雙嶺特大橋連續(xù)梁懸臂施工控制技術(shù)
2017-10-30
1 工程概況
寧安鐵路雙嶺特大橋全橋里程范圍為DK190+047.95～DK192+728.39，本橋中心里程為DK191+388.17，孔跨布置為75×32+1-（60+100+60） m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，全長為2680.44 m，連續(xù)梁主跨跨越國家滬渝高速沿江段。主橋結(jié)構(gòu)3跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，全長221.5 m，計算跨徑布置為60 m+100 m+60 m，中支點處梁高7.85 m，跨中10 m直線段及邊跨15.75 m直線段梁高為4.85 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座中心線至梁端0.75 m。主梁箱梁采用單箱單室、變高度、變截面直腹板形式。箱梁頂寬12.2 m，箱梁底寬6.7 m，頂板厚度除梁端附近外均為40 cm；底板厚度40～120 cm，按直線線形變化；腹板厚60～80cm、80～100 cm，按折線變化；全聯(lián)在端支點，中跨中及中支點處共設(shè)5個橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。
2 施工控制技術(shù)的重要性
隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，經(jīng)常需要在大江、大河、湖泊、高等級公路、輸氣油管道甚至是海灣上修建更多更大跨徑、更為經(jīng)濟(jì)合理的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。自架設(shè)體系施工法的廣泛應(yīng)用使得預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁得到了較大的發(fā)展，尤其是懸臂施工方法的廣泛采用，必然給橋梁結(jié)構(gòu)帶來較為復(fù)雜的內(nèi)力和位移變化。為了保證橋梁施工的安全與質(zhì)量，橋梁施工控制是不可缺少的。
盡管在設(shè)計中己經(jīng)考慮了施工過程中可能出現(xiàn)的狀況，但由于施工中出現(xiàn)的諸多因素事先難以精確估計，必須在施工中根據(jù)結(jié)構(gòu)的實際反應(yīng)及狀態(tài)予以考慮。以懸臂澆筑的連續(xù)梁橋為例，影響因素有結(jié)構(gòu)自重、幾何尺寸、材料參數(shù)、掛籃重量、施工偏差、混凝土收縮徐變、溫度變化、風(fēng)力風(fēng)向等。如果上述因素與理論取值不符，而又不能及時識別，就會引起施工控制目標(biāo)的偏差，必然導(dǎo)致在下一階段懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施，從而引起誤差積累。所以，在施工過程中對橋梁進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結(jié)果對施工過程中的控制參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整是十分必要的。
3 施工控制的原理
橋梁的施工控制是一個施工→量測→判斷→修正→預(yù)告→施工的循環(huán)過程，為了能夠控制橋梁的外型尺寸和內(nèi)力，首先必須安排一些基本的和必要的量測項目，其內(nèi)容包括主梁各施工工況的標(biāo)高、主梁部分控制斷面的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)溫度場、氣溫以及對混凝土材料的一些常規(guī)試驗。在每一工況返回結(jié)構(gòu)的量測數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差，并同時進(jìn)行誤差原因分析。在這一基礎(chǔ)上，將產(chǎn)生誤差的原因予以盡量消除，給出下一個工況的施工控制指令，在現(xiàn)場施工形成良性循環(huán)。
4 懸臂施工控制技術(shù)
4.1 線形控制
橋梁的實時線形測量是施工控制、監(jiān)測的重要工作之一。撓度線型監(jiān)測包含對主梁高程、跨長、結(jié)構(gòu)的線形、結(jié)構(gòu)變形及位移和主梁軸線偏位等部分內(nèi)容。撓度監(jiān)測資料是控制成橋線形最主要的依據(jù)。根據(jù)以往的經(jīng)驗，在每個施工塊件上布置2個對稱的高程觀測點，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時可以觀測箱梁是否發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在施工過程中，對每個截面需進(jìn)行立模、混凝土澆筑前，混凝土澆筑后、鋼筋張拉前、鋼筋張拉后的標(biāo)高觀測，以便觀察各點的撓度及箱梁曲線的變化歷程，保證箱梁懸臂端的合龍精度及橋面變形。高程控制點布置在離塊件前端10 cm，采用16鋼筋在垂直方向與頂板的上下層鋼筋點焊牢固，并要求垂直。測點（鋼筋）露出箱梁混凝土表面5 cm，測量磨平并用紅油漆標(biāo)記。
