湯 少 青

(漳州市交通發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 漳州 363000)

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空間扭背索斜拉橋施工控制技術(shù)探究

湯 少 青

(漳州市交通發(fā)展集團(tuán)有限公司，福建 漳州 363000)

采用有限元分析軟件，對(duì)某斜拉橋進(jìn)行了建模分析，探討了橋梁施工階段主要控制的內(nèi)容及方法，從混凝土主梁施工、鋼主梁預(yù)制、拉索預(yù)制、橋面鋪裝等方面，提出了處理施工各階段異常情況的對(duì)策，從而確保橋梁的質(zhì)量。

斜拉橋，主梁，拉索，橋面鋪裝

0 引言

橋梁結(jié)構(gòu)理想的幾何線形與合理的內(nèi)力狀態(tài)不僅與設(shè)計(jì)有關(guān)，還依賴于科學(xué)合理的施工控制方法。盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是由于施工中諸多因素的影響事先難以精確估計(jì)，而且在實(shí)際施工過程中由于施工誤差，會(huì)使實(shí)際結(jié)構(gòu)與原設(shè)計(jì)不符。所以在施工中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)施工過程中的控制參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整十分重要。

對(duì)于空間扭背索斜拉橋，其內(nèi)部與外部均為高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度較大，施工控制顯得尤為重要，如何通過施工時(shí)的主梁拼裝標(biāo)高與拉索索力調(diào)整來獲得預(yù)先設(shè)計(jì)的應(yīng)力狀態(tài)和幾何線形，是該類型橋梁施工中非常關(guān)鍵的問題。

1 工程概況

福建省漳州市廈漳同城大道沙洲島西溪特大橋橋跨組合為：(88+200獨(dú)柱斜塔斜拉橋)+(4×40 預(yù)應(yīng)力分體小箱梁)+(40+45+40預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁)+(5×36預(yù)應(yīng)力現(xiàn)澆箱梁)+(8×30預(yù)應(yīng)力分體小箱梁)。其中88+200獨(dú)柱斜塔斜拉橋?yàn)橹鳂?，跨越九龍江西溪支流?/p>

主橋?yàn)楠?dú)塔扭背索斜拉橋，墩、塔、梁固結(jié)，跨徑組成為(88+200)m。主梁邊跨88 m為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁伸過橋塔15.0 m，通過鋼混結(jié)合段與主跨鋼箱梁連接。斜拉索間距混凝土箱梁側(cè)為4 m，鋼箱梁側(cè)為12 m，邊跨側(cè)為雙索面空間扭面索，主跨為準(zhǔn)單索面。橋塔為獨(dú)柱式斜塔，橋面以上塔柱軸線向邊跨側(cè)傾斜8°，橋面以上塔高117 m。橋型布置圖如圖1所示。

2 過程仿真

利用有限元分析軟件對(duì)該橋進(jìn)行建模分析，結(jié)構(gòu)模型中全橋共劃分成161個(gè)單元，219個(gè)節(jié)點(diǎn)，32個(gè)施工階段。圖2是結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖，表1是結(jié)構(gòu)計(jì)算工況表。

模型初步計(jì)算時(shí)，混凝土主梁與主塔考慮一次性成型，主塔邊界按塔底固結(jié)考慮，未計(jì)入基礎(chǔ)剛度。

表1 西溪主橋施工計(jì)算工況表

工況號(hào)施工內(nèi)容1主塔和混凝土主梁施工2鋼箱梁2號(hào)節(jié)段安裝、1號(hào)拉索第一次張拉3吊機(jī)前移、1號(hào)拉索第二次張拉4鋼箱梁3號(hào)節(jié)段安裝、2號(hào)拉索第一次張拉5吊機(jī)前移、2號(hào)拉索第二次張拉6鋼箱梁4號(hào)節(jié)段安裝、3號(hào)拉索第一次張拉7吊機(jī)前移、3號(hào)拉索第二次張拉8鋼箱梁5號(hào)節(jié)段安裝、4號(hào)拉索第一次張拉9吊機(jī)前移、4號(hào)拉索第二次張拉10鋼箱梁6號(hào)節(jié)段安裝、5號(hào)拉索第一次張拉11吊機(jī)前移、5號(hào)拉索第二次張拉12鋼箱梁7號(hào)節(jié)段安裝、6號(hào)拉索第一次張拉13吊機(jī)前移、6號(hào)拉索第二次張拉14鋼箱梁8號(hào)節(jié)段安裝、7號(hào)拉索第一次張拉15吊機(jī)前移、7號(hào)拉索第二次張拉16鋼箱梁9號(hào)節(jié)段安裝、8號(hào)拉索第一次張拉17吊機(jī)前移、8號(hào)拉索第二次張拉18鋼箱梁10號(hào)節(jié)段安裝、9號(hào)拉索第一次張拉19吊機(jī)前移、9號(hào)拉索第二次張拉20鋼箱梁11號(hào)節(jié)段安裝、10號(hào)拉索第一次張拉21吊機(jī)前移、10號(hào)拉索第二次張拉22鋼箱梁12號(hào)節(jié)段安裝、11號(hào)拉索第一次張拉23吊機(jī)前移、11號(hào)拉索第二次張拉24鋼箱梁13號(hào)節(jié)段安裝、12號(hào)拉索第一次張拉25吊機(jī)前移、12號(hào)拉索第二次張拉26鋼箱梁14號(hào)節(jié)段安裝、13號(hào)拉索第一次張拉27吊機(jī)前移、13號(hào)拉索第二次張拉28鋼箱梁15號(hào)節(jié)段安裝、14號(hào)拉索第一次張拉29吊機(jī)前移、14號(hào)拉索第二次張拉30鋼箱梁16號(hào)節(jié)段安裝、拆除邊跨支架31二期3210年徐變

