郝旅飛

（中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司，陜西 西安 710038）

橋梁在施工過程中會(huì)產(chǎn)生各種變形，為了保證橋梁成橋時(shí)能夠符合設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行線形控制。懸臂法施工的高墩剛構(gòu)連續(xù)梁橋，施工工藝復(fù)雜、工期長(zhǎng)，橋梁的變形會(huì)受到很多不確定因素的影響，線形控制是施工過程中的難點(diǎn)。一般情況連續(xù)梁各T構(gòu)進(jìn)度相差不大，可不考慮施工周期差對(duì)線形的影響，但在因征地、拆遷導(dǎo)致T構(gòu)間施工周期存在差異，施工周期較長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致梁體徐變?cè)龃蟆Ｎ恼乱匀A麗高速新莊特大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，具體分析施工周期差對(duì)橋梁線形的影響。

1 工程概況

新莊特大橋橋梁全長(zhǎng)1096m，橋跨結(jié)構(gòu)為6×40m+108m+3×200m+108m+1×40m，梁面寬度為12m。主橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，全長(zhǎng)816m。引橋?yàn)?×40m簡(jiǎn)支T梁和40m現(xiàn)澆箱梁。連續(xù)剛構(gòu)7～10號(hào)墩上部70m采用雙薄壁等截面空心墩，下部采用三箱變截面空心薄壁墩，最高墩高165m，6號(hào)、11號(hào)墩為單箱空心墩。

主橋共8個(gè)懸澆T構(gòu)，每個(gè)T構(gòu)共24個(gè)梁段，從懸臂根部至跨中梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)度為7×3.0m、6×3.5m、11×4.5m。主橋立面示意圖見圖1。

圖1 主橋立面圖（單位：cm）

2 新莊特大橋線型控制

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

線形控制分為兩部分，一是平面位置控制，二是豎向標(biāo)高線形控制。豎向標(biāo)高控制主要通過在已施工的梁段端頭布設(shè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)理論線形狀態(tài)分段研究梁段的標(biāo)高，得出各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高來控制線形。新莊特大橋測(cè)點(diǎn)的布置情況見圖2。

2.2 模板安裝標(biāo)高

梁段成型主要由模板安裝實(shí)現(xiàn)，模板安裝標(biāo)高是實(shí)現(xiàn)線形控制的直接有效方法，通過線形監(jiān)控單位監(jiān)測(cè)、計(jì)算得出模板安裝標(biāo)高的指令，可以修正各種因素引起的誤差，模板安裝標(biāo)高計(jì)算公式如下：

圖2 測(cè)點(diǎn)示意圖

式中：Hisj為待澆梁段前端底板設(shè)計(jì)標(biāo)高，mm；fy為本梁段預(yù)拱度，fy=fc+fs（其中fc為本梁段成橋預(yù)拱度，mm；fs為本梁段施工預(yù)拱度，mm）；ft為模板安裝標(biāo)高修正值，mm。

實(shí)踐證明，目前國(guó)內(nèi)跨中成橋預(yù)拱度值一般取L/1000～L/1500（中孔跨徑），邊跨最大撓度一般發(fā)生在3/4L處，約為中跨最大撓度的1/4。

施工預(yù)拱度的計(jì)算公式如下：

式中：fgi為掛籃變形值，mm；fxi為混凝土收縮徐變對(duì)i節(jié)段的影響；fhi為1/2靜活載在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度，mm；∑fzi為各梁段自重在i節(jié)段產(chǎn)生的撓度，mm；∑fyi為張拉預(yù)應(yīng)力對(duì)i節(jié)段撓度的影響。

2.3 有限元模型

為了計(jì)算橋梁在各種作用下的撓度值，使用Midas軟件建立橋梁的有限元模型。建模時(shí)采用梁?jiǎn)卧?，主梁按照?shí)際懸臂施工的節(jié)段劃分單元，全橋共劃分為1045個(gè)節(jié)點(diǎn)、506個(gè)單元。計(jì)算時(shí)考慮混凝土的收縮徐變、預(yù)應(yīng)力以及支座沉降的影響。

3 施工周期差對(duì)線形監(jiān)控的影響

由式（1）、式（2）可知，施工周期差會(huì)通過影響橋梁的施工預(yù)拱度來對(duì)線形控制產(chǎn)生影響，這主要是混凝土收縮徐變?cè)斐傻?。下面設(shè)置不同的工況，計(jì)算不同施工周期差下的施工預(yù)拱度。

