甬台温客专木周岭特大桥大跨度连续梁施工线型控制
发布时间：2011-03-19 09:54:52更新时间：2011-03-19 09:54:52
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摘要：通过甬台温铁路客运专线木周岭特大桥（62+112+112+62）m预应力混凝土连续梁挂蓝法悬臂浇筑的工程实际，阐述了大跨度连续梁线形监控、应力监测等关键技术。
关键词：大跨度，连续梁，线型控制
1．工程概况
新建甬台温铁路客运专线（双线）木周岭特大桥桥梁全长1930.18m，设计初期时速200km/h，远期时速250km/h，桥面全宽13m，桥型布置为（62+2×112+62）m连续箱梁+1-32m简支箱梁+（48+80+48）m连续箱梁+9-32m简支箱梁+（40+64+40）m连续箱梁+28-32m简支箱梁。（62+2×112+62）m连续梁分3个T构93个节段，分别为墩顶段3个、悬浇段84个、边跨直线段2个、合拢段4个（2个边跨、2个中跨）,共4种形式。端支座处及边跨直线段和跨中处为4.89m，中支点处梁高为8.59m，梁高按圆曲线变化，中支点0号梁端长度13m，一般梁段长度为3.0m,3.5m,4.0m合拢段长为2.0m，边跨直线段长5.7m，最大悬臂浇筑块重1795KN，梁体混凝土设计为C55高性能混凝土。梁体采用三向预应力体系。
2．连续梁施工线型控制实施办法
桥梁施工控制是一个预告→施工→量测→识别→修正→预告的循环过程，本工程由成立的测控小组来完成此循环的过程控制，主要负责原始数据的采集、整理、汇总、分析和预控处理，其工作程序为：按设计文件进行主梁的施工结构计算与分析→提出理论立模高程→挂篮变形及施工过程中主梁高程的实测和其它数据采集→控制分析和误差分析→调整计算→确定当前节段梁的立模高程。
(1)工况观测在工序完成后6～12h完成观测，若急需测量应待工序完成2h后进行。施工观测宜选择在早6：00～8：00完成外业测量。
(2)对每节梁段施工进行跟踪观测，发现实测值与设计或计算值有差异时，如果高程差值小于20mm，可在下一梁段调整；如果高程差值大于20mm，可在下一梁段调整1/2高差，其余差值在再下一个梁段施工中调整，使结构挠度偏离设计值的误差控制在最小。
(3)挂篮前移、钢筋安装和混凝土浇筑应对称、平衡，实际不平衡重偏差不得超过8t。材料设备堆放要尽量在墩顶的0号块件上或纵向居中对称。
3．线形测控工况
(1)观测以悬臂施工的挂篮前移阶段、浇筑混凝土阶段和张拉预应力阶段这三个阶段作为挠度观测的周期，对每一节段梁实施4个工况观测：混凝土浇筑前；混凝土浇筑后（亦在纵向预应力钢束张拉前）；纵向预应力钢束张拉后；挂篮前移定位后。
(2)主梁平面位置和中轴线控制的主要工况：挂篮调整就位后；每节梁段立模时及立模完成后；混凝土浇筑后进行平面位置或中轴线复核，以便及时调整误差。
(3)为防止已浇梁体变形发生突变，3号段以后的块件施工除必要的工况观测外，还需每天进行全梁已完各块体的观测。
(4)悬浇节段完成后，对边跨合拢前、后，边跨合拢钢束张拉后，边跨支承体系解除后；次中跨合拢前、后，次中跨合拢钢束张拉后，次中跨支承体系解除后；中跨合拢前、后，中跨合拢钢束张拉后，中跨支承体系解除后；吊架全部解除后这13个工况实施观测。
4．线形控制标准
预应力混凝土连续梁桥悬臂施工阶段过程控制偏差值：立模标高[0，＋5]mm；轴线偏差≤5mm。悬臂端合拢口允许偏差：相对高差±20mm；轴线偏差10mm。
5．线形控制具体做法
5.1立模高程的理论计算确定
理论立模高程计算公式：HLi=Hsi+Σf1i+Σf2i+Σf3i+Σf4i+Σf5i+ΣfGL,(1)
5.2高程计算式中各项取值的确定
(1)设计高程Hsi是根据主桥竖曲线和纵断面每节段梁端点梁底设计高程。
