魏志鵬

（江西省交通工程集團建設(shè)有限公司,江西 南昌 330038）

0 引言

轉(zhuǎn)體施工是一種在非設(shè)計軸線所在位置制備成型，然后通過系統(tǒng)控制，將橋構(gòu)轉(zhuǎn)體就位形成整橋的施工方法。該方法施工速度快，交通影響小，作業(yè)相對安全，在橋梁建設(shè)中越來越多地得到應(yīng)用[1]。但是，畢竟轉(zhuǎn)體施工是一個對每一步作業(yè)均質(zhì)量要求很高的施工過程，一旦分步作業(yè)，存在超度作業(yè)誤差，會造成橋梁合龍困難，成橋線型和內(nèi)部應(yīng)力與設(shè)計要求不一致等問題，嚴(yán)重影響橋梁整體施工的順利實現(xiàn)，所以轉(zhuǎn)體梁橋加強施工控制尤為必要。

案例跨鐵路T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋在施工過程中，強化精度質(zhì)量意識，加強施工控制，良好完成了轉(zhuǎn)體施工任務(wù)，實現(xiàn)和保障了成橋線型及內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計要求，確保了施工安全和橋梁的整體承建質(zhì)量[2]。這里結(jié)合工程實際，介紹該T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制做法及相關(guān)成果，以期為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 案例簡介

案例是一座T型剛構(gòu)跨鐵道路橋，全橋采取混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁設(shè)計，主梁采取單箱單室斷面設(shè)計，總體長度168 m，跨度配置（84+84）m，施工跨度（71+71）m。采取全柱支撐單側(cè)轉(zhuǎn)體施工方法，沿鐵路線澆注T型剛構(gòu)箱體梁，待澆注養(yǎng)護達標(biāo)后，開展預(yù)應(yīng)力筋張拉操作，完成張拉后拆除支撐，然后以水平平衡轉(zhuǎn)體法使主梁就位，整橋合龍。水平平衡轉(zhuǎn)體法的轉(zhuǎn)動體系中，鉸球是轉(zhuǎn)動體系的結(jié)構(gòu)核心，對體系的制作和裝配施工精度的要求很高。計轉(zhuǎn)體角度33.46°，轉(zhuǎn)體的總重量在7 083 t左右。

2 施工控制方法

轉(zhuǎn)體梁橋施工控制是個“施工→測控→識別→修正→預(yù)報→施工”的循環(huán)過程。施工控制目標(biāo)有兩個：①保證分段施工中結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與作業(yè)安全。②保證成橋后橋梁的線型和內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計和質(zhì)量要求。要實現(xiàn)這兩個控制目標(biāo)，首先要把握存在哪些影響因素以及各因素的影響程度，然后對其進行分析控制。

3 案例T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制

3.1 施工應(yīng)變的監(jiān)測控制

3.1.1 監(jiān)測儀器

根據(jù)各種應(yīng)變測試儀器的功效和經(jīng)濟性的比較，并考慮到測量儀器的精度和長時觀測的需要，選用振弦應(yīng)變儀和振弦式讀數(shù)器，后者分辨率為1 με。前者主要功效指標(biāo)為線性度＞0.20%，精度為1/1 000，量程為±1 000 με，環(huán)境影響不大[3]。

