[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(shí)施過(guò)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(jià)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(yùn)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(jì)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(zhǎng)3.0m。中支點(diǎn)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(guò)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(diǎn)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(gè)梁段，中支點(diǎn)A0號(hào)塊長(zhǎng)度13m，一般梁段長(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)程的復(fù)雜性，很難事先精確估計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。本橋?yàn)楸ＷC合攏時(shí)兩懸臂端豎向撓度的偏差不超過(guò)容許范圍以及合攏后橋梁線形滿足設(shè)計(jì)線形要求，須在施工過(guò)程中對(duì)該橋的梁體線形及應(yīng)力進(jìn)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(guò)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(shí)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(jì)不符，而又不能及時(shí)識(shí)別引起控制目標(biāo)偏離的真正原因時(shí)，必然導(dǎo)致在以后階段的懸臂施工中采用錯(cuò)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(shí)測(cè)到的結(jié)構(gòu)反應(yīng)修正計(jì)算模型中的這些參數(shù)值。當(dāng)結(jié)構(gòu)測(cè)量到的受力狀態(tài)與模型計(jì)算結(jié)果不相符時(shí)，把誤差輸入到參數(shù)識(shí)別算法中去調(diào)節(jié)計(jì)算模型的參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實(shí)際測(cè)量到的結(jié)果相一致。得到修正的計(jì)算模型參數(shù)后，重新計(jì)算各施工階段的理想狀態(tài)，這樣，經(jīng)過(guò)幾個(gè)工況的反復(fù)辨識(shí)，計(jì)算模型基本上與實(shí)際結(jié)構(gòu)一致，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)施工狀態(tài)進(jìn)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(duì)于采用懸臂拼裝或懸臂澆筑的橋梁，主梁在墩頂處的相對(duì)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(lái)的誤差對(duì)全橋線形的影響較小，這對(duì)于自適應(yīng)控制思路的應(yīng)用是非常有利的。經(jīng)過(guò)幾個(gè)節(jié)段的施工后，計(jì)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(diǎn)選擇在待施工箱梁節(jié)段底板前端處的底模上，由下式計(jì)算得到：
　　
　　式中：－掛籃的定位標(biāo)高；
　　－梁底設(shè)計(jì)標(biāo)高；
　　－倒退分析計(jì)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(jì)標(biāo)高的差值。
　　3施工控制的實(shí)施
　　施工控制是一個(gè)預(yù)告→施工→量測(cè)→識(shí)別→修正→預(yù)告的循環(huán)過(guò)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(jì)算
　　在設(shè)計(jì)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(yàn)取值），通過(guò)有限元分析程序，用倒退分析的方法得出塊件施工時(shí)相對(duì)于設(shè)計(jì)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(cè)量
　　為了獲得橋梁施工中的實(shí)際狀態(tài)，須對(duì)主梁進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量：縱橋向每施工節(jié)段設(shè)一測(cè)量截面，每測(cè)量截面布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)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(jìn)行標(biāo)高測(cè)量。另外須進(jìn)行墩頂水平位移測(cè)量：墩頂設(shè)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一施工節(jié)段澆筑混凝土前后均進(jìn)行墩頂位移測(cè)量，以監(jiān)測(cè)主墩的水平位移情況。
　　結(jié)構(gòu)變形的測(cè)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(cè)點(diǎn)從梁底測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)定位，澆完混凝土后，通過(guò)測(cè)量梁頂預(yù)埋的鋼筋頭的標(biāo)高與此時(shí)對(duì)應(yīng)的梁底標(biāo)高，建立梁底與梁頂測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高關(guān)系，這樣已澆梁段的梁底標(biāo)高可通過(guò)梁頂標(biāo)高的測(cè)量值反饋出來(lái)。

