[摘要]本文結(jié)合橋墩特大橋施工控制分析，介紹了施工控制的基本理論、實施過程和分析方法，并給出了施工控制的主要成果，為同類橋梁的施工控制提供參考價值。
　　[關(guān)鍵詞]連續(xù)箱梁橋，施工控制，線形控制
　　
　　1工程概況
　　新建客運專線鐵路溫福線（浙江段）Ⅱ標(biāo)段內(nèi)橋墩特大橋位于浙江省蒼南縣橋墩鎮(zhèn)，主橋設(shè)計橋型為（64.7+108+64.7）m三跨變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,橋型總體布置的立面圖如圖1所示。主梁采用單箱單室直腹板箱型斷面，箱梁斷面頂板寬13.0m，底板寬7.0m，箱梁兩側(cè)懸臂板長3.0m。中支點處梁高7.5m，端部直線段及合攏段梁高4.5m。梁底按半徑443.5m的圓曲線過渡變化，頂板厚37cm，腹板厚從40cm變化至90cm，根部局部加厚至130cm，底板從46cm變化至97.1cm，根部局部加厚至150cm。箱梁在中支點處設(shè)置2.4m厚的橫隔板，梁端支座處設(shè)置厚1.4m的端橫隔板，中跨合攏段設(shè)置厚0.6m的中橫隔板。
　　主梁共分57個梁段，中支點A0號塊長度13m，一般梁段長度分成3.0m、3.5m、4.0m，合攏段2.0m。箱梁采用縱向、橫向、豎向三向預(yù)應(yīng)力體系，采用掛籃懸臂澆筑法施工，邊孔不平衡梁段在支架上現(xiàn)澆施工，其間經(jīng)過逐段立模澆筑混凝土節(jié)段、分批張拉預(yù)應(yīng)力鋼束、轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)受力體系及逐跨合攏，最終形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。
　　連續(xù)梁橋是多次超靜定體系，施工過程中各種復(fù)雜的因素都可能引起結(jié)構(gòu)的幾何形狀及內(nèi)力狀況的改變。由于施工過程的復(fù)雜性，很難事先精確估計結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)。本橋為保證合攏時兩懸臂端豎向撓度的偏差不超過容許范圍以及合攏后橋梁線形滿足設(shè)計線形要求，須在施工過程中對該橋的梁體線形及應(yīng)力進行監(jiān)控。
　　
　　圖1橋墩特大橋橋型布置圖（單位：）
　　2施工控制的基本理論
　　2.1自適應(yīng)控制理論
　　影響預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工過程中結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的因素主要有混凝土的彈性模量，澆筑混凝土超方量，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時荷載，掛籃的變形特性，預(yù)應(yīng)力束張拉誤差等。當(dāng)上述因素與設(shè)計不符，而又不能及時識別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時，必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯誤的糾偏措施，引起誤差積累。要得到比較準(zhǔn)確的控制調(diào)整量，必須根據(jù)施工中實測到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計算模型中的這些參數(shù)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)測量到的受力狀態(tài)與模型計算結(jié)果不相符時，把誤差輸入到參數(shù)識別算法中去調(diào)節(jié)計算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實際測量到的結(jié)果相一致。得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)，這樣，經(jīng)過幾個工況的反復(fù)辨識，計算模型基本上與實際結(jié)構(gòu)一致，在此基礎(chǔ)上可以對施工狀態(tài)進行更好的控制。圖2為自適應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)成。