(2)Σf1i+Σf2i+Σf3i+Σf4i+Σf5i是由设计人员和测控小组成员结合施工提供的混凝土龄期、强度、容重、弹性模量、施工荷载、日照温差等诸多因素，通过结构分析计算确定，该综合值统称为预拱度抛高值。
(3)ΣfGL是根据两片三角主桁架对拉加载试验测试结果所得各悬浇梁段自重下的挂篮变形值。
对已拼装好的三角主桁架用YCQ-65型千斤顶进对加载对拉，张拉力按每100KN为一级逐级加载，每加载一级量取变形距离读数，最后一级加载到600KN。张拉和卸载每一级都量取变形读数，反复2次，对采集的变形数据结果绘制挂篮荷载——挠度曲线图，再按内插法计算即可得出各悬浇梁段自重下的挂篮变形值。
5.3高程和平面测控的布点
5.3.1高程布点
在0号块梁面的正中心位置设置高程基准点，并每月联测一次；1号～14号每个悬浇梁段顶面设置3个测点，测点设置在距离每个悬浇梁段前端10cm处，这两测点不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形；各悬浇梁段的立模高程控制点设2个，布置在每个梁段前端的底模上。
5.3.2平面布点
主梁的中轴线和梁体平面坐标的测量控制在0号块混凝土浇筑前，依据已有的桥梁中心控制点引测至0号块中心梁面上，该点亦是0号块施工时在梁面上设置的高程测控基准点，即该点兼作平面控制导线点，该点顶部十字交点为坐标点。3个0号块上的平面控制导线点与已有的桥梁中轴线控制点组成平面控制网，每月联测一次。
5.3.3桥梁应力监测
5.3.3.1应力监测内容
施工过程中受力不利截面应力及相应温度监测及不同季节气候条件下桥梁结构应力的温度效应的监测。
5.3.3.2应力监测方法
采用钢弦式应力计对预应力混凝土桥梁结构的应力进行测试，测试中需要特别注意的是温度对测试结果的影响，主要体现在两个方面：一是对传感器而言，温度变化会引起弦振频率改变，在进行频率应变换算时须考虑对温度进行修正；二是对结构的影响，由于材料的热胀冷缩效应，温度变化为引起结构自由伸长和缩短，当这种自由变化受限制时，便会产生应力，在应力计算时须将温变引起的自由应变予以扣除。因此，从温度对弦式仪器进行应力测试影响的角度考虑，每个弦式应力计都必须配置一个温度传感器，同时对于表面粘贴式的，还应加盖白色的防护罩，在保护传感器的同时，还尽量使得温度传感器的测试温度同被测结构的温度一致。
5.3.3.3应力测点布置
对于主梁一般选择悬臂根部、1/4L、1/2L处截面作为应力监测截面，其中主梁悬臂根部截面是施工过程应力监测的重点截面，必不可少。从技术、经济角度考虑，可选择其中的一、两个T构，对悬臂根部、1/4L、1/2L处截面进行全面的应力监测，对其它T构重点对悬臂根部截面进行应力监测。应力测试截面及应力测点布置如图1、图2所示。
5.3.3.4应力监测工况
在施工过程中选择各节段混凝土浇筑完毕、预应力张拉完毕、挂篮前移到位以及各合拢段浇筑前后、合拢段预应力张拉后、二期荷载施工前后等作为应力测试工况，同时要求每隔一段时间定期测量（半年内每2月一次，半年到一年之间3个月一次），应力测试工作应在温度较为恒定时进行，同时须进行温度的测试。
5.3.3.5监测监控成果
5.3.3.5.1悬臂施工阶段总结的成果
(1)在悬臂施工阶段，在结构自重和预应力效应的作用下，此时预应力相当于与自重方向相反的外荷载，较大的压应力出现在支座处的上缘，较小的拉应力出现支座截面的下缘。产生拉应力的原因：挂篮施工预应力筋都在上缘，相当于有一个向上的外力或者使下缘受拉的力偶作用。虽然为拉应力，但是拉应力的数值都非常小，再加上普通钢筋的作用，在施工过程中，支座处的截面下缘不会出现拉应力。
(2)从悬臂施工阶段测得的应力可以看出，应力在墩支座处有减小的现象，这是由于墩支座处主梁截面的加大，从而有效的减小该截面的应力峰值。