3 施工控制的主要內(nèi)容及方法

3.1 施工監(jiān)控參數(shù)選取

本項(xiàng)目選取下列參數(shù)作為施工監(jiān)控的主要控制指標(biāo)：

1)主梁線形。通過調(diào)整拼裝位置、索力等手段來確保主梁高程、軸線等線形指標(biāo)滿足要求。

2)拉索索力。通過建立完善的誤差調(diào)整與參數(shù)識(shí)別體系并采用多種方式對(duì)索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)來保證索力誤差滿足要求。

3)主梁焊縫寬度。主梁焊縫寬度過大通常來源于制造線形與拼裝線形不匹配，過大的焊縫將導(dǎo)致焊接困難及局部不可恢復(fù)的折角，因此應(yīng)將焊縫寬度作為控制指標(biāo)。

4)主梁應(yīng)力。一般而言，鋼斜拉橋主梁應(yīng)力在施工階段均留有較大的安全儲(chǔ)備，如果索力及主梁線形均沒有太大的誤差的情況下，主梁應(yīng)力也不會(huì)出現(xiàn)異常。因此，主梁應(yīng)力可以僅作為誤差控制的輔助指標(biāo)和結(jié)構(gòu)施工過程安全監(jiān)測(cè)的預(yù)警指標(biāo)。

5)主塔偏位。主塔的偏位將直接影響到主塔的內(nèi)力，而本斜拉橋?yàn)樗?、梁固接體系，主塔的偏位也會(huì)影響到塔附近主梁的受力，所以本橋主塔偏位的監(jiān)控也很重要。

6)主塔應(yīng)力。主塔應(yīng)力監(jiān)控主要是結(jié)合主塔偏位與斜拉索張拉，作為誤差控制的輔助指標(biāo)和結(jié)構(gòu)施工過程安全監(jiān)測(cè)的預(yù)警指標(biāo)。

3.2 監(jiān)控計(jì)算內(nèi)容

本橋監(jiān)控計(jì)算主要包含以下內(nèi)容：

1)施工過程安全復(fù)核計(jì)算。利用現(xiàn)場(chǎng)采集的參數(shù)對(duì)本橋施工過程的安全性進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，主要包括：施工過程主梁應(yīng)力及穩(wěn)定性、施工過程拉索應(yīng)力、施工過程索塔的應(yīng)力及穩(wěn)定等。

2)拉索、主梁無應(yīng)力制造線形/長(zhǎng)度的計(jì)算。拉索的制造長(zhǎng)度及主梁無應(yīng)力制造線形屬于幾何控制中的重要內(nèi)容，其誤差或錯(cuò)誤將直接導(dǎo)致拉索安裝失敗或主梁拼裝無法達(dá)到預(yù)定高程或過大的焊縫寬度等問題，因此應(yīng)對(duì)其進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。

3)施工控制誤差分析及參數(shù)識(shí)別。施工控制過程中必然存在一定的誤差，某些誤差將會(huì)導(dǎo)致發(fā)散的結(jié)果，因此，應(yīng)對(duì)施工控制反饋數(shù)據(jù)的誤差進(jìn)行誤差分析，對(duì)誤差形態(tài)進(jìn)行定性，避免惡性誤差的出現(xiàn)。通過對(duì)誤差進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，找到造成誤差的真正原因，從而指定出合理的誤差解決策略。

4)施工控制實(shí)時(shí)計(jì)算。施工控制計(jì)算不可能一蹴而就，由于部分計(jì)算參數(shù)(如梁重，混凝土徐變等)無法在施工控制開始就精確確定下來，因此，施工控制過程必須根據(jù)實(shí)測(cè)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)來對(duì)計(jì)算參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以形成更為準(zhǔn)確的計(jì)算模型來指導(dǎo)后期的施工。

