公路桥梁悬臂挂篮施工线行控制

巩东飞

摘要：预应力混凝土连续桥悬臂施工时，恒载、预应力以及由此产生的徐变，都会使结构发生变形。线型控制的目的就是：在考虑给定因素的作用所发生的变形后，使所控制的桥梁梁跨结构线型和内力，与设计要求尽可能吻合，误差达到最小。本文以某特大桥梁施工为例，探讨了其施工中的线行控制措施。

关键词：公路桥梁；悬臂挂篮；线行控制

一、工程概述

某特大桥在DK1989+870处跨越H高速公路（A段）。该铁路跨高速公路结构形式为（48+80+48）m变截面连续箱梁，跨越夹角74°。桥梁建成后桥下净高大于8m，连续梁全长176m。计算跨度为（48+80+48）m，中支点处截面梁高6.05m，边支点及中跨跨中截面梁高3.05m，梁底下缘按二次抛物线变化（抛物线方程：y=0.0024221x2），边支座中心线至两端0.75m。梁体为单箱单室、变高度变截面结构。箱梁顶宽12.0m，箱梁底宽6.7m，顶板厚度除梁端附近外均为40cm，底板厚度40至100cm，按直线线性变化，腹板厚48至60、60至90cm，按折线变化。墩顶现澆段（0#段），采用少支架法施工，箱内顶板采用脚手架支撑；悬灌梁段采用菱形挂篮悬臂施工，挂篮采用全密封。中跨合拢段采用合拢吊架施工，吊架底篮及模板采用挂篮的相应部件。边跨现浇段及边跨合拢段，采用落地型钢支架法施工。

二、公路桥梁悬臂挂篮施工线行控制

（一）线形监控的分析方法

线形监控是严格控制每一节段梁体的竖向挠度，若有偏差且偏差较大时，就要进行线形误差分析并确定调整方案，为下一节段梁体调整做好准备。由于在施工过程中对已成型的状态是无法进行事后调整的，故针对主梁的结构与施工特点，沅江特大桥连续梁线形监测采用桥梁博士，MIDAS软件对桥梁结构进行仿真计算，建立有限元模型，按照连续梁实际施工过程顺序进行结构变形和受力分析，得到各个节段设计变形和受力状态，并对施工中的影响因素加以考虑，进行前进分析和倒退分析，确立模标高。

1、前进分析：若反馈控制分析后预留拱度误差分布具有明显的方向性，则需调整参数进行前进与倒退分析改变理想状态，使系统趋于稳定。前进分析的目的在于确定成桥结构的受力状态，其计算的特点是：随着施工阶段的推进，结构型式、边界约束、荷载型式在不断改变，前期结构发生徐变和几何位置的改变。因而，前一阶段结构状态将是本次施工阶段结构分析的基础。这种按施工阶段进行的结构分析就称之为前进分析。

2、倒退分析：倒退分析的基本思想是，假定t=t0时刻结构内力分布满足前进分析t0时刻的结果，线形满足设计轴线在此初始状态下，按照前进分析的逆过程，对结构进行倒拆，分析每次拆除一个施工阶段对剩余结构的影响。在一个阶段内分析得到的结构位移、内力便是随后理想状态。

倒退分析与前进分析恰好相逆，由于中等跨径连续梁桥结构的非线性效应可以忽略，倒退分析则只根据桥面设计曲线与前进分析计算的各施工阶段的内力值倒退计算出各阶段的状态过程曲线及预留拱度曲线。

（二）预拱度设置及线形总体控制措施

箱梁预拱度的计算公式：施工标高=设计标高+预拱度+挂篮挠度+施工调整值。施工过程中，需要进行观测的内容，主要有箱梁挠度；水泥混凝土浇注过程的观测；纵向张拉前后观测，观测点布在梁端桥中心线处，主要观测梁段张拉引起的上挠度值；移挂篮前后观测，观测点布在梁端桥中心线处，主要观测移挂篮后箱梁的下挠度值。

进行观察的测站布设于0#块中心上，后视点一般布设于另一幅桥的0#块上。建立箱梁施工标高控制小组，对箱梁实测挠度与计算挠度进行分析对比。按数据统计方法对设计计算挠度进行必须的修正、调整箱梁施工标高。对挂篮进行等效预加载，消除其非弹性变形。测定其弹性变形，为混凝土灌筑前的立模高程提供依据。同一T构两端均衡作业，移动挂篮的距离差控制在40 cm以内，移动速度不超过10cm/min，移动时挂篮后部必须设保险设施。

