浅谈悬臂浇筑高程控制方法

关键词：悬臂浇筑；立模标高；施工监控；连续梁桥；斜拉桥 

　　1 悬臂浇筑施工现状 

　　关于桥梁悬臂浇筑施工法已有近90年历史。早在1928年，Freyssinet首次运用悬臂施工法建造了主跨为185m的钢筋混凝土大跨径拱桥。国外采用悬臂施工方法建造预应力混凝土桥梁始于20世纪40年代末。德国工程师首先将悬臂浇筑混凝土法应用于预应力混凝土连续梁桥，为当今连续梁、T形刚构、连续刚构、斜拉桥等采用的悬臂浇筑混凝土施工方法奠定了坚实的基础。悬臂施工法有着无支架的优点，在施工时桥梁跨越路线可以正常通车，很大程度地促进了桥梁的建设和发展。我国从20世纪60年代中期也将悬臂施工法从钢桥引入到了混凝土桥梁施工当中。随着悬臂施工技术的进步和完善，施工机械化程度的提高，桥梁结构内力分析计算和施工控制的精细化，悬臂施工法已经成为预应力连续桥梁和斜拉桥建造的主要施工方法。 

　　桥梁控制包括应力和线形两方面，线形控制不仅是在桥梁施工过程中最直观的控制因素，同样也关系到结构受力。悬臂浇筑法采用移动式挂蓝作为主要施工设备，以桥墩或墩塔为中心，对称地向两边浇筑梁节段的混凝土。连续梁桥悬臂浇筑时施工工序：先安装挂篮，绑扎钢筋浇筑混凝土，待混凝土达到要求强度后张拉预应力束，然后移动挂蓝进行下一节段的施工。在此施工工序下，挂篮弹性变形、混凝土收缩徐变、预应力钢束张拉都是影响高程的主要因素。对于桥梁高程控制问题，中国学者秦顺全、林国雄提出了无应力状态法。无应力状态法的基本思想是：在线形状态下对一座已建桥梁进行解体，只要各单元长度与曲率不变，则无论按什么程序恢复，恢复后的结构内力和线型将与原结构一致，应用这一原理建立连续梁桥施工阶段与成桥状态之间的联系。由此可见，在运用悬臂浇筑施工时，桥梁线形控制对于桥梁受力有一定影响，对于施工过程和成桥后桥梁线形也起到非常重要的作用。 

　　3 桥梁高程监控理念 

　　3.1 工程概况 

　　水口水道大桥位于佛山市南海区里水镇里水镇，跨越水道通航等级Ⅳ级。本项目桥涵设计荷载按城-A级设计，主桥跨径组合为（65+110+65）m，上部结构形式采用预应力混凝土连续箱梁，单箱双室断面，铅垂腹板，变高度，箱梁顶板宽17.8m，底板宽11.8m。主墩采用钢筋混凝土实心墩，主桥采用挂篮悬臂施工。水口水道大桥主桥立面如图1所示，横截面如图2所示。 

　　3.2 立模标高需要处理的数据 

　　关于桥梁悬臂浇筑施工方法的立模标高控制：第一，考虑桥梁设计高程；第二，考虑施工过程中的预拱度；第三，考虑混凝土收缩徐变以及运营阶段对桥梁线形的影响，这也属于桥梁预拱度的一部分。 

　　3.2.1 设计高程。对于PC桥梁，主梁是预应力混凝土梁，按现行桥梁设计规范，主梁在设计中应考虑两种极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态。通过实地勘察，确定桥梁跨度情况。然后根据索力分布、主梁弯矩、主塔弯矩、边墩和辅助墩支座反力等受力情况，经过反复试算迭代修正确定成桥受力状态。最后经过成桥状态调整确定最终成桥受力状态，即可得到桥梁设计高程。 

　　3.2.2 预拱度。由于结构自重、混凝土收缩徐变、温度变化、预应力作用、活载等因素的影响，混凝土会产生一定程度下挠。在施工过程中设置预拱度是为了抵消各种作用对桥梁线形的影响，以满足结构长期运营的需要。由于桥梁预拱度影响因素较多，而PC桥梁合拢高差要求精度为±30mm，所以在施工过程中要采用理论知识以及现场施工经验的方式对影响桥梁线形的所有作用进行精确分析，才能保证结构顺利合拢以及运营阶段的安全性。一般认为预拱度包括成桥预拱度，施工过程中的模板弹性变形，施工预拱度，调整预拱度。 

　　在桥梁安全性检测过程中，分析计算法主要也是利用结构几何变形对桥梁结构安全性能进行评估。 

　　3.3 箱梁高程控制点 

　　对于悬臂浇筑过程，桥梁高程监控主要是对一些控制点进行高程监测。考虑到桥梁悬臂现浇过程中采用挂篮施工，底模平铺在挂篮横隔梁上，侧模和翼模以一定角度焊接在一起，所以桥梁高程控制点设置在底模和翼模上面。以水口水道大桥为例，控制点一般包括箱梁底部（E、F、G三点）、翼板根部（C、D两点）以及翼板边缘（A、B两点）。 

　　3.4 箱梁高程测量 

　　进行外业测量的最根本目的是给出合理立模标高，从而控制桥梁线形。高程测量主要是测量各节段混凝土浇筑前后、钢束张拉前后、挂篮移动前后的箱梁高程变化情况，并且与理论计算的数据进行比较和修正。通过分析实测和理论值之间的差别而得出混凝土自重和钢束张拉，挂篮变形和移动对梁段高程的影响，为下一节段高程控制提供数据指导。考虑悬臂浇筑施工工艺，挂篮移动后是最后节段的最终工况，所以高程控制数据以挂篮移动后为准。 

　　在桥梁施工过程中，环境温度的大小及太阳辐射温差会影响结构体系内的内力分布。白天箱梁顶面温度比底面温度高，使悬臂箱梁产生下挠变形；夜间箱梁顶面降温幅度大于底面，悬臂箱梁又会发生上挠变形。由于太阳出来前（5∶00～7∶00）温度变化不大，所以在外业测量时将太阳出来前规定为初始温度状态，测量时间也安排在这个时间段。 

　　以水口大桥为例，桥梁共划分12个节段，最大节段重量为251.4t，最小节段重量为160.2t。挂篮重量为125t，占各节段比重49.7%～77.4%，如表1所示，挂篮重量在施工过程中占有较大比例。可以测量挂篮在某节段移动前后高程的变化量，与软件计算的变形值进行对比修正，从而在下一节段立模标高的预拱度中加入挂篮引起的变形值。 

　　4 结语 

　　综上所述，桥梁高程控制是以实际测量为基本依据，以理论计算为辅助工具的一整套计算过程。其中各节段的立模标高为高程测量、计算、分析的目标。为了给出更可靠的立模标高，就需要在理论计算基础上，对桥梁线形影响因素进行再次分析，最后通过实际测量结果与理论计算值之间的对比，才能较为精确地计算下一节段的立模标高。 

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