3.1.2 測量點配置

主梁斷面的測量點配置：

斷面1：橫梁側(cè)斷面，距離墩CY58#中心線2 m，設(shè)溫度感受器。

斷面2：主梁變斷面，距離墩CY58#中心線10 m處。

斷面3：主梁跨中斷面，距離墩CY58#42 m處。

斷面4：距中墩L/4的主梁斷面，距離墩CY58#中心線21 m處，布設(shè)溫度感受器。

斷面5：主梁距離中墩3L/4處，距離墩CY58#中心線63 m處。

斷面6：主梁合龍段，距離墩CY58#中心線70 m處。主梁共計設(shè)有50個應(yīng)力測點。

3.1.3 應(yīng)變檢測過程

主斷面應(yīng)變檢測貫穿整個作業(yè)過程，大概可分為3個階段：第1階段，主要是在混凝土達成設(shè)計強度后，對施工中箱體梁的應(yīng)變值進行監(jiān)測。該施工階段的應(yīng)變主要由施加預(yù)應(yīng)力引起。第2階段，主要檢測施工操作完成后梁體的應(yīng)變數(shù)據(jù)。對于旋轉(zhuǎn)梁段，脫架施工的過程是由牛腿支承過渡到懸臂支承，即由靜定結(jié)構(gòu)過渡到超靜定結(jié)構(gòu)。完成脫架操作以后，轉(zhuǎn)體T構(gòu)已完成第1次的體系轉(zhuǎn)換，這時處于最不利狀態(tài)。第3階段，檢測轉(zhuǎn)梁完成合龍作業(yè)后箱體梁的應(yīng)變數(shù)據(jù)。就位后，完成合龍段澆注。當(dāng)混凝土達成設(shè)計強度后，進行剩余預(yù)應(yīng)力筋的張拉[4]。這是一個靜定結(jié)構(gòu)到超靜定結(jié)構(gòu)的作業(yè)過程，此間也完成了第2次的體系轉(zhuǎn)換，基本完成了橋梁主體施工，可以獲得成橋狀態(tài)的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

3.1.4 應(yīng)變檢測結(jié)果與比較分析

（1）轉(zhuǎn)體T梁達成設(shè)計強度以后，預(yù)應(yīng)力筋張拉操作中，得出各斷面的應(yīng)變和應(yīng)力檢測結(jié)果。應(yīng)變檢測顯示，988069號感受器測出的數(shù)據(jù)為-31.20 MPa，同一水平位置、同一斷面的其他4個測量點的數(shù)據(jù)因干擾異常，應(yīng)剔除。因此在預(yù)應(yīng)力筋張拉操作階段，轉(zhuǎn)體梁各斷面測量點最大壓應(yīng)力是-13.40 MPa，發(fā)生在3-3斷面頂板的中間區(qū)域，各斷面的最大壓應(yīng)力在頂板位置發(fā)生，數(shù)值為2.40 MPa。

（2）轉(zhuǎn)體梁完成施工后，得出各斷面應(yīng)變和應(yīng)力檢測結(jié)果。

圖1是距離中墩軸線2 m處，轉(zhuǎn)梁頂板沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力比較曲線。因為頂板外法蘭盤的一個傳感器在施工中損壞，所以圖中僅有4個有效檢測值。圖2是半徑474.85 m的外腹板單元在距離中墩軸線2 m處沿梁高的應(yīng)力比較曲線。因為施工中損壞了3個感受器，所以圖中有7個有效檢測值。通過模擬計算值與實際檢測值的比較可知，計算值的最大壓應(yīng)力在-10.753 MPa，而實際檢測值在-7.2 MPa左右，均低于許可應(yīng)力值的-18.5 MPa，滿足設(shè)計要求。

圖1 距離墩中軸線2 m區(qū)域頂板的應(yīng)力曲線（單位：Pa）

圖2 距離墩中軸線2 m區(qū)域外腹板的應(yīng)力曲線（單位：Pa）

實際檢測值低于模擬計算值，主要是因為計算中沒有考慮預(yù)應(yīng)力損失、混凝土收縮徐變、溫度影響等因素。此外模擬計算值的應(yīng)力曲線系基于單元的平均應(yīng)力進行插值模擬計算所映射的應(yīng)力曲線，而檢測值由感受器測得，在預(yù)埋感受器時，因為混凝土澆筑、施工擾動等因素的影響，可能發(fā)生偏離預(yù)設(shè)方向等情況，從而導(dǎo)致測量結(jié)果誤差。因此施工中應(yīng)盡可能保證安裝精度，以保證檢測結(jié)果的可靠性。同理，還對距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的頂板應(yīng)力狀態(tài)進行了檢測，對距離墩中軸線10 m處、42 m處、63 m處的外腹板應(yīng)力狀態(tài)進行了檢測，檢測結(jié)果滿足設(shè)計要求。

（3）轉(zhuǎn)體梁就位并完成施工過程后，得出梁體各斷面的應(yīng)變和應(yīng)力檢測結(jié)果。

圖3是距離橋墩軸線2 m處，梁體頂板沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力狀態(tài)比較曲線。因為頂板的外側(cè)1個翼緣板感受器在施工中損壞，3個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中只有1個功效的檢測值。圖4是474.85 m彎曲半徑的外腹板沿梁高由上而下的應(yīng)力狀態(tài)比較曲線。因為施工中有3個感受器損壞，所以圖中只有7個有效檢測值。通過實際檢測值與模擬計算值的比較可以看出，實際檢測值與模擬計算值之間存在著偏差。實際檢測值的壓應(yīng)力最大值為-6.10 MPa，模擬計算值是-8.793 MPa，而允許應(yīng)力值是-18.50 MPa，因此滿足設(shè)計要求。