在预应力混凝土箱形连续梁悬灌施工前，根据施工方案、工艺和工期的要求，模拟施工过程，收集整理有关数据，输入微机。运行线形控制软件，计算梁体受自重、施工荷载、预应力张拉及预应力损失、混凝土收缩及徐变、体系转换等因素影响而产生的内力和变形，定出各梁段的施工立模高程；施工过程中，再根据实际施工荷载、悬灌循环周期以及对已灌筑梁体高程的精密测量，重新计算和修正下一梁段的施工立模高程，使悬灌段合龙时的精度、体系转换完成后梁体线形达到设计和规范的要求。

（三）0#段施工

为了防止支架不均匀沉降，并完成03临时固结，支撑采用Ф82cm，S=12mm，钢管并配工字钢组合而成，支架采用两层或三层贝雷拼装而成，这样既拆装方便，并能保证整体刚度与强度，另外为了使左右临时支撑受力均衡并减少支撑的水平分力，我们用双层四根钢绞线穿过墩身对拉，拉力大小根据倾角及作用位置计算得出。在支撑钢管两端设置3—10mm的A3钢板，与钢管焊接在一起，中间穿3根15.24钢绞线，并张拉58.59t预应力。在0#段施工前，根据荷载分布情况，对0#块支架进行预压，消除非弹性变形，观测弹性变测量。最后根据各点变形量重新调整底模标高并设置一定预留值。混凝土浇筑时，为了防止裂缝产生，理论上应从端向根部浇筑，但是由于泵送混凝土流动性大，容易造成根部强度偏低，因此先从根部向端部浇筑1/3厚度，增加底面粗糙度，然后再从端部向根部浇筑完成，顶部及

腹板浇筑按照对称浇筑，由外向内的顺序浇筑。

（四）挂篮荷载与变形

本板所采用的挂篮是“无平衡重整体式悬浇挂篮”，其特点是：（1）移动方便，由于是整体移动，一次移动成功，历时少，操作方便。（2）整体结构轻巧合理，挂篮包括模板共重40t，最大梁段重比挂篮比值是2.25，最大悬臂梁段长4m，有效改善了悬臂施工端部荷载。（3）无平衡重，后锚系采用精轧螺纹钢筋通过连接器与梁体竖向预应力筋连接，上端通过平车与桁架后端相连接设计挂篮时对各结构部位作了认真计算，在使用前对挂篮进行试压，观测其变形，观测到的原始数据进行处理，作出挂篮主桁挠度与荷载之间的弹性变形曲线。其结果与计算相吻合，此观测其作为以后各梁段标高控制提供了重要数据。

（五）立模标高

挂篮行走提升到位后，应按照监控指令要求，对底模的标高、轴线进行调整。由于梁段混凝土自重、日照温差、已成梁段的施工误差、塔柱的压缩变形、挂篮的弹性和非弹性变形等因素都会使悬臂段的标高发生变化，因此立模标高的准确与否将直接影响到桥梁的线形，进而影响最后能否顺利合龙。为了最大限度地使合龙后的桥梁线形符合设计要求，监控单位除了提供考虑各种因素影响下的准确的立模标高外，还必须对各悬臂施工节段各工况下的线形进行监控，以便在施工过程中及时调整偏差，为下一节段的立模标高提供依据。由于悬臂施工时梁体的线形变化是一个不可逆的过程，若监控不及时或数据不准确，将很难通过二次施工或测量加以补救，因此，为了使线形控制达到预期目的，除了在主梁施工前对测点的布设、测量的方法和精度等进行认真研究外，施工中还特别注意了以下事项：

（1）严格控制悬浇梁段的混凝土方量，尽量不要超方，以减少实际值与计算采用值之间的误差。

（2）立模必须在当日22：00～次日凌晨日出之前完成，以避开不均匀温度场的影响。同时定期观测温度对悬臂段标高的影响，并对观测成果进行分析，为全桥的立模标高和线形调整提供依据。

（3）保证挂篮预留孔位置准确。因为当预留孔位置偏差较大时，挂篮不好调甚至调整不到中线位置。同时，为了防止混凝土振捣时预留孔的跑位，预留孔要用钢筋固定牢固。

（4）悬臂施工时，箱梁顶面所堆放的材料、设备等临时荷载的数量和堆放位置，必须严格控制，严禁超载、偏载。

（5）为确保顺利合龙，从合龙段前2个梁段起，对合龙段两侧各梁段的标高和线形进行联测，并在这2个梁段内逐步调整，以控制合龙精度。

（6）监控点要有明显标记，并在施工中妥善保护，避免碰撞后弯折变形。

参考文献：

[1]何庆.浅谈桥梁挂篮悬臂施工技术及线性控制[J].中国新技术新产品， 2013年24期.

[2]杜逢春.挂篮悬臂施工线形监控技术研究[J].甘肃科学学报， 2013年3期.