　　
　　圖2自適應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)成
　　對于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的橋梁，主梁在墩頂處的相對線剛度較大，變形較小，因此，在控制初期，參數(shù)不準(zhǔn)確帶來的誤差對全橋線形的影響較小，這對于自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用是非常有利的。經(jīng)過幾個節(jié)段的施工后，計算參數(shù)已得到修正，為跨中變形較大的節(jié)段的施工控制創(chuàng)造了良好的條件。
　　2.2立模標(biāo)高的確定
　　掛籃定位標(biāo)高的控制點選擇在待施工箱梁節(jié)段底板前端處的底模上，由下式計算得到：
　　
　　式中：－掛籃的定位標(biāo)高；
　　－梁底設(shè)計標(biāo)高；
　　－倒退分析計算得到的預(yù)拱度；
　　－掛籃的彈性變形；
　　－待施工梁段的控制線形與設(shè)計標(biāo)高的差值。
　　3施工控制的實施
　　施工控制是一個預(yù)告→施工→量測→識別→修正→預(yù)告的循環(huán)過程，其技術(shù)流程如圖3所示。下面主要討論技術(shù)流程中的一些重要環(huán)節(jié)。
　　3.1前期結(jié)構(gòu)分析計算
　　在設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上，采用各參數(shù)的理論值（按規(guī)范規(guī)定或經(jīng)驗取值），通過有限元分析程序，用倒退分析的方法得出塊件施工時相對于設(shè)計標(biāo)高的預(yù)拋高，并得出各節(jié)段的施工階段應(yīng)力。
　　3.2測量
　　為了獲得橋梁施工中的實際狀態(tài)，須對主梁進行標(biāo)高測量：縱橋向每施工節(jié)段設(shè)一測量截面，每測量截面布置兩個測點測一節(jié)段施工的掛籃定位、澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力等施工環(huán)節(jié)均進行標(biāo)高測量。另外須進行墩頂水平位移測量：墩頂設(shè)兩個測點，每一施工節(jié)段澆筑混凝土前后均進行墩頂位移測量，以監(jiān)測主墩的水平位移情況。
　　結(jié)構(gòu)變形的測量方法如下：
　　為正確反映橋梁施工的變位，把梁底標(biāo)高作為施工控制的目標(biāo)。每節(jié)段變位監(jiān)測點從梁底測點經(jīng)腹板引到橋面。掛籃定位標(biāo)高按梁底待澆節(jié)段的最前沿橫截面上的測點定位，澆完混凝土后，通過測量梁頂預(yù)埋的鋼筋頭的標(biāo)高與此時對應(yīng)的梁底標(biāo)高，建立梁底與梁頂測點的標(biāo)高關(guān)系，這樣已澆梁段的梁底標(biāo)高可通過梁頂標(biāo)高的測量值反饋出來。

　　圖3施工控制技術(shù)流程
　　為消除日照溫差對梁體變位的影響，可采用以下的方法：
　　a.以上各項測量工作須安排在清晨日出前進行，可不計日照溫差的影響。
　　b.當(dāng)測量工作不能全部安排在清晨進行時，須對測量數(shù)據(jù)進行日照溫差修正。從積累的施工控制經(jīng)驗看，由于日照溫度場不易在有限元計算中模擬，所以實踐中以采用根據(jù)實測數(shù)據(jù)進行實時修正的方法為主；選擇有代表性的節(jié)段在典型天氣時對箱梁進行24h跟蹤測量，得出箱梁變位與測量時間的關(guān)系，并在測量數(shù)據(jù)中予以修正。
　　3.3修改設(shè)計參數(shù)