4.1.1 測試儀器的選擇
高程監(jiān)測是指用精密水準(zhǔn)儀對主梁各塊件控制點的標(biāo)高進(jìn)行測量，以此來精確控制各塊件的預(yù)拱度。還可以測出主梁塊件的扭曲程度。另外，使用經(jīng)緯儀對主梁軸線進(jìn)行測量。主梁的線型監(jiān)測以線型通測和局部塊件標(biāo)高測量相結(jié)合，在主梁塊件澆筑、及掛籃移動后等施工階段進(jìn)行。
4.1.2 零號塊件高程測點布置
4.1.3 各懸臂澆筑節(jié)段高程測點布置
4.1.4 觀測時間與項目
墩頂偏位在主梁每懸臂施工完成4～5個節(jié)段進(jìn)行一次復(fù)測。
合龍前，對全橋主梁頂面標(biāo)高、作一次全面復(fù)測。
合龍后、橋面系施工完成后，分別對全橋主梁頂面標(biāo)高、墩頂偏位各作一次全面復(fù)測。
為了盡量減少溫度的影響，撓度的觀測安排在早晨太陽出來之前進(jìn)行。在整個施工過程中主要觀測內(nèi)容包括：立模、混凝土澆筑前后、預(yù)應(yīng)力張拉前后以及拆除掛籃后、邊（中）跨合龍前、最終成橋的各項標(biāo)高值。以這些觀測值為依據(jù)，進(jìn)行有效地施工控制。
4.1.5 立模標(biāo)高的設(shè)定
4.2 應(yīng)力控制
在雙嶺特大橋上部結(jié)構(gòu)的控制截面布置應(yīng)力測點，以觀察在施工過程中這些截面的應(yīng)力變化及應(yīng)力分布情況，根據(jù)當(dāng)前施工階段向前計算至竣工，預(yù)告今后施工可能出現(xiàn)的狀態(tài)并預(yù)告下一階段當(dāng)前已安裝構(gòu)件或即將安裝的構(gòu)件是否出現(xiàn)不滿足強(qiáng)度要求的狀態(tài)，以確定是否在本施工階段對可調(diào)變量實施調(diào)整。由于電阻應(yīng)變傳感器在混凝土振搗時極易被損壞，即使不損壞，其絕緣度也無法保證，另外，在混凝土表面貼片也不能保證可靠，容易發(fā)生漂移，不能保證長期監(jiān)測時讀數(shù)的可信性。所以，在主梁各斷面應(yīng)力監(jiān)測用鋼弦應(yīng)變計，鋼弦應(yīng)變計為一密封式字保證體系，與外界物質(zhì)并不直接相關(guān)，測試是通過測其頻率即可得到混凝土的應(yīng)變，從而得到應(yīng)力。 4.3 溫度控制
由于大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)溫度是一個復(fù)雜的隨機(jī)變量，它與橋梁所處的地理位置、方位、自然條件（如環(huán)境溫度、當(dāng)時風(fēng)速風(fēng)向、當(dāng)時日照輻射強(qiáng)度）、組成構(gòu)件的材料等等因素有著密切的關(guān)系，設(shè)計中很難預(yù)測施工期間的結(jié)構(gòu)實際溫度（只能根據(jù)施工進(jìn)度安排和當(dāng)?shù)丶从袣夂蚯闆r預(yù)估，若施工計劃改變和氣候變化更難預(yù)估），因此，為保證大橋施工達(dá)到設(shè)計要求內(nèi)力狀態(tài)和線形，必須對結(jié)構(gòu)實際溫度進(jìn)行實地監(jiān)測。監(jiān)測時要特別注意對結(jié)構(gòu)局部與整體溫度相結(jié)合的測量，只有掌握了施工結(jié)構(gòu)整體溫度分布狀態(tài)才能有效地克服溫度對施工結(jié)構(gòu)行為的影響。
橋梁結(jié)構(gòu)處于一個變化的溫度場中，理論上說由于溫度變化，橋梁的截面應(yīng)力和主梁標(biāo)高每時每刻都在變化，這就給測量結(jié)果帶來不確定的因素，要完全解決溫度問題，有很大的難度。針對雙嶺特大橋的溫度監(jiān)測，根據(jù)以往經(jīng)驗，我們通過對氣溫的測量，推算結(jié)構(gòu)溫度的影響，也取得了較好的效果。具體做法是在進(jìn)行其它測試任務(wù)時，采用氣溫表測量箱內(nèi)和箱外的溫度，測量精度控制在0.5 ℃以內(nèi)。
4.4 截面尺寸控制
根據(jù)誤差分析的結(jié)論，混凝土超方對懸臂施工的連續(xù)梁橋來說，影響很大，必須盡可能地減小，因此，超方的測量也是非常重要的。除了應(yīng)變和標(biāo)高數(shù)據(jù)能夠反映超方的現(xiàn)象，對每一節(jié)段梁截面測量也是一個好方法。
4.5 混凝土彈性模量試驗
4.5.1 混凝土彈性模量的測量
4.5.2 容重的測量
