简述大跨径曲线刚构桥线形控制

简述大跨径曲线刚构桥线形控制

尹光、赵芳明、蒋泓涛、许博伦

中建桥梁有限公司，重庆 402260

摘要：为确保大跨径曲线刚构桥整个结构在施工的安全并达到最终的设计成桥状态，使大桥成桥后主梁线形与结构内力符合设计要求。本文基于某大型刚构桥工程，采用专业桥梁计算程序桥梁博士并结合空间分析程序Midas Civil对大桥按照桥梁结构的实际施工阶段进行仿真计算，为大桥后续施工阶段的线形控制提供有效数据参考。

关键词：刚构桥；线形控制；有限元；模拟计算

0 引言

大跨径刚构桥线形控制技术是连续梁施工过程中的关键技术，在施工过程中，通过现场监控和监测计算等手段，对主梁施工过程中的结构内力和位移状态进行有效地监测、分析、计算和预测，本文以某大跨径曲线刚构桥项目为例，简述了大跨径曲线刚构桥施工过程中的线形控制技术。

1 工程概况

跨江桥全长415m（连续刚构桥），标准路幅宽度26.5m，双向四车道加非机动车道，城市主干路标准，设计时速60km/h。大桥采用预应力混凝土连续刚构桥结构形式，在P1、P2墩采用固结体系，采用对称悬臂浇筑进行施工，A0、A3墩（台）处设置支座。

箱梁为三向预应力结构，采用单箱双室截面，箱梁顶板宽26.3m，底板宽为16.5m，箱梁标准段顶板厚度0.28m。预应力束包括混凝土箱梁纵向预应力、竖向预应力和横向预应力。主桥箱梁块件悬 臂施工时，混凝土达到C60强度等级及弹性模量设计值的95%，方可对称张拉箱梁腹板 和顶板的纵向预应力束，再张拉竖向预应力和横向预应力。

2 线形控制主要工作及目标

2.1主要工作内容

本桥的线形控制依托施工监测监控，在施工过程中每一节段采用“施工－测试－计算分析－修正－预告”的循环过程，最基本的要求是在确保结构安全施工的前提下，做到主梁线形和内力符合设计规定的允许误差范围。

整个施工控制系统的运行过程如下：

（1）按照设计规范确定的各种参数，通过施工过程模拟，得到各工况下桥墩、主梁关键点的应力和线形，并预报第一节段施工的高程。

（2）按照上述预报值进行第一节段施工并测量各关键点的高程及应力等观测变量。

（3）将观测变量的实测值与模拟计算值比较，通过参数识别进行参数估算，获得修正后的计算参数，从而得到新的计算值，将计算值与实测值比较，根据两者的误差大小进行适当调整，并预报下一节段施工高程及采取措施调整纵向预应力。

（4）按上述预报值进行下一节段施工并测量主梁、墩各关键点高程及应力。

（5）继续以上施工步骤，直至施工结束。

（6）成桥后测量各控制截面应力和挠度。

2.2 线形控制目标

为使主桥主梁线形控制符合相关规范要求，施工监控的具体目标如下：

（1）成桥中轴线、高程符合设计线形，成桥主梁标高与理论线形值应满足《桥梁悬臂浇筑施工技术标准》（CJJ-T 281-2018）中9.0.3条规定及《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）中8.7.4条规定的允许偏差值不超过±L/5000；相邻节段高差不超过1cm。

（2）成桥轴线符合设计线形，成桥主梁轴线与设计轴线偏差应满足《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）中8.7.4条规定的允许偏差值 L/10000mm。

（3）合龙误差在规范允许的范围内，主梁合龙时合龙段两端高差控制在±1.5cm。

3监控内容及方法

3.1 施工阶段计算分析

3.1.1 计算概述

对于本桥连续刚构桥的计算工作，采用专业桥梁计算程序桥梁博士V3.0并结合空间分析程序 Midas Civil 2021进行，按照桥梁结构的实际施工阶段进行仿真计算。本桥计算模型如图1所示。

前期计算将按照施工和设计所确定的施工工序，以及设计所提供的基本参数，对施工过程进行正装计算，得到各施工状态以及成桥状态下的结构控制截面应力和变形等控制数据。计算中将考虑各施工节段中挂篮的移动、施工临时荷载的变化、预应力的张拉、日照和年温度变化以及混凝土收缩徐变值的差异等影响因素。