　　在獲得測量數(shù)據(jù)后，對比其與理論計算值的差別，采用分離變量法可識別出各參數(shù)的真實值。在本橋的施工控制中，取定主梁混凝土箱梁抗彎剛度、節(jié)段重量與預(yù)應(yīng)力束張拉力為待識別的參數(shù)。具體識別方法為：在施工第n號節(jié)段時，由掛籃移位的梁體變位實測值與理論計算值的差別，可識別出第n-1號節(jié)段的彈性模量的真實值；同樣，由澆筑混凝土?xí)r的變位值可識別出第n號節(jié)段的重量；由預(yù)應(yīng)力束張拉時的變位值可識別出第n號節(jié)段對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束張拉力。在識別出各參數(shù)后，須及時將它們反映在有限元計算中，以獲得修正的下一節(jié)段的掛籃定位預(yù)拋高。
　　3.4掛籃變形值的確定
　　掛籃體系的變形一般是由掛籃體系在混凝土重量作用下的彈性變形及掛籃系統(tǒng)各連接桿件因松動而引起的非彈性變形組成的。掛籃結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非彈性變形可在掛籃組裝完畢后通過掛籃預(yù)壓試驗消除其影響。對于掛籃體系的彈性變形，一般可以通過空間有限元桿系程序近似地計算懸臂澆筑各節(jié)段作用下的掛籃變形，然后可以繪制掛籃彈性變形與節(jié)段重量的關(guān)系曲線。另外，從掛籃預(yù)壓資料中可以了解掛籃在模擬荷載作用從加載到卸載的過程掛籃體系的彈性變形和非彈性變形，這對于懸臂澆筑過程中掛籃變形的確定有一定的參考意義。
　　3.5控制線形的修繕
　　在施工過程中，由于結(jié)構(gòu)實際情況與理論計算的差異以及掛籃定位標(biāo)高放樣的偏差，必將導(dǎo)致已建部分在成橋時呈現(xiàn)的線形曲線出現(xiàn)不能消除的誤差。如果不顧及這種誤差繼續(xù)以后節(jié)段的施工，可以造成全橋的線形反折突然，波動較大。鑒于這種情況，須對未施工節(jié)段的控制線形作出修改。在最優(yōu)成橋線形控制計算中，為了減少突然大幅度的線形曲線波動，改善成橋線形曲線的光滑、平順性，以橋面豎曲線作為基準(zhǔn)線，將未建結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計線形曲線作圖4的修改，即在已建結(jié)構(gòu)懸臂端連以直線。
　　
　　圖4設(shè)計線形曲線的修繕
　　上圖修改的設(shè)計線形曲線，實際上是不能直接作為未建結(jié)構(gòu)施工放樣曲線的，尚應(yīng)考慮其與已建結(jié)構(gòu)部分光滑連接的要求。因此，以原橋面豎曲線作為基線，在合攏段以左的未建結(jié)構(gòu)段，連以圖5的實施線形曲線（合攏段以右的未建結(jié)構(gòu)段，也采用相似的方法）。
　　
　　圖5實施線形曲線
　　4線形控制成果
　　4.1整體線形
　　采用上述理論對橋墩特大橋主橋?qū)嵤┦┕た刂坪螅�全橋線形變化平順。全橋合攏后各控制點的實測標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高的誤差如圖6所示，其最大偏差為10mm。

　　圖6全橋合攏后各控制點的線形偏差
　　4.2合攏精度
　　橋墩特大橋兩邊跨合攏偏差為8mm、6mm，中跨合攏偏差為5mm。合攏精度不僅較好地達到了設(shè)計要求，同時也達到了國內(nèi)同類橋梁合攏精度的先進水平。
　　5應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果
　　5.1測點布置方法
　　應(yīng)力監(jiān)測采用溫度型智能應(yīng)力計和配套的振弦檢測儀作為應(yīng)力觀測儀器，該應(yīng)力計的溫度誤差小、性能穩(wěn)定，可以在量測過程中始終以初始零點作為起點進行應(yīng)力監(jiān)測，且具有應(yīng)變累計功能，抗干擾能力強，適于應(yīng)力長期觀測。
　　根據(jù)連續(xù)梁橋的受力特點并結(jié)合設(shè)計要求，測試斷面主要布置在0#~1#節(jié)段、8#~9#節(jié)段、邊跨及中跨合攏段4個截面。測點橫向布置見圖7，全橋布置16個測點。考慮到結(jié)構(gòu)的對稱性，全橋主梁布置4個測試斷面，每個測試斷面上布置4根應(yīng)力計。

　　圖7應(yīng)變測試斷面布置圖
　　5.2測試數(shù)據(jù)處理方法