混凝土的容重的測試是采用現(xiàn)場取樣，采用實驗室的常規(guī)方法進(jìn)行測定。
4.6 預(yù)應(yīng)力控制
預(yù)應(yīng)力水平是影響預(yù)應(yīng)力橋梁（如連續(xù)梁、連續(xù)鋼構(gòu)橋等）施工控制目標(biāo)實現(xiàn)的主要因素之一。監(jiān)測中主要是對預(yù)應(yīng)力筋的張拉真實應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失及其永存預(yù)應(yīng)力值進(jìn)行測定。對于前者，通常在 張拉時通過在張拉千斤頂與工作錨板之間設(shè)置壓力傳感器測得；對于后者，可在指定截面的預(yù)應(yīng)力筋上貼電阻應(yīng)變片測其應(yīng)力，張拉應(yīng)力與測得的應(yīng)力之差即為該截面的預(yù)應(yīng)力管道摩阻損失值。針對該橋，我們通過監(jiān)視預(yù)應(yīng)力鋼筋壓力泵的壓力表讀數(shù)和預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉伸長長度進(jìn)行預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力檢測，進(jìn)行指導(dǎo)預(yù)應(yīng)力筋的張拉。
4.7 穩(wěn)定控制
目前橋梁的穩(wěn)定性已經(jīng)引起了人們的重視，但主要注重于橋梁建成后的穩(wěn)定計算。對施工過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象還沒有可靠的監(jiān)測手段，尤其是隨著橋梁跨徑的增長，受動荷載或突發(fā)情況的影響，還沒有建立有效、成熟的快速反應(yīng)系統(tǒng)，因此，很難保證橋梁的施工安全。目前主要通過穩(wěn)定分析計算（穩(wěn)定安全系數(shù)），并結(jié)合結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形情況來綜合評定、控制其穩(wěn)定性。施工中，除橋梁結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性必須得到控制外，施工過程中所用的支架、掛籃、吊裝系統(tǒng)等施工設(shè)施的各項穩(wěn)定系數(shù)也應(yīng)滿足要求。
4.8 安全控制
橋梁施工過程中的安全控制是橋梁施工控制的重要內(nèi)容，只有保證了施工過程中安全，才談得上其它控制與橋梁的建成。其實，橋梁施工安全控制是線形控制、應(yīng)力控制和穩(wěn)定控制等各種因素的綜合體現(xiàn)，只有橋梁的變形、應(yīng)力、穩(wěn)定以及各種影響因素得到了控制，其安全也就得到了控制（由于橋梁施工質(zhì)量問題引起的安全除外）。由于結(jié)構(gòu)型式不同，直接影響施工安全的因素也不一樣，在施工控制中需根據(jù)實際情況，確定其安全控制的重點。
4.9 與控制有關(guān)的其它資料收集
橋面臨時荷載的布置和澆筑混凝土方量的資料。
通過對橋面臨時荷載和混凝土澆筑方量資料的收集，便于施工控制單位作出正確的誤差分析，使計算模型更接近于實際結(jié)構(gòu)。
5 雙嶺特大橋施工控制的目標(biāo)
本項目工作的目標(biāo)是：把大跨度橋梁施工控制的理論和方法應(yīng)用于雙嶺特大橋工程的實際施工過程，對該橋施工期間的線型、混凝土應(yīng)力等內(nèi)容進(jìn)行有力的控制和調(diào)整，即：根據(jù)施工全過程中實際發(fā)生的各項影響橋梁內(nèi)力與變形的參數(shù)，結(jié)合施工過程中測得的各階段主梁內(nèi)力（應(yīng)力）與變形數(shù)據(jù)，隨時分析各施工階段中主梁內(nèi)力和變形與設(shè)計預(yù)測值的差異并找出原因，提出修正對策，以協(xié)助施工單位安全、優(yōu)質(zhì)、高效地進(jìn)行施工，并確保在全橋建成以后橋梁的內(nèi)力狀態(tài)與外形曲線與設(shè)計盡量相符。整個施工控制過程見流程圖（見圖3）。
6 結(jié)語
本文主要介紹了雙嶺特大橋施工控制技術(shù)，通過監(jiān)測手段得到各施工階段的實際內(nèi)力與變形，從而可以跟蹤掌握施工進(jìn)程和發(fā)展情況，及時發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的較大偏差，消除事故隱患，確保橋梁的質(zhì)量和安全。
參考文獻(xiàn)
[1] 張繼堯，王昌將.懸臂澆注預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].人民交通出版社，2004.
[2] 徐君蘭.大跨度橋梁施工控制：土木工程專業(yè)用[M].人民交通出版社，2005.