施工过程中的实时仿真计算是根据实测的设计参数（管道摩阻系数，混凝土容重、强度和弹性模量，预应力钢绞线实际面积、容重和弹性模量），使用的施工工艺和工序，挂篮的结构形式，临时施工荷载和温度梯度等数据，施算施工过程中各个施工阶段的结构挠度和内力，为应力测量和挠度控制提供理论计算值。它是确定立模标高、分析偏差原因的主要依据，是保证合龙精度、评价体系转换后结构应力变化和结构安全的基础。

图1 本桥监控计算模型三维示意图

3.1.2 预拱度计算

连续刚构桥悬浇过程中设置预拱度，是为了大桥成桥线形满足设计要求；同时，考虑成桥后10年的收缩徐变，确保10年后大桥线形平顺，不出现严重下挠。预拱度的计算需考虑施工过程大桥的累计变形、大桥运营过程中的活载变形及收缩徐变效应。

3.2 基础资料实验数据的收集

（1）收集混凝土龄期为3、7、28、60、110天的弹性模量试验以及按规范要求的强度试验；钢筋混凝土容重；悬臂浇筑节段混凝土方量及实际截面尺寸。

（2）钢绞线的实际弹性模量和截面面积。

（3）气候资料：晴雨、气温。

（4）实际工期与未来进度安排。

（5）托架、支架、挂篮预压变形及其他施工荷载在桥上布置位置与数值。

3.3 施工监控工况划分

每个梁段的施工为一个阶段，每阶段分成4个工况：

（1）挂篮前移并定位立模；

（2）浇注全部混凝土；

（3）预应力张拉；

（4）其他关键工序。。

3.4墩顶变位及墩身垂直度测量

对于桥墩而言，桥墩的垂直性至关重要，如果桥墩不垂直，严重时会使桥梁受力发生改变，影响桥梁使用寿命，甚至危及人民生命财产安全。所以，对施工过程中桥墩的垂直度进行监测，确保其成桥状态符合规范要求。墩身竖直度需满足《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2017）中第8.6.1条中规定的桥墩全高竖直度允许偏差值为±H/1000，且≤20mm。

3.5主墩沉降测量

为掌握大桥基础沉降情况，应在各主墩承台进行沉降监测，但由于承台已被回填， 且桥墩防撞措施会遮挡长期监测测点，故在桥墩靠近顶部位置布置沉降监测测点，测点形式采用在主墩上钻孔安装全站仪 L 形小棱镜进行。

3.6托架和挂篮预压监测

托架和挂篮预压的目的是消除托架和挂篮的非弹性变形, 了解托架和挂篮的实际刚度、确保混凝土浇筑过程中临时结构的安全。

预压过程中，监控单位全程跟踪，在托架和挂篮控制截面位置布设变形测点，确保获得真实有效的变形数据，为后续施工提供数据支持。

托架预压变形纵向测点布置在距离墩柱侧面2米位置的横向分配梁上，横向布置在横向分配梁与牛腿交接位置、横向跨中及端部附近，测点布置示意如图2所示。

图2 托架预压变形测点布置示意图

挂篮的预压变形测点布置在后底横梁上，测点布置如图3、图4所示。

图3 挂篮预压变形测点布置截面示意图

图4 挂篮预压变形测点布置示意图

3.7主梁线形控制及各阶段变形监测

挠度监测对于分节段施工的桥梁尤为重要。在施工过程中随着施工的进行需要准确把握箱梁在每道工序下的变形，同时与理论计算结果进行校核并结合应力测量结果，分析梁重误差、预应力张拉误差、混凝土收缩徐变和温度变化等因素对梁端标高的影响进行分析，以获得桥梁设计线形。综合考虑成桥线形和主梁长期使用性能的特点后，原则同意成桥预拱度按照以往类似梁桥的常规经验进行设置，即边跨按照跨径的1/2000进行预抛，中跨按照跨径的1/1500进行预抛，其他梁段预拱值按照余弦曲线进行拟合。