(3)各个悬臂梁段由于预应力的张拉，端部局部受压，悬臂梁段的最大压应力一般出现在浇筑块的端部。
(4)由挠度曲线可以看出，当悬臂段长度不是很大的时，由于主梁顶部预应力的作用，悬臂端的挠度向上，但是随着悬臂端的加长和跨中截面面积的减小，在自重作用下，悬臂的端部挠度有所减小，此时最大挠度出现在悬臂端的中前部。在施工合拢跨时，由于跨中截面底部的预应力的作用使挠度向上增加。
5.3.3.5.2线形控制成果
(1)两边跨合拢段两端高程误差分别为3mm和5mm，中线偏差为3mm和4mm。
(2)两中跨合拢段两端高程误差分别为5mm和7mm，中线偏差为4mm和5mm。
(3)从两中跨合拢后全梁实测与理论数据对比来看（如图3a、3b），监控理论计算准确、预测标高误差小，主梁实际线形符合相应施工规范要求、达到设计目标。
5.3.3.5.3应力监测成果
(1)悬臂施工过程中，截面上下缘均处于受压状态，没有出现拉应力；边跨合龙段及中跨合龙段区域也均有合适的压应力储备；成桥恒载状态下，结构应力状态合理、符合相关规范要求。
(2)各关键的应力监测结果与预测结果基本一致，这说明了设计计算方法正确。
(3)应力测试结果也反映出，同一截面位置处各点应力大小不一，同一梁段编号上缘实测应力与理论值比较接近，腹板和下缘测点读数偏大，其主要原因为：剪力滞效应引起箱梁在同一位置处应力分布不均匀，且在腹板处形成应力峰值，导致测点读数偏大；悬臂施工阶段，预应力钢束均集中锚固在箱梁顶板近腹板处，会引起截面应力分布不均匀，靠近腹板处应力偏大；测试时桥面施工荷载等施工因素亦会影响应力测试结果。
6．结束语
台温铁路客运专线木周岭特大桥竣工成桥线形流畅，混凝土表面光洁美观，整体结构满足设计和规范要求，达到了预期效果，该桥的线形监控、应力监测等关键技术对类似工程具有较好的参考价值。
参考文献：
1李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理.北京：人民交通出版社.2004；
2栾昌信.悬臂灌注预应力混凝土连续梁（刚构）施工及设计[J].铁道标准设计，2006（4）。
关键词：大跨度，连续梁，线型控制
1．工程概况
新建甬台温铁路客运专线（双线）木周岭特大桥桥梁全长1930.18m，设计初期时速200km/h，远期时速250km/h，桥面全宽13m，桥型布置为（62+2×112+62）m连续箱梁+1-32m简支箱梁+（48+80+48）m连续箱梁+9-32m简支箱梁+（40+64+40）m连续箱梁+28-32m简支箱梁。（62+2×112+62）m连续梁分3个T构93个节段，分别为墩顶段3个、悬浇段84个、边跨直线段2个、合拢段4个（2个边跨、2个中跨）,共4种形式。端支座处及边跨直线段和跨中处为4.89m，中支点处梁高为8.59m，梁高按圆曲线变化，中支点0号梁端长度13m，一般梁段长度为3.0m,3.5m,4.0m合拢段长为2.0m，边跨直线段长5.7m，最大悬臂浇筑块重1795KN，梁体混凝土设计为C55高性能混凝土。梁体采用三向预应力体系。
2．连续梁施工线型控制实施办法
桥梁施工控制是一个预告→施工→量测→识别→修正→预告的循环过程，本工程由成立的测控小组来完成此循环的过程控制，主要负责原始数据的采集、整理、汇总、分析和预控处理，其工作程序为：按设计文件进行主梁的施工结构计算与分析→提出理论立模高程→挂篮变形及施工过程中主梁高程的实测和其它数据采集→控制分析和误差分析→调整计算→确定当前节段梁的立模高程。
(1)工况观测在工序完成后6～12h完成观测，若急需测量应待工序完成2h后进行。施工观测宜选择在早6：00～8：00完成外业测量。