圖3 距墩中軸線2 m處頂板應(yīng)力曲線（單位：Pa）

圖4為距墩中軸線10 m處主梁頂板沿梁寬方向由內(nèi)向外的應(yīng)力曲線與實際檢測值的比較分析圖。因為4個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中只有1個實際檢測值圖4~18為主梁曲線半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實際檢測值的應(yīng)力曲線比較分析圖，因為施工中損壞了3個感受器，兩個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以圖中有五個實際檢測值通過計算值與實際檢測值的比較分析可以看出，實際檢測值與模擬計算值存在偏差。實際檢測值的最大壓應(yīng)力為-7.0 MPa，模擬計算值的最大壓應(yīng)力為-6.296 MPa，均低于許用應(yīng)力值-18.5 MPa，滿足設(shè)計要求。

圖4 距墩中軸線10 m處外腹板應(yīng)力曲線（單位：Pa）

對主梁頂板在距墩中軸線42 m區(qū)域沿梁寬由內(nèi)向外的應(yīng)力狀態(tài)檢測分析中，因為1個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以只存在4個有效檢測值。對半徑為474.85 m的外腹板單元沿梁高方向自上而下，與實際檢測值的應(yīng)力曲線比較分析中，因為有3個實際檢測值超過了分析計算的最大值，所以只有7個有效實際檢測值。通過模擬計算值比較分析可知，實際檢測值與模擬計算值存在偏差，實際檢測值的最大壓應(yīng)力為-6.70 MPa，模擬計算值的最大壓應(yīng)力為-7.477 MPa，也均低于運行應(yīng)力值-18.5 MPa，滿足設(shè)計要求。同理，還對距離墩中心軸線42 m處、63 m處的頂板應(yīng)力狀態(tài)和外腹板應(yīng)力狀態(tài)進行了檢測分析，檢測結(jié)果，也均滿足設(shè)計要求。

3.2 施工移位的監(jiān)測控制

力學(xué)特性分析顯示，完成脫架施工過程以后，轉(zhuǎn)體梁處于最不利的功效狀態(tài)，這時發(fā)生最大垂向移位，該值將直接影響結(jié)合段的施工質(zhì)量，進而影響成橋線型狀態(tài)。由于對于轉(zhuǎn)體梁而言，脫架過程即為由牛腿支承向懸臂支承的轉(zhuǎn)化，屬于由靜定結(jié)構(gòu)向超靜定結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化[5]。脫架操作后，轉(zhuǎn)體梁完成了第1次的體系轉(zhuǎn)換，只有腹板和頂板的預(yù)應(yīng)力筋被張拉，使頂板在施工中處于應(yīng)力最大狀態(tài)，進而使轉(zhuǎn)體梁的梁端發(fā)生最大的垂向移位?；谠O(shè)計標(biāo)高，（71+71）m旋轉(zhuǎn)梁端的最大垂直移位實測值為0.122 m。該值包括了0.071 m的垂向預(yù)拱度值和（71+71）m T旋轉(zhuǎn)梁在防護網(wǎng)重量、自身重量和預(yù)應(yīng)力影響下的垂向移位值。

4 結(jié)語

綜上所述，以一座跨鐵路的剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋為工程背景，對T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋的施工控制技術(shù)展開了研究。案例T型剛構(gòu)轉(zhuǎn)體梁橋施工過程中，采取模擬適應(yīng)控制方法，通過加強對施工應(yīng)變、移位的監(jiān)測和通過施工監(jiān)測數(shù)據(jù)與工程有限元模擬計算結(jié)果的比較分析，開展施工控制，較好地保證了轉(zhuǎn)體施工質(zhì)量。施工控制目標(biāo)是保證分段施工中結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與作業(yè)安全，以及保證成橋后橋梁的線型和內(nèi)部應(yīng)力滿足設(shè)計和質(zhì)量的要求。施工控制是個施工→測控→識別→修正→預(yù)報→施工的循環(huán)過程。案例在施工過程中重點關(guān)注和加強施工應(yīng)變和移位的監(jiān)測、分析和控制。值得一提的是，案例施工檢測控制中，存在一部分無效或數(shù)值偏離較大的檢測數(shù)據(jù)，這是因為在預(yù)埋感受器時，因為混凝土澆筑、施工擾動等因素的影響，發(fā)生了偏離預(yù)設(shè)方向等情況，從而導(dǎo)致了測量結(jié)果誤差。因此施工和監(jiān)測實踐中，應(yīng)盡可能確保部件、儀器的安裝正確性和精確度，以保證工程質(zhì)量和檢測結(jié)果的可靠性。