一、工程概況

　　鎮(zhèn)海灣大橋是廣東省西部沿海高速公路上的一座大型跨海大橋。主橋?yàn)?105＋190＋105m的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙薄壁墩連續(xù)剛構(gòu)橋，設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20級(jí)，掛車-120級(jí)。上部結(jié)構(gòu)按上、下行分離式橋設(shè)計(jì)，橋面半幅凈寬13.5m，為雙向六車道。橋面最大縱坡為3％，橋面橫坡為2％。橫坡通過箱梁腹板高度調(diào)整。主梁采用單箱單室變高度混凝土箱梁，主墩處高10.5m，跨中高3.2m.箱梁底板上下緣均按二次拋物線變化。箱梁懸臂長(zhǎng)度為3.25m，單箱寬7m.箱梁在0號(hào)塊梁段各設(shè)四道橫隔板，在邊跨端都各設(shè)一道橫隔板。箱梁按三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，其中縱向預(yù)應(yīng)力分別設(shè)置了頂板束、底板束和腹板束，兩端同時(shí)對(duì)稱張拉。鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度R^{b_{y=1860MPa，采用OVM型描具，管道按金屬波紋管成孔設(shè)計(jì)圖1、圖2.箱梁?jiǎn)蜹施工從2號(hào)塊開始采用掛籃懸臂對(duì)稱施工，兩個(gè)單T施工保持同步。懸臂施工完成后先合龍中段，再合龍邊跨。}}

　　二、施工控制的基本理論

　　1.實(shí)施施工控制的必要性

　　連續(xù)剛構(gòu)橋是一種多次超靜定體系，施工過程中各種復(fù)雜的因素都有可能引起結(jié)構(gòu)的幾何形狀及內(nèi)力狀況的改變。盡管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮了施工中可能出現(xiàn)的情況，但是由于施工過程的復(fù)雜性，事先難以精確估計(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)。通過在施工過程中對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)施工過程中的控制參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。并且在已建結(jié)構(gòu)偏離控制目標(biāo)時(shí)及時(shí)調(diào)整下一階段的掛籃定位標(biāo)高，以保證結(jié)構(gòu)線形的平順，并監(jiān)控實(shí)際內(nèi)力分布，使箱梁始終處于安全受力范圍內(nèi)。

　　影響施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)線形及內(nèi)力的因素主要有以下幾方面：混凝土彈性模量，澆注主梁混凝土超方量及單T兩側(cè)重量不平衡，混凝土收縮、徐變，橋梁施工臨時(shí)荷載，掛籃定位時(shí)的溫度影響，掛籃的變形特性，預(yù)應(yīng)力索張拉力誤差等等。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。鎮(zhèn)海灣大橋跨度大，施工過程復(fù)雜，為了保證橋梁施工質(zhì)量，對(duì)該橋進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)和控制是十分必要的。

　　2.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)過程，其流程如圖3所示。其中技術(shù)流程是指理論計(jì)算的循環(huán)過程，實(shí)施流程是指參與施工控制的各協(xié)作單位的工作關(guān)系，下面主要討論技術(shù)流程中的一些重要環(huán)節(jié)。

　　（l）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（或規(guī)范規(guī)定取值），通過有限元分析程序，用倒退分析的方法得出塊件施工時(shí)相對(duì)于設(shè)計(jì)標(biāo)高的預(yù)抬高量，并得出各節(jié)段的施工應(yīng)力。需要注意的是：與連續(xù)梁橋不同，由于柔性墩的軸向壓縮，主墩頂面與0號(hào)塊也應(yīng)有預(yù)抬高量，在施工中通過增加主墩的高度來設(shè)置。

　�。�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)量截面布置三個(gè)測(cè)點(diǎn)海一節(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。

　　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）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灣剛度、塊件重量與預(yù)應(yīng)力索張拉力為待識(shí)別的參數(shù)。具體識(shí)別方法為：在施工第n號(hào)塊件時(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)塊件的彈性模量的真實(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)塊件的重量；由預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)的變位值可識(shí)別出第n號(hào)塊件對(duì)應(yīng)的預(yù)應(yīng)力索張拉力。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，以獲得修正的下一塊件的掛籃變位預(yù)抬高量。

　　（4）掛籃變形值的確定

　　掛籃的變形由彈性變形和非彈性變形兩部分組成，其中掛籃結(jié)構(gòu)內(nèi)部的非彈性變形可在掛籃組裝完畢后通過外力加載法消除。本橋采用的掛籃由施工單位自行設(shè)計(jì)，單個(gè)掛籃總重約66t，而懸臂澆筑的混凝土塊件最大重量為206t，其比值為

　　0.32，屬輕型掛籃，因此其彈性變形值較大，并且由于塊件重量不同而引起的掛籃彈性變形值的差異應(yīng)引起足夠重視。在本橋的施工控制中，采用了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的公式來推算掛籃的實(shí)際變形（見圖4）：

　　注意Δhn是混凝土底模前端的變位，是本節(jié)段掛籃定位標(biāo)高與混凝土后標(biāo)高的差值，它包括由已施工節(jié)段變位引起的剛體位移和掛籃的彈性變形兩部分。

　　對(duì)于大部分施工節(jié)段，ln=ln-1，上式簡(jiǎn)化為

　　fg=Δhn-（2Δhn-1-Δhn-2）

　　由以上公式可得到已施工節(jié)段的掛籃變形，再參考掛籃組裝后的荷載試驗(yàn)結(jié)果可總結(jié)出掛籃的彈性變形規(guī)律，進(jìn)而可較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)持施工節(jié)段的掛籃彈性變形值。

　�。�5）控制線形的修繕

　　在施工過程中，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。在本橋的施工控制中采用了拉格朗日差值法：

　　由上式可得出持施工節(jié)段的控制線形與設(shè)計(jì)標(biāo)高的差值fn，還須比較fn與標(biāo)高偏差允許范圍Hmax的大小，取

　　-Hmax≤fn≤Hmax.

