高架桥箱梁短线法节段预制线型控制技术

【摘要】 加强高架桥预制节段箱梁线型控制技术的研究是十分必要的。本文作者通过近年来的工作经验，对高架桥短线法预制节段箱梁线型控制技术进行了研究，具有重要的参考意义。

【关键词】 高架桥节段箱梁线型控制

中图分类号：U448.28文献标识码： A 文章编号：

0 前言

采用节段预制拼装进行桥梁上部结构施工是城市桥梁施工的先进工艺，可以减少施工对城市交通造成的不良影响，缩短桥梁现场施工周期，加强环境保护，近几年来得到日益广泛的应用。节段拼装技术的节段预制方法有两种：长线法和短线法。长线法匹配预制就是预制台座底模长度为整跨梁长，将整跨主梁分成若干段，在按设计线形做成的台座上匹配浇筑形成节段直至完成整跨主梁的方法。短线就是在固定端模和移动端模之间浇注第一个梁段。由于该梁段也是整个跨度中所浇注的第一块，所以也称为起始梁段。在起始梁段达到所需强度之后，将它移动以取代移动端模的位置。这时，在固定端模和起始梁段之间浇注第二个梁段。此时，起始梁段也被称为匹配梁段。此工序将使该二段箱梁之间的接合面形成完整的匹配面。重复使用该工序对随后的梁段进行浇注到最后一个梁段。短线预制的主要作用就是通过控制各预制梁段在用做匹配梁段时的空间位置，从而达到梁段拼装后梁体的线型满足设计线型的要求。长线法的几何形状容易布置和控制，构造简单，施工生产过程比较容易控制，但占地面积大且弯桥需形成所需曲度；短线法占地少、适应性强，是目前广泛采用的方法，但对线型控制精度要求高，需要精密的测量仪器设备。

本文介绍短线法线型控制的数学原理和方法，结合东莞市城市快速轨道交通R2线2312标区间高架桥建设实例，根据该工程进展要求和预制场实际情况，考虑成本和质量控制等因素，在充分考虑短线匹配预制工艺优点的前提下，经充分的科学论证，采用短线法匹配预制工艺，介绍节段预制及拼装的线型控制技术，为该工艺的推广应用提供经验。

1 工程实例

东莞市城市快速轨道交通R2线2312标区间高架段长3.6km,下部结构采用钻孔灌注桩基础、矩形承台、圆弧形墩身；上部结构为单箱单室箱梁。梁顶宽均为9.2m，高1.8m，腹板为斜腹板，其倾斜度为1:3.421。节段最大吊重约50吨，最小吊重约为30吨，剪力键设计为多键形式。标准、过渡节段长2.5m，梁端节段长2.45m，共计1272片梁，断面图如图1所示。

图1 节段箱梁典型断面形式图

2线型几何监控技术的理论

2.1梁段设计三维坐标

根据设计蓝图，精确计算出各梁段中心线在整体坐标系（x，y，z）的空间位置。整体坐标系就是大地坐标系所在城市的城建坐标系（见图2）。

图2 节段梁六点坐标

2.2 坐标系转换

2.2.1 局部坐标系的设立

预制单元的数据以局部坐标系为参照系，其X轴是节段轴线，其方向由前端面指向后端面，X轴与前端面的交点为原点O，前端面与节段顶面的交线是Y轴，其方向为X轴沿逆时针旋转90°，Z轴由右手螺旋法则确定（见图3）。

图3 节段梁局部坐标

2.2.2局部坐标系转换到整体坐标

根据梁体设计三维坐标，求出局部坐标系原点的整体坐标值和局部坐标系（OX、OY、OZ）坐标轴在整体坐标系中的方向余弦，设OX轴的方向余弦是l1、m1、n1，OY轴的方向余弦是l2、m2、n2，OZ轴的方向余弦是l3、m3、n3。局部坐标系原点O在整体坐标系中的坐标值是（x0、y0、z0），则局部坐标（X、Y、Z）在整体坐标系中的坐标（x、y、z）可按下式进行转换。

2.2.3 整体坐标转换到局部坐标

整体坐标（x、y、z）在整体坐标系中的坐标（X、Y、Z）可按下式进行转换：

2.2.4 局部坐标系间的转换

根据上述公式即可将一个局部坐标系A中的坐标转换成另一个局部坐标系B中的坐标：先将A中的局部坐标转换成整体坐标，然后将所得的整体坐标转换成B中的局部坐标。

3几何控制技术的应用

3.1几何控制软件应用原理

短线法施工关键控制在线形控制，该工程在施工过程借助三维数字控制软件（也称几何控制软件，简称GeoPro软件）进行线型控制，能根据上节段梁实际竣工数据及时调整下节段梁的控制参数，从而避免施工误差的累计，确保拼装后的桥梁整体线型顺滑、准确，节段间衔接严密、外观完美。

