大跨度斜拉桥主梁线形控制技术研究

徐汝宝

（中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

随着经济社会的快速发展，斜拉桥在国内外被广泛采用，在有建筑限高要求的地区，矮塔斜拉桥也被广泛修建。矮塔斜拉桥又称“部分斜拉桥”，是介于连续梁桥和斜拉桥之间的一种新的桥梁结构形式，由于矮塔斜拉桥兼有斜拉桥和连续梁桥的特点，其刚柔相济的特性符合结构受力特点，越来越多的中小跨度桥梁优先采用矮塔斜拉桥形式。斜拉桥以其优越的结构性能，良好的经济指标，越来越显示出其巨大的发展潜力。斜拉桥主梁施工全过程线形控制是确保成桥线形的基础，主梁悬臂浇筑施工过程中每节段预拱度设置及立模标高确定是确保成桥线形的关键，施工过程中通过建模线形计算、主梁预拱度设置、主梁监控量测以及主梁施工全过程施工工艺控制可以确保主梁线形符合预期要求，使主梁施工体系处于控制状态。

1 工程概况

永州市城南大桥工程选址城南大道与金水路平交口，跨湘江西路和湘江东路，顺接城南大道，止于城南大道与空港路平交口；桥梁主线全长1183.56m，主桥为70m+2×120m+70m 预应混凝土矮塔斜拉桥，桥面宽34m，整幅式单箱五室箱梁截面。主桥桥墩：边墩8，主墩9、10、11位于湘江内，主墩10采用塔梁墩固结体系，主墩9、11采用塔梁固结、墩梁分离体系，且设滑动支座。主梁共计18 个梁段，0段10m（对称于主墩中心线两侧各5m）,1～15段为挂篮悬浇梁段，其中1～6段为无索区梁段，7～15段为有索区梁段，16段为主梁合拢梁段，17段为边跨现浇梁段。主桥立面、平面布置如图1 所示。

图1 主桥立面、平面布置图

2 主桥悬浇施工工艺流程

永州城南大桥主桥悬臂梁施工工艺流程如下。

主梁0块施工完成—在0上面拼装三角挂篮—挂篮拼装完成进行预压—预压完成根据预压数据调整1立模标高—施工1块钢筋和模板—浇筑1块悬浇段混凝土—张拉1块顶板纵向悬浇束预应力—挂篮走行至2块—张拉1块横向预应力及腹板竖向精轧钢—根据1块实测变形数据及监控指令确定2块立模标高—施工2块钢筋和模板—浇筑2块悬浇段混凝土—张拉2块顶板纵向悬浇束预应力—挂篮走行至3块—张拉2块横向预应力及腹板竖向精轧钢—根据2块实测变形数据及监控指令确定3块立模标高—依次循环完成5块悬浇段施工—挂篮走行至6块—根据5块实测变形数据及监控指令确定6块立模标高—施工6块钢筋和模板—测量定位第一组斜拉索主梁预埋管—浇筑6块悬浇段混凝土—张拉顶板纵向悬浇束预应力—挂篮走行至7块—张拉6块横向预应力及腹板竖向精轧钢—张拉拉索锚固横梁预应力—挂索张拉第一组斜拉索—根据6块实测变形数据及监控指令确定7块立模标高—依次循环完成15块悬浇段施工—施工边跨现浇段—调整合龙口高差—施工边跨合龙段—施工中跨合龙段。

3 线形计算

通过对城南大桥主桥进行施工全过程仿真分析，得到桥梁的成桥后施工累计位移，midas2015（有限元分析软件）计算模型结果如图2 所示。

图2 midas 模型成桥后累计位移计算结果（单位：mm）

4 施工阶段监测控制

4.1 理论立模标高计算

箱梁理论立模标高的数据分析计算，为全方位监控提供数据基础。通常，在得出立模标高数据时，结构的三条高程曲线（设计曲线、目标曲线和预拱度曲线）数据也会同时产生。设计曲线，即桥梁的线形设计；目标曲线，即将运营活载影响值与长期收缩徐变进行迭加后与设计曲线共同形成的曲线；预拱度曲线，即将工程的每个施工阶段的位移进行累计，以叠加方式达到目标曲线后的曲线。