线形控制既包括主梁标高（挠度）的监测与控制，又包括桥梁中线的监测和控制。一般而言，中线偏差主要是由于挂篮前移定位偏差所致，因此，需要准确的测量梁段施工 过程中每一道工序完成后的中线偏差。其处理方法采用：先将本梁段中线偏差反号并两等分为d，再将d分别加进后面施工下两个梁段的挂篮横向定位调整。

3.7.1挠度监测测点布置

在主梁每个节段的端头均布置变形测点。每节段端部顶面埋设3个测点，分别位于左右两侧腹板顶及梁中线顶板面上，测点采用预埋钢筋头，并用红色油漆编号。桥轴线上的测点为主控测点（球冠上刻十字丝、监测轴线偏位及标高），左右侧的测点为辅助测 点（监测主梁挠度及扭转），除墩顶处主梁测点外，其余测点均布置在梁段悬臂施工方向一侧。

每节段梁底布置2个变形测点，主要用于监测梁底立模标高。测点具体布置示意图见图5、图 6所示。

图5 主梁线形测点布置示意图

图6 主梁测点横向布置示意图

3.7.2挠度监测阶段及监测时间

主梁的线形监测以线形通测和局部梁段标高测量相结合的方式进行。局部梁段测量范围为当前施工梁段及该梁段前已完工的2~3个梁段。主梁线形通测每间隔大约5个梁段进行一次，以及在结构体系转换等关键施工阶段进行。

线形测量阶段主要包括：

①主梁节段混凝土浇筑之后；

②主梁节段张拉之后；

③挂篮移动就位之后；

④边跨或主跨合龙之前和之后；

⑤其他关键施工阶段。

各测量阶段的测量时间应根据主梁的施工进度完成情况安排在晚十时（夏、秋季为晚十一时）以后至次日清晨日出以前进行。考虑到实施施工的情况，立模阶段测量若在白天进行，立模标高的数据进行温度修正后使用。

3.8合龙控制

本桥采用挂篮合龙，采用挂篮合龙需注意以下几点：

（1）在边跨现浇段做好底板预留孔洞，方便挂篮下前横梁锚固；

（2）中跨采用挂篮合龙，需将一侧挂篮前移，一侧挂篮后退，后退侧挂篮悬浇块端部附近做好底板预留孔，方便挂篮下前横梁锚固；

（3）合龙前，监控单位跟踪监测边跨直线段及合龙段附近悬浇段底板标高，并根据识别的结构刚度及跟踪计算分析模型进行立模标高的分析计算，施工单位严格按照监控指令执行，确保合龙精度；

（4）边跨挂篮须待边跨合龙段钢束张拉完毕后方可拆除卸载；

（5）中跨挂篮须待中跨合龙段钢束张拉完毕后方可拆除卸载；

（6）监控单位根据现场实际情况对合龙配重位置、配重量进行计算，施工单位按照监控指令进行配重；

（7）确保低温合龙。

3.9桥面系施工控制

施工过程中，根据监控单位提供的各段主梁立模标高，桥面系施工前裸梁梁顶标高是整体平顺且可达到理论目标线形，不过，由于裸梁梁顶混凝土找平可能存在瑕疵与局部的不平顺。全桥挂篮拆除后，依据裸梁梁顶线形，根据实际标高进行线形拟合，确保成桥阶段大桥线形平顺并符合设计要求。并严格按照拟合线形及控制截面铺装厚度进行铺设。

桥面系施工前后，进行主梁标高监测，并与理论值对比分析。

4 结语

连续刚构桥作为一种超静定结构，在施工过程中存在着诸多因素可能导致实际线形与设计阶段的线形不符，因此在施工过程中，必须全程对桥梁进行监控，并通过每个阶段采集到的实测数据，建立新模型，与设计数据进行对比分析，实时掌握桥梁在建设过程中的实际状态，根据现场实际情况，合理调整立模标高，以满足设计要求。本文以某大跨径刚构桥为例，介绍了刚构桥在施工过程中线形控制的方法，经实际施工检验，各项数据指标符合规范要求，可为类似大跨径刚构桥施工提供参考。

参考文献

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[5]桥梁悬臂浇筑施工技术标准： CJJ-T 281-2018

[6]公路工程质量检验评定标准： JTG F80/1-2017