　　對應(yīng)力測試數(shù)據(jù)有較大影響的因素有很多，主要有：測試初值設(shè)定、混凝土收縮、徐變、溫度等。混凝土的收縮、徐變對主梁結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)在：①由于收縮、徐變的作用使預(yù)應(yīng)力束發(fā)生應(yīng)力損失；②箱梁發(fā)生徐變撓度；③由于收縮、徐變的作用，使得應(yīng)力計的非受力應(yīng)變增加，應(yīng)力測試數(shù)據(jù)中含有非荷載作用下混凝土應(yīng)變的成分，所測數(shù)據(jù)不能真實反映結(jié)構(gòu)的受力，須將混凝土的受力應(yīng)變從總應(yīng)變中分離出來，即在由測試應(yīng)力計算混凝土應(yīng)力時必須予以消除或進行應(yīng)力修正。
　　一般情況下，混凝土的工作應(yīng)力不超過混凝土強度的50%，即在彈性范圍內(nèi)工作。對于時刻施加初應(yīng)力，又在不同時刻（＝1，2，…，）分階段施加應(yīng)力增量的混凝土，其在以后任何時刻包括收縮應(yīng)變在內(nèi)的總應(yīng)變可以表達為：
　　
　　式中：－在時刻施加的初應(yīng)力；
　　－齡期為的混凝土彈性模量；
　　－混凝土在時刻的收縮應(yīng)變；
　　－徐變系數(shù)，參考公路橋規(guī)范進行計算。
　　設(shè)每次施加應(yīng)力增量后立即讀數(shù)，即觀察時刻，則：
　　
　　式中：－應(yīng)變觀測值，需減去傳感器初讀數(shù)。
　　
　　同理可推出：
　　
　　故在時刻，測點處扣除了收縮、徐變效應(yīng)的混凝土彈性應(yīng)變即為：
　　
　　由于在混凝土初凝時刻混凝土的水化熱還沒有使混凝土溫度上升，且此時混凝土的收縮也未發(fā)生，所以一般選擇在混凝土初凝時刻設(shè)定應(yīng)力初值，否則混凝土未承受荷載時鋼弦已反映出的應(yīng)力就不能及時排除。
　　5.3應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果
　　采用上述方法對實測結(jié)果進行處理，全橋合攏后張拉完所有預(yù)應(yīng)力束時，上述4個測試斷面的應(yīng)力狀態(tài)列于表1。
　　表1全橋合攏后各測試斷面應(yīng)力狀態(tài)

　　由表1可見，梁體各階段實際應(yīng)力測試結(jié)果與理論結(jié)果非常接近，表明該橋施工滿足設(shè)計要求，從表中可以看出，實測值與理論值相差較小，在允許誤差范圍以內(nèi)。
　　6結(jié)論
　　（1）本橋施工過程中的主要變形為掛籃變形、結(jié)構(gòu)溫度變形和荷載引起的結(jié)構(gòu)彈性變形。這些變形及其誤差都可通過本文方法識別計算。
　　（2）線形控制結(jié)果表明，全橋線形變化平順，實際線形與理論線形的基本一致，所有節(jié)點高差及合攏誤差均滿足施工控制目標(biāo)要求。
　　（3）為保證主梁線形的平順，在實際線形偏離控制目標(biāo)時，可采用本文方法分析偏差產(chǎn)生的原因，并對未施工節(jié)段的控制線形作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
　　（4）應(yīng)力測試結(jié)果中含有非受力應(yīng)變成分，測試鋼筋應(yīng)力計算混凝土應(yīng)力時必須予以消除或進行應(yīng)力修正。應(yīng)力測試結(jié)果與理論計算數(shù)值偏離較小，符合施工控制要求。
　　參考文獻
　　1李國平.大跨度連續(xù)梁橋線形最優(yōu)施工控制的理論與方法[J]，華東公路，1992.
　　2李國平.上海吳淞大橋施工控制技術(shù)[J]，華東公路，1994（2）.
　　3劉躍華等.連續(xù)梁橋懸臂澆筑施工撓度控制的因素分析[J]，上海公路，2000（2）.
　　4劉躍華.梁拱組合式橋梁吊桿內(nèi)力的優(yōu)化分析[J]，中國市政工程，2006（5）.
　　5葛耀君.分段施工橋梁分析與控制[M]，人民交通出版社，2003.
　　6向中富.橋梁施工控制技術(shù)[M]，人民交通出版社，2001.     職稱論文