确定目标曲线非常关键，也是大跨径斜拉桥在施工设计和施工质量中需要严格把控的重要环节，主要由于桥梁受到长期徐变作用会增加跨中挠度，因此需要准确计算长期徐变并进行科学分析。如果长期徐变的计算数据与实际出现差异，会导致跨中预抛高值的设计不合理，最终导致桥梁在运行一段时间后跨中线形会逐渐出现下垂且越来越明显。可见，准确的长期徐变值以及以此设置的跨中预抛高值即目标曲线的合理性和准确性将直接影响桥梁的后期运行。为更好地确定目标曲线，需要设计单位准确计算出各跨的跨中预抛高值，再通过二次抛物线过渡的方式进行复核，然后将以上数据叠加于设计线形中，以此形成最终的目标线形。由工程监控单位进行再次校核，最后对预拱度数值进行复核确认，并给出相应的校核意见。

预拱度曲线的确定能够为箱梁各节段的理论立模标高提供计算依据，预拱度曲线的设计与确定会受到施工过程中的温度、自重、徐变、索力以及来自预应力等各方作用的影响，因此，在设计预拱度曲线时要将以上因素考虑进去。其结构材料参数的设计与确定要以实测数值为依据，比如弹模E 和容重γ。

4.2 主梁立模标高

主梁预拱度设置数据由0跨2.8cm 增加至15块15.5cm，以主桥9墩1～1块立模标高为例说明预拱度设置及立模标高变化情况。

4.3 箱梁节段线形测点布置

在箱梁每个块段顶板的前端顶板面上埋设7 个测点，底板设置3 个测点。箱梁施工中的钢筋直径设计不小于8mm。钢筋混凝土中的钢筋头在浇筑时要超出混凝土表面约2～3cm，钢筋与箱梁悬浇段前端的距离为10cm，在整个施工作业过程中要确保所设置的测点不被破坏。高程测量采用自动安平水准仪进行监测，确保往返测量误差低于1mm/km，绝对误差也要控制在±5mm/km（相对施工控制网），可见，测量要求精度极高。在施工过程中，专业人员要定期对 0块上后视点进行复测，以确保标高测量所产生的绝对误差符合标准。

4.4 箱梁悬臂节段线形测量阶段

要严格控制箱梁悬臂节段线形测量的次数，测量次数过于密集会影响工程作业进度且给测量数据的统计与处理带来麻烦；如果测量次数太少，则对箱梁变形的观测数据又不全面，造成后期立模标高的数据依据不足。通过工程实践，最终确定以下四个阶段的测量效果最好。

第一阶段：挂篮移动作业后对现浇段进行测量。

第二阶段：张拉预应力之前，测现浇段和已浇段。测已浇段的目的主要为分析线形。

第三阶段：张拉预应力之后，测现浇段。

第四阶段：斜拉索张拉后，测现浇段。

4.5 数据处理、预测分析和立模标高

该工程中的线形控制关键点主要体现在高程数值的数据处理及预测分析两方面。高程数值的准确性受以下因素影响：一是挂篮变形误差；二是桥面临时荷载；三是结构刚度误差；四是温度；五是张拉顶板纵向悬浇束预应力误差；六是测量定位误差；七是斜拉索索力误差等。桥梁设计的悬臂长度不同，产生的量值的影响因素也会不同。按照桥梁在实际工程进度中产生的实测数据进行整理分析，确保线形测量的准确性，并以此进行立模标高。

5 施工过程工艺控制

5.1 挂篮立模方面控制要点

一是0块上面组装完毕的施工挂篮（自重117t），按照最大梁段重量的50%、80%、100%及120%分级加载预压挂篮，以消除非弹性变形，测量挂篮底模标高变化，分析计算出挂篮弹性变形，为立模标高提供预拱度数值参考。

二是两端挂篮应该同步前移，挂篮移动速度控制在0.1m/min 以内，不同步差值控制在30cm 以内。

三是挂篮走行就位、提升锚固后，按照监控指令进行底模及翼缘板模板标高调整，挂篮底模标高调整到误差允许范围内，绑扎底板和腹板钢筋，安装波纹管和内模等。

四是挂篮底模系统的前吊杆、后吊杆和挂篮主桁架后锚压梁锚点等安全可靠性必须检查确认，挂篮底模系统紧固牢固，在浇筑混凝土过程中，挂篮悬吊系统、走行系统、锚固系统的任何锚点不得产生任何松动，以确保施工全过程状态稳定。

