双岭特大桥连续梁悬臂施工控制技术
2017-10-30
1 工程概况
宁安铁路双岭特大桥全桥里程范围为DK190+047.95～DK192+728.39，本桥中心里程为DK191+388.17，孔跨布置为75×32+1-（60+100+60） m预应力连续梁，全长为2680.44 m，连续梁主跨跨越国家沪渝高速沿江段。主桥结构3跨预应力混凝土连续箱梁，全长221.5 m，计算跨径布置为60 m+100 m+60 m，中支点处梁高7.85 m，跨中10 m直线段及边跨15.75 m直线段梁高为4.85 m，梁底下缘按二次抛物线变化，边支座中心线至梁端0.75 m。主梁箱梁采用单箱单室、变高度、变截面直腹板形式。箱梁顶宽12.2 m，箱梁底宽6.7 m，顶板厚度除梁端附近外均为40 cm；底板厚度40～120 cm，按直线线形变化；腹板厚60～80cm、80～100 cm，按折线变化；全联在端支点，中跨中及中支点处共设5个横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。
2 施工控制技术的重要性
随着交通事业的不断发展，经常需要在大江、大河、湖泊、高等级公路、输气油管道甚至是海湾上修建更多更大跨径、更为经济合理的预应力混凝土桥梁。自架设体系施工法的广泛应用使得预应力混凝土桥梁得到了较大的发展，尤其是悬臂施工方法的广泛采用，必然给桥梁结构带来较为复杂的内力和位移变化。为了保证桥梁施工的安全与质量，桥梁施工控制是不可缺少的。
尽管在设计中己经考虑了施工过程中可能出现的状况，但由于施工中出现的诸多因素事先难以精确估计，必须在施工中根据结构的实际反应及状态予以考虑。以悬臂浇筑的连续梁桥为例，影响因素有结构自重、几何尺寸、材料参数、挂篮重量、施工偏差、混凝土收缩徐变、温度变化、风力风向等。如果上述因素与理论取值不符，而又不能及时识别，就会引起施工控制目标的偏差，必然导致在下一阶段悬臂施工中采用错误的纠偏措施，从而引起误差积累。所以，在施工过程中对桥梁进行实时监测，并根据监测的结果对施工过程中的控制参数不断进行调整是十分必要的。
3 施工控制的原理
桥梁的施工控制是一个施工→量测→判断→修正→预告→施工的循环过程，为了能够控制桥梁的外型尺寸和内力，首先必须安排一些基本的和必要的量测项目，其内容包括主梁各施工工况的标高、主梁部分控制断面的应力、结构温度场、气温以及对混凝土材料的一些常规试验。在每一工况返回结构的量测数据之后，要对这些数据进行综合分析和判断，以了解已存在的误差，并同时进行误差原因分析。在这一基础上，将产生误差的原因予以尽量消除，给出下一个工况的施工控制指令，在现场施工形成良性循环。
4 悬臂施工控制技术
4.1 线形控制
桥梁的实时线形测量是施工控制、监测的重要工作之一。挠度线型监测包含对主梁高程、跨长、结构的线形、结构变形及位移和主梁轴线偏位等部分内容。挠度监测资料是控制成桥线形最主要的依据。根据以往的经验，在每个施工块件上布置2个对称的高程观测点，这样不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形。在施工过程中，对每个截面需进行立模、混凝土浇筑前，混凝土浇筑后、钢筋张拉前、钢筋张拉后的标高观测，以便观察各点的挠度及箱梁曲线的变化历程，保证箱梁悬臂端的合龙精度及桥面变形。高程控制点布置在离块件前端10 cm，采用16钢筋在垂直方向与顶板的上下层钢筋点焊牢固，并要求垂直。测点（钢筋）露出箱梁混凝土表面5 cm，测量磨平并用红油漆标记。
4.1.1 测试仪器的选择
高程监测是指用精密水准仪对主梁各块件控制点的标高进行测量，以此来精确控制各块件的预拱度。还可以测出主梁块件的扭曲程度。另外，使用经纬仪对主梁轴线进行测量。主梁的线型监测以线型通测和局部块件标高测量相结合，在主梁块件浇筑、及挂篮移动后等施工阶段进行。
4.1.2 零号块件高程测点布置
4.1.3 各悬臂浇筑节段高程测点布置
4.1.4 观测时间与项目
墩顶偏位在主梁每悬臂施工完成4～5个节段进行一次复测。
合龙前，对全桥主梁顶面标高、作一次全面复测。
合龙后、桥面系施工完成后，分别对全桥主梁顶面标高、墩顶偏位各作一次全面复测。
为了尽量减少温度的影响，挠度的观测安排在早晨太阳出来之前进行。在整个施工过程中主要观测内容包括：立模、混凝土浇筑前后、预应力张拉前后以及拆除挂篮后、边（中）跨合龙前、最终成桥的各项标高值。以这些观测值为依据，进行有效地施工控制。
4.1.5 立模标高的设定
4.2 应力控制