　　圖3施工控制技術(shù)流程
　　為消除日照溫差對(duì)梁體變位的影響，可采用以下的方法：
　　a.以上各項(xiàng)測(cè)量工作須安排在清晨日出前進(jìn)行，可不計(jì)日照溫差的影響。
　　b.當(dāng)測(cè)量工作不能全部安排在清晨進(jìn)行時(shí)，須對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行日照溫差修正。從積累的施工控制經(jīng)驗(yàn)看，由于日照溫度場(chǎng)不易在有限元計(jì)算中模擬，所以實(shí)踐中以采用根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正的方法為主；選擇有代表性的節(jié)段在典型天氣時(shí)對(duì)箱梁進(jìn)行24h跟蹤測(cè)量，得出箱梁變位與測(cè)量時(shí)間的關(guān)系，并在測(cè)量數(shù)據(jù)中予以修正。
　　3.3修改設(shè)計(jì)參數(shù)
　　在獲得測(cè)量數(shù)據(jù)后，對(duì)比其與理論計(jì)算值的差別，采用分離變量法可識(shí)別出各參數(shù)的真實(shí)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(shí)別的參數(shù)。具體識(shí)別方法為：在施工第n號(hào)節(jié)段時(shí)，由掛籃移位的梁體變位實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的差別，可識(shí)別出第n-1號(hào)節(jié)段的彈性模量的真實(shí)值；同樣，由澆筑混凝土?xí)r的變位值可識(shí)別出第n號(hào)節(jié)段的重量；由預(yù)應(yīng)力束張拉時(shí)的變位值可識(shí)別出第n號(hào)節(jié)段對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力束張拉力。在識(shí)別出各參數(shù)后，須及時(shí)將它們反映在有限元計(jì)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(dòng)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(guò)掛籃預(yù)壓試驗(yàn)消除其影響。對(duì)于掛籃體系的彈性變形，一般可以通過(guò)空間有限元桿系程序近似地計(jì)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(guò)程掛籃體系的彈性變形和非彈性變形，這對(duì)于懸臂澆筑過(guò)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(guò)程中，由于結(jié)構(gòu)實(shí)際情況與理論計(jì)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(shí)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(dòng)較大。鑒于這種情況，須對(duì)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(jì)算中，為了減少突然大幅度的線形曲線波動(dòng)，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(jì)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(jì)線形曲線的修繕
　　上圖修改的設(shè)計(jì)線形曲線，實(shí)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(shí)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(shí)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(duì)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(diǎn)的實(shí)測(cè)標(biāo)高與設(shè)計(jì)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(diǎn)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(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類橋梁合攏精度的先進(jìn)水平。
　　5應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果
　　5.1測(cè)點(diǎn)布置方法
　　應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用溫度型智能應(yīng)力計(jì)和配套的振弦檢測(cè)儀作為應(yīng)力觀測(cè)儀器，該應(yīng)力計(jì)的溫度誤差小、性能穩(wěn)定，可以在量測(cè)過(guò)程中始終以初始零點(diǎn)作為起點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)，且具有應(yīng)變累計(jì)功能，抗干擾能力強(qiáng)，適于應(yīng)力長(zhǎng)期觀測(cè)。
　　根據(jù)連續(xù)梁橋的受力特點(diǎn)并結(jié)合設(shè)計(jì)要求，測(cè)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(gè)截面。測(cè)點(diǎn)橫向布置見圖7，全橋布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)。考慮到結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，全橋主梁布置4個(gè)測(cè)試斷面，每個(gè)測(cè)試斷面上布置4根應(yīng)力計(jì)。

　　圖7應(yīng)變測(cè)試斷面布置圖
　　5.2測(cè)試數(shù)據(jù)處理方法
　　對(duì)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)有較大影響的因素有很多，主要有：測(cè)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(duì)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(jì)的非受力應(yīng)變?cè)黾樱瑧?yīng)力測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)不能真實(shí)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(lái)，即在由測(cè)試應(yīng)力計(jì)算混凝土應(yīng)力時(shí)必須予以消除或進(jìn)行應(yīng)力修正。
　　一般情況下，混凝土的工作應(yīng)力不超過(guò)混凝土強(qiáng)度的50%，即在彈性范圍內(nèi)工作。對(duì)于時(shí)刻施加初應(yīng)力，又在不同時(shí)刻（＝1，2，…，）分階段施加應(yīng)力增量的混凝土，其在以后任何時(shí)刻包括收縮應(yīng)變?cè)趦?nèi)的總應(yīng)變可以表達(dá)為：
　　
　　式中：－在時(shí)刻施加的初應(yīng)力；
　　－齡期為的混凝土彈性模量；
　　－混凝土在時(shí)刻的收縮應(yīng)變；
　　－徐變系數(shù)，參考公路橋規(guī)范進(jìn)行計(jì)算。
　　設(shè)每次施加應(yīng)力增量后立即讀數(shù)，即觀察時(shí)刻，則：
　　
　　式中：－應(yīng)變觀測(cè)值，需減去傳感器初讀數(shù)。
　　
　　同理可推出：
　　
　　故在時(shí)刻，測(cè)點(diǎn)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(shí)刻混凝土的水化熱還沒有使混凝土溫度上升，且此時(shí)混凝土的收縮也未發(fā)生，所以一般選擇在混凝土初凝時(shí)刻設(shè)定應(yīng)力初值，否則混凝土未承受荷載時(shí)鋼弦已反映出的應(yīng)力就不能及時(shí)排除。
　　5.3應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果
　　采用上述方法對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理，全橋合攏后張拉完所有預(yù)應(yīng)力束時(shí)，上述4個(gè)測(cè)試斷面的應(yīng)力狀態(tài)列于表1。
　　表1全橋合攏后各測(cè)試斷面應(yīng)力狀態(tài)

　　由表1可見，梁體各階段實(shí)際應(yīng)力測(cè)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(jì)要求，從表中可以看出，實(shí)測(cè)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(guò)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(guò)本文方法識(shí)別計(jì)算。
　　（2）線形控制結(jié)果表明，全橋線形變化平順，實(shí)際線形與理論線形的基本一致，所有節(jié)點(diǎn)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(shí)際線形偏離控制目標(biāo)時(shí)，可采用本文方法分析偏差產(chǎn)生的原因，并對(duì)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(cè)試結(jié)果中含有非受力應(yīng)變成分，測(cè)試鋼筋應(yīng)力計(jì)算混凝土應(yīng)力時(shí)必須予以消除或進(jìn)行應(yīng)力修正。應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)算數(shù)值偏離較小，符合施工控制要求。
　　參考文獻(xiàn)
　　1李國(guó)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(guó)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(guó)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