5.2 混凝土浇筑方面控制

一是主梁C55 混凝土采用地泵输送，主梁混凝土坍落度控制在180mm±20mm 范围内,强制式拌和机拌和2min，混凝土泵送时间间隙控制在15min 以内，施工现场因故停息时间间隔控制在30min 以内。

二是主梁悬浇梁浇筑顺序“底板—腹板下倒角—腹板—腹板上倒角—顶板”，浇筑过程中采用水平分层方法，采用振动棒振捣，波纹管及锚下钢筋密集部位加强振捣。

三是主梁悬浇段混凝土浇筑施工尽量不设置水平施工缝，一次完成浇筑施工，如果混凝土分两次浇筑，上下两部分混凝土的弹模、收缩、徐变等力学性能差异较大，不利于整体质量。

四是梁段施工过程中要尽量控制不平衡施工荷载作用对箱梁线型挠度的影响。

5.3 预应力张拉方面控制要点

一是预应力张拉施工必须确保锚下设计应力稳定建立，在钢束张拉过程中，通过持荷时间来保证锚下应力的稳定建立：纵向预应力钢束长度在30m 以内的持荷时间为2～3min, 钢束长度在30m 以上的持荷时间为3～4min；横向及竖向预应力锚固持荷时间为2min。

二是施工过程中要采取相关措施确保腹板竖向精轧钢张拉及压浆符合设计要求，由于腹板竖向精轧钢的锚固方式远不如低松弛钢绞线的锚夹具，且腹板精轧钢属于竖向预应力，预应力容易损失且有时损失较大，为了避免和减小预应力损失，通常采用24h 后二次张拉的方法进行锚固，腹板精轧钢二次张拉完成后及时进行孔道压浆。

三是竖向预应力管道上面安装的压浆管、排气孔和锚垫板要仔细处理，防止连接部位进浆，影响孔道压浆，在后续施工过程中，只要挂篮轨道一移开，就立即进行腹板精轧钢张拉施工，及时建立竖向预应力，增加主梁梁体的复合抗荷能力。

5.4 斜拉索挂索张拉施工

一是斜拉索控制张拉力，为使每根索中各钢绞线索力均匀，应采用等值张拉法进行张拉，即每根钢绞线的拉力以控制压力表读数为准，以传感器读数进行监测。

二是斜拉索环氧钢绞线单根张拉时，要对张拉油压、张拉力、传感器读数、初值油压、测量初值、测量终值及回缩值等进行记录。

三是斜拉索环氧钢绞线单根张拉顺序为：先张拉不带抗滑键的一端，让抗滑键紧贴锚垫板；再根据张拉力及索伸长量，同时张拉钢绞线两端。

5.5 合龙线形控制措施

斜拉桥的合龙控制是一个关键工序，该工程需要在水上施工，因此作业环境难度增大。尤其对合龙段的施工要求更高，对合龙段的施工方案和作业时机有着非常精确的要求，也是工程中的难点和重点。

根据实际的施工环境进行详细调查，以此作为影响混凝土浇筑的因素之一进行综合考量。由专业人员进行连续观测，尤其要对合龙口的宽度、长度以及温度进行实时监测。合龙作业前要对合龙方案进行反复优化分析，对施工中产生的结构内力作用的变化、主梁受力影响、合龙误差等各方面因素进行充分分析，以确定最优合龙方案。确保主梁高精度合龙。另外，要选择在气温稳定的时间进行合龙作业。

根据现场温度场试验及合龙前连续观测数据分析，将城南大桥中跨合龙段混凝土浇筑时间选在2019年8月11日凌晨，合龙段临时固定劲性骨架现场提前布置好，并将劲性骨架在合龙口单侧提前焊接固定，在浇筑混凝土前1h 内将劲性骨架另外一端全部焊接完成，完成锁定施工，然后浇筑合龙段混凝土，待合龙段混凝土强度达到设计要求，张拉顶板纵向预应力之前，拆除合龙段劲性骨架。

主桥合龙后成桥线形符合设计预期要求。

6 结语

斜拉桥主梁线形控制的核心问题就是悬浇段预拱度设置问题，线形控制的策略主要是分析影响预拱度的相关因素，施工过程中必须加强线形控制研究，分析每一节段悬浇梁的浇筑前后、预应力张拉前后、挂篮走行前后、斜拉索张拉前后的梁体标高变化情况，及时修正立模数据，制定节段误差调整措施，使得线形控制取得良好效果，保证桥梁顺利合龙，确保合龙后成桥线形符合预期要求。