(2)对每节梁段施工进行跟踪观测，发现实测值与设计或计算值有差异时，如果高程差值小于20mm，可在下一梁段调整；如果高程差值大于20mm，可在下一梁段调整1/2高差，其余差值在再下一个梁段施工中调整，使结构挠度偏离设计值的误差控制在最小。
(3)挂篮前移、钢筋安装和混凝土浇筑应对称、平衡，实际不平衡重偏差不得超过8t。材料设备堆放要尽量在墩顶的0号块件上或纵向居中对称。
3．线形测控工况
(1)观测以悬臂施工的挂篮前移阶段、浇筑混凝土阶段和张拉预应力阶段这三个阶段作为挠度观测的周期，对每一节段梁实施4个工况观测：混凝土浇筑前；混凝土浇筑后（亦在纵向预应力钢束张拉前）；纵向预应力钢束张拉后；挂篮前移定位后。
(2)主梁平面位置和中轴线控制的主要工况：挂篮调整就位后；每节梁段立模时及立模完成后；混凝土浇筑后进行平面位置或中轴线复核，以便及时调整误差。
(3)为防止已浇梁体变形发生突变，3号段以后的块件施工除必要的工况观测外，还需每天进行全梁已完各块体的观测。
(4)悬浇节段完成后，对边跨合拢前、后，边跨合拢钢束张拉后，边跨支承体系解除后；次中跨合拢前、后，次中跨合拢钢束张拉后，次中跨支承体系解除后；中跨合拢前、后，中跨合拢钢束张拉后，中跨支承体系解除后；吊架全部解除后这13个工况实施观测。
4．线形控制标准
预应力混凝土连续梁桥悬臂施工阶段过程控制偏差值：立模标高[0，＋5]mm；轴线偏差≤5mm。悬臂端合拢口允许偏差：相对高差±20mm；轴线偏差10mm。
5．线形控制具体做法
5.1立模高程的理论计算确定
理论立模高程计算公式：HLi=Hsi+Σf1i+Σf2i+Σf3i+Σf4i+Σf5i+ΣfGL,(1)
5.2高程计算式中各项取值的确定
(1)设计高程Hsi是根据主桥竖曲线和纵断面每节段梁端点梁底设计高程。
(2)Σf1i+Σf2i+Σf3i+Σf4i+Σf5i是由设计人员和测控小组成员结合施工提供的混凝土龄期、强度、容重、弹性模量、施工荷载、日照温差等诸多因素，通过结构分析计算确定，该综合值统称为预拱度抛高值。
(3)ΣfGL是根据两片三角主桁架对拉加载试验测试结果所得各悬浇梁段自重下的挂篮变形值。
对已拼装好的三角主桁架用YCQ-65型千斤顶进对加载对拉，张拉力按每100KN为一级逐级加载，每加载一级量取变形距离读数，最后一级加载到600KN。张拉和卸载每一级都量取变形读数，反复2次，对采集的变形数据结果绘制挂篮荷载——挠度曲线图，再按内插法计算即可得出各悬浇梁段自重下的挂篮变形值。
5.3高程和平面测控的布点
5.3.1高程布点
在0号块梁面的正中心位置设置高程基准点，并每月联测一次；1号～14号每个悬浇梁段顶面设置3个测点，测点设置在距离每个悬浇梁段前端10cm处，这两测点不仅可以测量箱梁的挠度，同时可以观测箱梁是否发生扭转变形；各悬浇梁段的立模高程控制点设2个，布置在每个梁段前端的底模上。
5.3.2平面布点
主梁的中轴线和梁体平面坐标的测量控制在0号块混凝土浇筑前，依据已有的桥梁中心控制点引测至0号块中心梁面上，该点亦是0号块施工时在梁面上设置的高程测控基准点，即该点兼作平面控制导线点，该点顶部十字交点为坐标点。3个0号块上的平面控制导线点与已有的桥梁中轴线控制点组成平面控制网，每月联测一次。
5.3.3桥梁应力监测
5.3.3.1应力监测内容
施工过程中受力不利截面应力及相应温度监测及不同季节气候条件下桥梁结构应力的温度效应的监测。
5.3.3.2应力监测方法
采用钢弦式应力计对预应力混凝土桥梁结构的应力进行测试，测试中需要特别注意的是温度对测试结果的影响，主要体现在两个方面：一是对传感器而言，温度变化会引起弦振频率改变，在进行频率应变换算时须考虑对温度进行修正；二是对结构的影响，由于材料的热胀冷缩效应，温度变化为引起结构自由伸长和缩短，当这种自由变化受限制时，便会产生应力，在应力计算时须将温变引起的自由应变予以扣除。因此，从温度对弦式仪器进行应力测试影响的角度考虑，每个弦式应力计都必须配置一个温度传感器，同时对于表面粘贴式的，还应加盖白色的防护罩，在保护传感器的同时，还尽量使得温度传感器的测试温度同被测结构的温度一致。
