位。且鋼箱梁位于曲線上，需同時(shí)解決超長(zhǎng)曲線鋼箱梁在施工階段荷載下的可行性、安全性和穩(wěn)定性等問題。

4）鋼箱梁位于混凝土大懸臂前端，施工中須嚴(yán)格控制橋面吊機(jī)自重、頂推和落梁過程中對(duì)混凝土梁段的下壓力。中間合龍段頂推過程中距離水面高，因此浮墩支架搭設(shè)高度大，穩(wěn)定性要求高。

5）對(duì)于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)而言，最重要的隨機(jī)變量是結(jié)構(gòu)溫度。通常，位置、自然條件、構(gòu)件材料等方面都會(huì)影響結(jié)構(gòu)溫度?？梢娫谠O(shè)計(jì)過程中，確定施工過程中的結(jié)構(gòu)溫度是相當(dāng)困難的。為了確保已建成橋梁的內(nèi)力狀態(tài)和線形與設(shè)計(jì)意圖一致，有必要對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。但必須注意的是，只有重視對(duì)結(jié)構(gòu)局部和整體溫度的監(jiān)測(cè)，才能了解橋梁結(jié)構(gòu)的整體溫度分布。

7 結(jié)語

大跨度曲線梁橋工程施工難度大，影響因素多，給施工帶來了許多的困難和挑戰(zhàn)。本文通過對(duì)大跨度鋼混凝土混合梁橋頂推施工控制的分析，針對(duì)施工監(jiān)控的原則，施工監(jiān)控的方法和施工監(jiān)控的要點(diǎn)提出建議。

1）需明確大跨度鋼混凝土混合梁橋頂推施工監(jiān)控的方案和內(nèi)容，包括橋梁的應(yīng)力監(jiān)控、溫度監(jiān)控以及變形監(jiān)控。

2）在不同的施工階段，應(yīng)力監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)有所不同，應(yīng)根據(jù)此工程頂推施工階段的仿真模擬分析，選取彎矩較大的截面。

3）提出溫度監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)應(yīng)當(dāng)與應(yīng)力監(jiān)控的測(cè)點(diǎn)布設(shè)一致，以確保及時(shí)獲取各應(yīng)力測(cè)點(diǎn)的溫度情況。

4）需要對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，以保證已建成橋梁的內(nèi)力狀態(tài)和線形與設(shè)計(jì)意圖一致。

5）選擇豎向變形幅度較大的截面進(jìn)行豎向變形監(jiān)控；選擇頂推梁段兩端截面的橫向中點(diǎn)處進(jìn)行軸線變形監(jiān)控；選擇在臨時(shí)墩與永久墩的墩頂處布設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行縱向變形監(jiān)控。