3.3 施工監(jiān)控結(jié)構(gòu)分析初步計(jì)算結(jié)果

分別對(duì)本橋施工階段主梁應(yīng)力、施工階段主梁豎向位移、施工階段主塔應(yīng)力、施工階段主塔水平位移和豎向位移等進(jìn)行理論計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果顯示：1)整個(gè)施工過程中，主跨縱梁的最大撓度-197 mm，發(fā)生在主跨M11拉索處，塔頂最大水平位移-213 mm，最大豎向位移-49.6 mm。2)整個(gè)施工過程中，主梁鋼結(jié)構(gòu)最大壓應(yīng)力為58.4 MPa，出現(xiàn)在二期鋪裝施工之前。主梁混凝土最大壓應(yīng)力為10.6 MPa，出現(xiàn)在二期鋪裝施工之前，整個(gè)施工過程中混凝土未出現(xiàn)拉應(yīng)力；塔身最大壓應(yīng)力11.3 MPa。3)索力 張拉次數(shù)及時(shí)機(jī)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況與相關(guān)單位協(xié)商而定。4)由于施工過程存在不確定因素，施工過程中需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)模型及計(jì)算進(jìn)一步修正完善。

4 施工各階段異常情況的對(duì)策

4.1 混凝土主梁施工階段

混凝土主梁現(xiàn)澆階段對(duì)后期監(jiān)控影響最大的就是支架的變形。支架搭設(shè)好后，要對(duì)支架進(jìn)行充分預(yù)壓。預(yù)壓荷載為支架實(shí)際承受荷載最大重量的1.1倍～1.2倍?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件，選擇合適的預(yù)壓法。

為了解支架沉降情況，在加載預(yù)壓之前測(cè)出各測(cè)量控制點(diǎn)標(biāo)高。在加載50%和100%后均要復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)的標(biāo)高，加載到100%預(yù)壓荷載并持荷24 h后要再次復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)標(biāo)高，如果加載100%后所測(cè)數(shù)據(jù)與持荷24 h后所測(cè)數(shù)據(jù)變化很小時(shí)，表明地基及支架已基本沉降到位，可卸載，否則還須持荷進(jìn)行預(yù)壓，直到地基及支架沉降到位方可卸載。卸載完成后，要再次復(fù)測(cè)各控制點(diǎn)標(biāo)高，以便得出支架和地基的彈性變形量，用總沉降量減去彈性變形量為支架和地基的非彈性變形量。預(yù)壓完成后要根據(jù)預(yù)壓結(jié)果通過頂托調(diào)整支架的標(biāo)高。

監(jiān)控過程中應(yīng)根據(jù)彈性變形量及施工預(yù)拋高給出主梁結(jié)構(gòu)的定位值，并在主梁施工時(shí)監(jiān)測(cè)主梁應(yīng)力及撓度變化。

4.2 鋼主梁預(yù)制階段

鋼主梁工廠預(yù)制階段對(duì)后期監(jiān)控影響最大的就是主梁的預(yù)拼裝線形，主梁梁段加工完成后需要根據(jù)預(yù)拼裝線形在胎架上對(duì)多個(gè)梁段進(jìn)行組拼，并對(duì)相鄰梁段的接縫寬度進(jìn)行復(fù)核或調(diào)整，最終安裝工地連接匹配件并進(jìn)行U肋高強(qiáng)螺栓拼接板號(hào)孔以及軸線定位標(biāo)記的刻畫。這個(gè)工作一旦完成后主梁現(xiàn)場(chǎng)安裝新老梁段間的轉(zhuǎn)角關(guān)系就確定下來。過程中應(yīng)對(duì)主梁預(yù)拼線形進(jìn)行復(fù)核，并指導(dǎo)鋼箱梁加工單位進(jìn)行預(yù)拼線形。主梁預(yù)制線形出現(xiàn)異常將導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)拼裝無法達(dá)到預(yù)定標(biāo)高，對(duì)于這種情況不宜一味通過焊縫寬度來調(diào)整高程，焊縫寬度最大不宜超過20 mm，過大的焊接變形將導(dǎo)致較差的焊接質(zhì)量及較大的焊接收縮量，如果依然無法完成高程調(diào)整則應(yīng)該犧牲部分標(biāo)高絕對(duì)值以保障主梁的勻順，而這部分標(biāo)高誤差可以考慮通過索力的調(diào)整來修正，即在安全的范圍內(nèi)將主梁的幾何誤差轉(zhuǎn)換為索力(內(nèi)力)誤差。