3.1 工況設(shè)置

華麗高速新莊特大橋主墩7號(hào)墩墩位緊鄰街道，周圍居民密集，由于拆遷影響，施工進(jìn)度滯后，比其余T構(gòu)施工滯后近8個(gè)月。在Midas建模中通過添加不同時(shí)間工況的方式來模擬施工周期差，通過在相鄰T構(gòu)上添加時(shí)間工況，模擬7號(hào)墩和其余主墩之間的施工周期差，共設(shè)置了5種計(jì)算工況，見表1。

表1 計(jì)算工況表

3.2 計(jì)算結(jié)果

模擬工況下的施工預(yù)拱度僅在8號(hào)墩的懸澆T構(gòu)上產(chǎn)生了變化，8號(hào)墩懸澆T構(gòu)的施工預(yù)拱度模擬數(shù)據(jù)見圖3。從圖中可分析得出，隨著時(shí)間工況不斷增大，施工預(yù)拱度有了小幅的增大。

圖3 8號(hào)墩懸澆段施工預(yù)拱度

添加時(shí)間荷載的各工況與工況1相比，施工預(yù)拱度相差的極值見表2。

表2 施工預(yù)拱度相差極值

從表2可以看出，時(shí)間荷載導(dǎo)致的施工預(yù)拱度的差值，隨著時(shí)間荷載的增大而增大，但是增大的趨勢(shì)在逐漸變緩。這種差值會(huì)影響到線形控制的質(zhì)量，目前比較流行的懸臂澆筑的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋誤差限值施工監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)為成橋后線形（標(biāo)高）+50mm（僅供參考），合攏相對(duì)設(shè)計(jì)高程高差±30mm（與跨徑相關(guān)）。

在施工周期差達(dá)到2年時(shí)，帶來的誤差仍小于合攏容許相對(duì)設(shè)計(jì)高程高差，但考慮到線形控制時(shí)還會(huì)受到其他不確定因素的影響，因此當(dāng)施工周期差較大時(shí)，應(yīng)在線形控制時(shí)考慮其影響；在施工周期差較小，如不足半年時(shí)，線形控制時(shí)可以不考慮此項(xiàng)影響。

4 施工程序及異常情況對(duì)策

對(duì)于該項(xiàng)目而言，由于橋梁跨徑大，在施工過程中結(jié)構(gòu)狀態(tài)誤差和測(cè)量誤差的存在，隨著施工過程的前進(jìn)誤差就會(huì)積累起來，直到施工結(jié)束時(shí)，導(dǎo)致實(shí)際狀態(tài)的幾何線形和內(nèi)力狀況偏離結(jié)構(gòu)的理想狀態(tài)。這就要求監(jiān)控人員在發(fā)現(xiàn)施工誤差后，必須及時(shí)對(duì)異常情況提出合理的對(duì)策。

對(duì)此，該項(xiàng)目應(yīng)采取自適應(yīng)控制方法來監(jiān)控橋梁施工。施工中每個(gè)工況的受力狀態(tài)達(dá)不到設(shè)計(jì)所確定的理想目標(biāo)的重要原因是計(jì)算模型中計(jì)算參數(shù)的取值出現(xiàn)問題，主要是混凝土彈性模量、材料的容重、徐變系數(shù)和永存預(yù)應(yīng)力等與施工中實(shí)際情況有一定的誤差以及環(huán)境溫度、臨時(shí)荷載的影響。

自適應(yīng)控制方法是指，通過比較施工過程中的標(biāo)高和內(nèi)力的實(shí)測(cè)值和預(yù)計(jì)值，得到橋梁結(jié)構(gòu)的主要基本設(shè)計(jì)參數(shù)，并找出產(chǎn)生實(shí)測(cè)值與預(yù)計(jì)值（設(shè)計(jì)值）之間偏差的原因，以實(shí)現(xiàn)修正參數(shù)、達(dá)到雙控的目的。即在閉環(huán)反饋控制基礎(chǔ)上加上一個(gè)系統(tǒng)辨識(shí)過程，使整個(gè)控制系統(tǒng)成為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

5 結(jié)論

文章以新莊特大橋的線形控制為例，設(shè)置了5種施工周期差的工況，得出了以下結(jié)論：

（1）各T構(gòu)間存在施工周期差時(shí)，由于混凝土的收縮徐變，施工進(jìn)度快的懸澆T構(gòu)應(yīng)設(shè)置更大的施工預(yù)拱度。

（2）施工周期差對(duì)橋梁線形控制存在的影響，會(huì)跟隨T構(gòu)間不同步程度的擴(kuò)大而增大，但增大的加速度在減小。

（3）施工周期差給線形控制帶來的誤差在標(biāo)準(zhǔn)容許范圍之內(nèi)，在施工周期差不大時(shí)，可以不考慮此項(xiàng)影響。

（4）為簡(jiǎn)化施工監(jiān)控，線形控制時(shí)可以不考慮施工周期差。