5.3.3.3应力测点布置
对于主梁一般选择悬臂根部、1/4L、1/2L处截面作为应力监测截面，其中主梁悬臂根部截面是施工过程应力监测的重点截面，必不可少。从技术、经济角度考虑，可选择其中的一、两个T构，对悬臂根部、1/4L、1/2L处截面进行全面的应力监测，对其它T构重点对悬臂根部截面进行应力监测。应力测试截面及应力测点布置如图1、图2所示。
5.3.3.4应力监测工况
在施工过程中选择各节段混凝土浇筑完毕、预应力张拉完毕、挂篮前移到位以及各合拢段浇筑前后、合拢段预应力张拉后、二期荷载施工前后等作为应力测试工况，同时要求每隔一段时间定期测量（半年内每2月一次，半年到一年之间3个月一次），应力测试工作应在温度较为恒定时进行，同时须进行温度的测试。
5.3.3.5监测监控成果
5.3.3.5.1悬臂施工阶段总结的成果
(1)在悬臂施工阶段，在结构自重和预应力效应的作用下，此时预应力相当于与自重方向相反的外荷载，较大的压应力出现在支座处的上缘，较小的拉应力出现支座截面的下缘。产生拉应力的原因：挂篮施工预应力筋都在上缘，相当于有一个向上的外力或者使下缘受拉的力偶作用。虽然为拉应力，但是拉应力的数值都非常小，再加上普通钢筋的作用，在施工过程中，支座处的截面下缘不会出现拉应力。
(2)从悬臂施工阶段测得的应力可以看出，应力在墩支座处有减小的现象，这是由于墩支座处主梁截面的加大，从而有效的减小该截面的应力峰值。
(3)各个悬臂梁段由于预应力的张拉，端部局部受压，悬臂梁段的最大压应力一般出现在浇筑块的端部。
(4)由挠度曲线可以看出，当悬臂段长度不是很大的时，由于主梁顶部预应力的作用，悬臂端的挠度向上，但是随着悬臂端的加长和跨中截面面积的减小，在自重作用下，悬臂的端部挠度有所减小，此时最大挠度出现在悬臂端的中前部。在施工合拢跨时，由于跨中截面底部的预应力的作用使挠度向上增加。
5.3.3.5.2线形控制成果
(1)两边跨合拢段两端高程误差分别为3mm和5mm，中线偏差为3mm和4mm。
(2)两中跨合拢段两端高程误差分别为5mm和7mm，中线偏差为4mm和5mm。
(3)从两中跨合拢后全梁实测与理论数据对比来看（如图3a、3b），监控理论计算准确、预测标高误差小，主梁实际线形符合相应施工规范要求、达到设计目标。
5.3.3.5.3应力监测成果
(1)悬臂施工过程中，截面上下缘均处于受压状态，没有出现拉应力；边跨合龙段及中跨合龙段区域也均有合适的压应力储备；成桥恒载状态下，结构应力状态合理、符合相关规范要求。
(2)各关键的应力监测结果与预测结果基本一致，这说明了设计计算方法正确。
(3)应力测试结果也反映出，同一截面位置处各点应力大小不一，同一梁段编号上缘实测应力与理论值比较接近，腹板和下缘测点读数偏大，其主要原因为：剪力滞效应引起箱梁在同一位置处应力分布不均匀，且在腹板处形成应力峰值，导致测点读数偏大；悬臂施工阶段，预应力钢束均集中锚固在箱梁顶板近腹板处，会引起截面应力分布不均匀，靠近腹板处应力偏大；测试时桥面施工荷载等施工因素亦会影响应力测试结果。
6．结束语
台温铁路客运专线木周岭特大桥竣工成桥线形流畅，混凝土表面光洁美观，整体结构满足设计和规范要求，达到了预期效果，该桥的线形监控、应力监测等关键技术对类似工程具有较好的参考价值。
参考文献：
1李国平.桥梁预应力混凝土技术及设计原理.北京：人民交通出版社.2004；
2栾昌信.悬臂灌注预应力混凝土连续梁（刚构）施工及设计[J].铁道标准设计，2006（4）。
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