GeomPro的主要作用就是通过控制已预制梁段在用做匹配梁段时的空间位置，从而达到梁段拼装后梁体的线型满足设计线型的要求。该软件将箱梁各梁段控制点的坐标及预拱度以数据库的形式输入，结合所给定的理论目标值及浇注梁段在生产时的实测值，经过必要误差修正，精确地计算出该梁段在匹配位置时应处的空间位置。

3.2短线法箱梁预制几何控制

该项目中共计108孔简支梁采用短线匹配法预制，即在固定端模和移动端模之间浇注第一个梁段。由于该梁段也是整个跨度中所浇注的第一块，所以也称为起始梁段。在起始梁段达到所需强度之后，将它移动以取代移动端模的位置。这时，在固定端模和起始梁段之间浇注第二个梁段。此时，起始梁段也被称为匹配梁段。此工序将使该二段箱梁之间的接合面形成完整的匹配面。重复使用该工序对随后的梁段进行浇注到最后一个梁段（见图4）。

图4 短线法预制工艺示意图

3.2.1 预制单元的构成

短线匹配法运用预制单元使预制梁段的生产能在有限面积的预制厂进行。在采用短线匹配法时，一套标准的预制单元应包含以下的主要部件（见图5、图6）：

1、固定端模

2、底模及其支架

3、外侧模及其支架

4、内模

5、测量塔

图5 模板系统示意图

图6 测量塔

测量塔建在预制单元的两端。它们位于预制单元的中心轴线上并且垂直于固定端模。

单元中心轴线由放置在测量塔上的经纬仪和目标塔反光镜确定。在预制单元附近也要设置一固定水准点(BM), 以对测量塔和目标塔进行校准。固定水准点必须位于：

１）不妨碍节段生产运作；

２）不受任何引起或影响节段之间的几何关系的冲击。

而固定水准点也必须相互连接，形成网络，并分布于预制厂的四周以便定期检查水准点的稳定性。在每个固定水准点，要安装镀锌螺栓所作为起标点。如果观测到测量塔或目标塔有任何偏移，应及时纠正。

3.2.2预制单元的定位及坐标系

由于几何控制的有效性取决于预制单元定位的精确度，因此开始浇筑前，须验证它的几何关系。常规检测包括如下：

固定端模：在固定端模安装时，固定端模模面须保持竖向垂直并与预制单元中线成90°，端模上缘须保持水平。端模标高应以靠近腹板处的两测量控制点进行检查。水平误差和中线的垂直度误差必须控制在1mm之内。

底模：对于等高箱梁，底模须水平安置并与固定端模下缘良好闭合。底模中心轴必须在水平及竖向与固定端模模面成90°。

外侧模：必须检查外侧模翼上拐角的标高并运用可调支架来调整拐角的精确位置。拼装后外侧模的空间位置与目标空间位置误差必须控制在2mm 之内。

3.2.3几何控制测点

为便于测量浇注梁段及配合梁段的测点坐标，每一预制梁段须设置六个控制测点。其沿梁段中心线的两个测点 (FH & BH) 用来控制平面位置， 而沿腹板设置的四个测点 (FL, FR, BL & BR) 用以控制标高（见图7）。

图7 几何控制测点

轴线监控元点由Φ12的U型圆钢制作，端头长度100mm，中间长度300mm，高程控制元点由镀锌十字螺栓制作，螺栓长度为50mm（见图8、图9）。

图8水平控制测点安装大样图 图9标高控制测点安装大样图

混凝土初凝前，在节段梁顶板顶面指定位置预埋测量控制点（2个中线控制点、4个高程控制点），埋点误差不大于2mm。这些预埋件必须尽量设置在所归定的位置。由于预埋件是作为相对位置的参考，因此它们的位置不需要绝对正确（见图10）。

图10 几何控制测点预埋

3.2.4数据采集

所有的控制预埋件都在混凝土浇筑完毕后初凝前进行监测原点埋设，在拆模前进行相应数据采集，数据采集时间及要求详见表1、图11：

表1 数据采集时间及要求

图11 几何控制测点数据采集

4 结束语

预制节段线型控制是该工艺成功应用的关键，具有控制精度高、 预制线形好等优点,社会、经济效益显著。随着城市桥梁建设对交通、环保要求的提高，短线法预制拼装的新型工艺必将在我国桥梁建设中（特别是城市桥梁建设）得到更好的发展和更广泛的应用。

参考文献

[1]预应力混凝土桥梁预制节段逐跨拼装施工技术规程 CJJT/111 2006

[2]申兆繁短线法节段预制线形控制技术[J].铁道勘察.2008，(4):4-6

[3]叶其孝，沈永欢实用数学手册（2版）[M].北京：科学出版社.2006

[4]王景海短线法箱梁节段预制拼装及线形控制技术原理[J].中国市政工程，2009，(2):24-25

[5] 蒙晓莲, 梁卫军, 邱仕雄等桥梁节段预制拼装技术及其在城市轨道交通中的应用[ M] . 广州: 华南理工大学出版社, 2006.

作者简介：王波（1973-），男，高级工程师，中国中铁二局第四工程有限公司