4.3 拉索預(yù)制階段

拉索預(yù)制階段索長(zhǎng)的控制也是個(gè)極其重要的指標(biāo)，其加工精度將直接影響拉索張掛是否成功。應(yīng)對(duì)拉索預(yù)制長(zhǎng)度進(jìn)行復(fù)核，當(dāng)拉索長(zhǎng)度出現(xiàn)過長(zhǎng)或過短等異常情況導(dǎo)致拉索無法正常錨固的時(shí)候可以通過增加墊片或安裝錨杯延伸筒來確保正常施工能夠延續(xù)。

4.4 鋼主梁拼裝階段

主梁安裝階段放樣高程的確定非常重要，考慮溫度的變化會(huì)影響已成梁段同時(shí)也影響放樣高程，因此，放樣高程應(yīng)在同時(shí)監(jiān)測(cè)已成梁段的基礎(chǔ)上確定。

主梁安裝階段放樣高程的調(diào)整可以考慮將新老梁段的頂部部分臨時(shí)連接，預(yù)先連接起來以避免被吊梁段的晃動(dòng)造成測(cè)量困難，但不得同時(shí)連接腹板及底板的匹配件(此時(shí)標(biāo)高調(diào)整將不再是無應(yīng)力的調(diào)整)。

主梁安裝階段還存在新舊梁段接口處頂板凹凸交錯(cuò)的問題，這個(gè)問題可以通過馬板+千斤頂進(jìn)行碼平。

4.5 橋面鋪裝及二期恒載

橋面鋪裝及二期恒載階段監(jiān)控任務(wù)相對(duì)較少，但仍然應(yīng)進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作：1)復(fù)核鋪裝及二期恒載順序是否有危及安全的情況出現(xiàn)；2)監(jiān)測(cè)橋面鋪裝時(shí)鋼箱梁的溫度，避免局部出現(xiàn)過大的溫度應(yīng)力。

4.6 事后調(diào)整斜拉索力

橋面鋪裝完成后的最后一次斜拉索張拉為控制工況，由于本次張拉完成后斜拉索索力基本不需要再進(jìn)行調(diào)整，所以這次張拉的噸位控制對(duì)監(jiān)控而言非常重要。本項(xiàng)目計(jì)劃采用索力動(dòng)測(cè)儀進(jìn)行索力監(jiān)測(cè)，同時(shí)配合高程測(cè)量就可以將張拉階段索力控制到較高的精度。

一般而言鋼結(jié)構(gòu)斜拉橋由于鋼梁能夠承受較大的拉應(yīng)力，所以基本上不需要進(jìn)行合龍后的調(diào)索。但監(jiān)控過程如果出現(xiàn)較大誤差的時(shí)候則需要進(jìn)行二次調(diào)索，二次調(diào)索整個(gè)過程需要在嚴(yán)密組織和監(jiān)測(cè)之下進(jìn)行。一般而言，如果出現(xiàn)標(biāo)高低索力小的情況則比較容易做出決定，而出現(xiàn)標(biāo)高低索力反而大的情況則需要根據(jù)具體情況加以考慮，這時(shí)可能需要對(duì)犧牲標(biāo)高精度還是索力精度做出選擇。

4.7 成橋恒載狀態(tài)

通過施工階段的仿真跟蹤分析及橋面鋪裝完成后的高程及索力的監(jiān)測(cè)給出橋梁結(jié)構(gòu)的恒載內(nèi)力及剛度狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)作為橋梁出生的“零”狀態(tài)，以后結(jié)構(gòu)內(nèi)力及剛度改變均基于這個(gè)“零”狀態(tài)。

5 結(jié)語

針對(duì)本橋特殊的橋型結(jié)構(gòu)，利用有限元分析軟件對(duì)該橋進(jìn)行建模分析，考慮施工監(jiān)控中主要控制參數(shù)，對(duì)全橋施工過程進(jìn)行理論分析研究。此外本文綜合考慮各施工階段可能出現(xiàn)的異常情況，對(duì)各種情況提出針對(duì)性處置對(duì)策，以期最終實(shí)現(xiàn)：

1)確保施工過程中結(jié)構(gòu)的安全；

2)成橋后結(jié)構(gòu)線形平順，內(nèi)力狀況滿足設(shè)計(jì)要求；

3)成橋后斜拉索力滿足設(shè)計(jì)要求。

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Exploration on construction control technology of space twisted back cable cable-stayed bridge

Tang Shaoqing

(ZhangzhouTrafficDevelopmentGroupLimitedCompany,Zhangzhou363000,China)

Using the finite element analysis software, this paper made modeling analysis on a cable-stayed bridge, discussed the main control contents and methods in bridge construction stage, from the concrete main girder construction, steel main girder prefabricated, cable prefabricated, bridge deck pavement and other aspects, put forward the measures to deal with anomalies in each construction stage, so as to ensure the bridge quality.

cable-stayed bridge, main girder, cable, bridge deck pavement

1009-6825(2016)11-0167-03

2016-01-26

湯少青(1959- )，男，高級(jí)工程師

U448.27

A