在双岭特大桥上部结构的控制截面布置应力测点，以观察在施工过程中这些截面的应力变化及应力分布情况，根据当前施工阶段向前计算至竣工，预告今后施工可能出现的状态并预告下一阶段当前已安装构件或即将安装的构件是否出现不满足强度要求的状态，以确定是否在本施工阶段对可调变量实施调整。由于电阻应变传感器在混凝土振捣时极易被损坏，即使不损坏，其绝缘度也无法保证，另外，在混凝土表面贴片也不能保证可靠，容易发生漂移，不能保证长期监测时读数的可信性。所以，在主梁各断面应力监测用钢弦应变计，钢弦应变计为一密封式字保证体系，与外界物质并不直接相关，测试是通过测其频率即可得到混凝土的应变，从而得到应力。 4.3 温度控制
由于大跨度桥梁结构的结构温度是一个复杂的随机变量，它与桥梁所处的地理位置、方位、自然条件（如环境温度、当时风速风向、当时日照辐射强度）、组成构件的材料等等因素有着密切的关系，设计中很难预测施工期间的结构实际温度（只能根据施工进度安排和当地即有气候情况预估，若施工计划改变和气候变化更难预估），因此，为保证大桥施工达到设计要求内力状态和线形，必须对结构实际温度进行实地监测。监测时要特别注意对结构局部与整体温度相结合的测量，只有掌握了施工结构整体温度分布状态才能有效地克服温度对施工结构行为的影响。
桥梁结构处于一个变化的温度场中，理论上说由于温度变化，桥梁的截面应力和主梁标高每时每刻都在变化，这就给测量结果带来不确定的因素，要完全解决温度问题，有很大的难度。针对双岭特大桥的温度监测，根据以往经验，我们通过对气温的测量，推算结构温度的影响，也取得了较好的效果。具体做法是在进行其它测试任务时，采用气温表测量箱内和箱外的温度，测量精度控制在0.5 ℃以内。
4.4 截面尺寸控制
根据误差分析的结论，混凝土超方对悬臂施工的连续梁桥来说，影响很大，必须尽可能地减小，因此，超方的测量也是非常重要的。除了应变和标高数据能够反映超方的现象，对每一节段梁截面测量也是一个好方法。
4.5 混凝土弹性模量试验
4.5.1 混凝土弹性模量的测量
4.5.2 容重的测量
混凝土的容重的测试是采用现场取样，采用实验室的常规方法进行测定。
4.6 预应力控制
预应力水平是影响预应力桥梁（如连续梁、连续钢构桥等）施工控制目标实现的主要因素之一。监测中主要是对预应力筋的张拉真实应力、预应力管道摩阻损失及其永存预应力值进行测定。对于前者，通常在 张拉时通过在张拉千斤顶与工作锚板之间设置压力传感器测得；对于后者，可在指定截面的预应力筋上贴电阻应变片测其应力，张拉应力与测得的应力之差即为该截面的预应力管道摩阻损失值。针对该桥，我们通过监视预应力钢筋压力泵的压力表读数和预应力钢筋张拉伸长长度进行预应力钢筋的应力检测，进行指导预应力筋的张拉。
4.7 稳定控制
目前桥梁的稳定性已经引起了人们的重视，但主要注重于桥梁建成后的稳定计算。对施工过程中可能出现的失稳现象还没有可靠的监测手段，尤其是随着桥梁跨径的增长，受动荷载或突发情况的影响，还没有建立有效、成熟的快速反应系统，因此，很难保证桥梁的施工安全。目前主要通过稳定分析计算（稳定安全系数），并结合结构应力、变形情况来综合评定、控制其稳定性。施工中，除桥梁结构本身的稳定性必须得到控制外，施工过程中所用的支架、挂篮、吊装系统等施工设施的各项稳定系数也应满足要求。
4.8 安全控制
桥梁施工过程中的安全控制是桥梁施工控制的重要内容，只有保证了施工过程中安全，才谈得上其它控制与桥梁的建成。其实，桥梁施工安全控制是线形控制、应力控制和稳定控制等各种因素的综合体现，只有桥梁的变形、应力、稳定以及各种影响因素得到了控制，其安全也就得到了控制（由于桥梁施工质量问题引起的安全除外）。由于结构型式不同，直接影响施工安全的因素也不一样，在施工控制中需根据实际情况，确定其安全控制的重点。
4.9 与控制有关的其它资料收集
桥面临时荷载的布置和浇筑混凝土方量的资料。
通过对桥面临时荷载和混凝土浇筑方量资料的收集，便于施工控制单位作出正确的误差分析，使计算模型更接近于实际结构。
5 双岭特大桥施工控制的目标
本项目工作的目标是：把大跨度桥梁施工控制的理论和方法应用于双岭特大桥工程的实际施工过程，对该桥施工期间的线型、混凝土应力等内容进行有力的控制和调整，即：根据施工全过程中实际发生的各项影响桥梁内力与变形的参数，结合施工过程中测得的各阶段主梁内力（应力）与变形数据，随时分析各施工阶段中主梁内力和变形与设计预测值的差异并找出原因，提出修正对策，以协助施工单位安全、优质、高效地进行施工，并确保在全桥建成以后桥梁的内力状态与外形曲线与设计尽量相符。整个施工控制过程见流程图（见图3）。
6 结语
本文主要介绍了双岭特大桥施工控制技术，通过监测手段得到各施工阶段的实际内力与变形，从而可以跟踪掌握施工进程和发展情况，及时发现施工中可能存在的较大偏差，消除事故隐患，确保桥梁的质量和安全。
参考文献
[1] 张继尧，王昌将.悬臂浇注预应力混凝土连续梁桥[M].人民交通出版社，2004.
[2] 徐君兰.大跨度桥梁施工控制：土木工程专业用[M].人民交通出版社，2005.