　�。�6）掛籃定位標(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)段底板前端處的底摸上，由下式計(jì)算得到：

　　H=H0+H+fg+fn

　　式中H——掛籃的定位標(biāo)高；

　　H0——箱梁底面設(shè)計(jì)標(biāo)高；

　　H——倒退分析計(jì)算得到的預(yù)抬高量；

　　fg——掛籃的彈性變形；

　　fn——待施工節(jié)段的控制線形與設(shè)計(jì)標(biāo)高的差值。

　　三、處理一個(gè)特殊問題：主墩的垂直度修正

　　由于連續(xù)剛構(gòu)橋在外形上與連續(xù)梁橋相似，并且連續(xù)梁橋的施工控制已得到足夠的重視并積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，因此，往往一些工程師簡(jiǎn)單地將兩種橋型的施工控制等同起來。但是，在連續(xù)梁橋中，上部結(jié)構(gòu)的變形由于支座的作用不會(huì)傳遞到下部結(jié)構(gòu)中；與此不同，連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩與箱梁塊件固接，利用薄壁墩的柔性變形來抵消箱梁的縱橋向位移。分析一下施工過程就可發(fā)現(xiàn)，在中跨合龍后張拉中跨底板預(yù)應(yīng)力束的過程中，主墩會(huì)由于梁作受軸向壓縮和上拱而向中跨方向傾斜，而且隨著徐變的發(fā)展，此傾斜還有擴(kuò)大的趨勢(shì)。有限元分析也反映了這一點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算，在鎮(zhèn)海灣大橋中，預(yù)應(yīng)力來張拉完畢，主墩頂端會(huì)向中跨傾斜1.9cm，三年徐變后會(huì)擴(kuò)大至4.6cm.本橋的主墩高為28.826m，而設(shè)計(jì)要求主墩的垂直度偏差不得超過l／1000，顯然垂直度的要求不能得到滿足。對(duì)于發(fā)生在連續(xù)剛構(gòu)橋中的這種特殊情況，最可靠的解決辦法是在施工中不但箱梁要設(shè)置預(yù)拋高，主墩也要有一定的預(yù)偏量。

　　但是，施工控制人員進(jìn)場(chǎng)開始實(shí)施施工控制時(shí)，主墩施工已經(jīng)結(jié)束且沒有注意到這個(gè)問題。作為補(bǔ)救措施，控制人員提出以下措施：在中跨合龍前用千斤頂在兩個(gè)單T的懸臂端之間施加推力，迫使兩個(gè)主墩產(chǎn)生預(yù)偏量，然后安裝臨時(shí)固接支架，在澆筑合龍段混凝土前拆除千斤頂。據(jù)計(jì)算，使主墩產(chǎn)生3cm的預(yù)偏量所須的推力為2600kN，而且對(duì)主墩和箱梁的受力不會(huì)產(chǎn)生不利的影響，甚至此作用力可抵消一部分成橋后的徐變內(nèi)力。

　　同時(shí)，作此處理會(huì)引起一些其他方面的問題：千斤頂下的混凝土局部承壓須仔細(xì)驗(yàn)算；中跨合龍臨時(shí)固接支架在設(shè)計(jì)中是基本不受力的，但現(xiàn)在須在千斤頂拆除后承擔(dān)相應(yīng)的推力，其受力性能須作仔細(xì)驗(yàn)算，包括應(yīng)力、先穩(wěn)及支架內(nèi)部傳力途徑的安全性。

　　四、控制成果

　　1.整體線型

　　采用上述理論對(duì)鎮(zhèn)海灣大橋?qū)嵤┦┕た刂坪螅�全橋線形變化平順，并且兩幅橋變化規(guī)律基本一致。本橋從7號(hào)塊件開始實(shí)施施工控制，邊跨合龍時(shí)中踏實(shí)測(cè)線形與控制線形的高差如圖5所示。其最大偏差為1.4cm.

　　2.中跨合龍精神

　　兩幅橋中跨合龍高差精度分別為1.2cm與0.5cm，達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類型橋梁合龍精度先進(jìn)水平。

　　五、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)溫度變形和改變荷載引起的結(jié)構(gòu)彈性變形。這些變形及其誤差都可通過本文方法識(shí)別計(jì)算；

　�。�2）掛籃的彈性變形值可結(jié)合計(jì)算與實(shí)測(cè)值推算得到。結(jié)合掛籃荷載試驗(yàn)的結(jié)果，可以準(zhǔn)確把握掛籃的變形規(guī)律，預(yù)測(cè)即將施工節(jié)段的掛籃變位；

　�。�3）為保證梁體整體線形的平順，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）為保證主墩的垂直度要求，連續(xù)剛構(gòu)橋的主墩應(yīng)設(shè)置預(yù)偏量，用來抵消中跨合龍后預(yù)應(yīng)力來引起的主墩變化。