桥梁工程器 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 大跨斜拉桥主梁悬臂施工线形监控技术 杨 辉 （中交一公局第四工程有限公司，广西南宁５３００３１） 摘要：目前．国内已建成相当数量的斜拉桥，大跨径斜拉桥主梁悬臂施１二线形控制问题已经越来越受到重视。介绍了大 跨斜扣桥主梁悬臂施工过程中线形监控的主要内容和方法，对线形监控要点及关键工序进行了详细的阐述。该工程施工 经验可为今后类似桥梁的施工提供参考。 关键词：大跨斜拉桥；悬臂施Ｔ；线形监控 中图分类号：Ｕ ４４８，２７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７６７（２０１６）０１－００５３－０３ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｍａｉｎ Ｇｉｒｄｅｒ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ Ｃａｂｌｅ Ｓｔａｙｅｄ Ｂｒｉｄｇｅ 大型桥梁．尤其是大跨径斜拉桥等高次超静定结 参考价值的是广东湛江海湾大桥，也是曲线形桥塔。空 构，理想的几何线形与合理的内力状态不仅与设计有 间曲线形桥塔对模板和劲性骨架、钢锚梁、预埋索导 关，而且还依赖于科学合理的施工方法。通过对施工 管定位的要求较高。 过程的控制，在桥梁建成时得到预先设计的应力状态 １．２采用塔梁墩固结体系 塔梁墩固结体系虽然增大了结构的刚度，但结构 和几何线形，是桥梁施工中非常关键和困难的问题。同 时，施工控制的结果为大型桥梁的长期监测提供了原 在固结处传力较为复杂，而且该桥下塔柱不高，下横 始依据，是桥梁运营状态监测的起点。 梁高度为４ ｍ，下横梁（主梁Ｏ号块）距系粱（系梁高度 ＴＩ）仅为１５ ｍ，下横梁长度约３０ ＩＴＩ，局部温度应力对 四川涪江五桥主桥为悬臂浇筑的混凝土斜拉桥， ３ １施工中斜拉索的实际张拉力、梁段的质量、材料的弹 下横梁（主梁０号块）横向受力影响较大，加上主梁轴 性模量、各构件混凝土徐变收缩和温度对结构的非线 力在横向产生的次效应，因此需精心编制下横梁（主 性影响等因素，在设计阶段很难准确把握。所以，必须 梁０号块）的施工方案。施工中不仅要监测塔梁结合 在施工过程中对桥梁结构进行实时监测。并根据监测 处各个敏感部位的应力状况，而且要注意由于施工误 结果对设计的施工过程进行相应的调整，使桥梁建成 差等因素造成的两侧不平衡轴力对结构的影响，否则 时最大可能地接近设计状态，这也是施工控制工作的 极易在主梁根部倒角部位、下塔柱内部产生结构裂缝。最终目标 １监控的重点及难点 福建泉州晋江大桥结构和该桥类似，桥宽３３ １ＴＩ，下塔 柱比该桥要高。下横梁高度为６ １ＴＩ。施工过程中已发现 涪江五桥主桥为２ｘ１５５ Ｉｎ的２跨预应力混凝土 多道结构性裂缝。另外，由于结构刚度大，后期对主梁 单塔空间双索面斜拉桥。索塔为空间曲线Ｈ型桥塔， 施工线形的调整比较困难，需要在施工阶段及时跟踪 主梁采用节段悬浇施工。虽然国内已建混凝土斜拉桥 控制。 中主跨跨径超过该桥者甚多，但就其施工控制而言，该 １．３梁段质量大 桥由于具有以下设计上的特点，导致施工控制技术难 度仍不容忽视。 １．１ 空间曲线Ｈ型桥塔 ６ １ＴＩ的主梁节段长度在国内外所建混凝土斜拉桥 中基本上是标准长度。但是由于该桥较宽，节段质量达 ３００ ｔ，其对挂篮的设计及其影响不可忽视。必须做好挂 该桥主塔为空间曲线Ｈ型桥塔 目前国内有施工 篮的力学测试工作．慎重考虑挂篮非弹性变形产生的 ｚｏ１６４ｔ￣１期（１一）第３４巷啼荭投衣５３ 器桥梁工程 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ 影响，以保证施工过程的安全。根据以往混凝土斜拉桥 保证结构在施工过程中受力安全，必要时可对已施工 施工监控的经验，梁段混凝土的超方不可避免，需慎 梁段的索力进行调整。 重考虑混凝土超方带来的影响 ４施工仿真计算分析 １．４主梁宽度较宽 以成桥主梁线形、主塔偏位、塔梁索受力等满足 该桥主梁为双边肋式＋桥面板结构．边肋高度 设计要求为控制目标，对主梁分节段悬臂施工进行全 ２．７ ｍ，主梁全宽３２．５ ｍ，内设２道Ｉ型纵肋。根据国内 过程仿真分析，以确定各施工阶段主梁标高、主塔偏 已建斜拉桥统计资料，肋板式主梁宽度超过３０ ｍ的数 位、斜拉索索力、关键截面应力等，并根据实际的材料、 量较少，剪力滞后效应比较明显。因此，必须加强对斜 截面参数和已施工梁段的监测数据进行适当调整，作 拉索索力、主梁预应力张拉、施工临时荷载以及主梁 为施工过程中各阶段的目标控制值。 全断面应力的监控，避免实际应力状态和平截面假定 结果偏差过大，确保结构在施工过程中和运营状态下 的安全。 ２桥梁施工线形监控思路 该桥施工线形控制思路为：１）在各施工梁段中．通 过典型施工状态下对状态变量（索力、位移和应力应 变）实测值与理论值的比较以及设计参数的影响分析， 识别出设计参数的误差量：２）根据已经施工梁段的影 响参数识别结果，采用合适的预测方法对未施工梁段 的相应参数进行误差预测；３）根据已识别或预测的影 响参数的误差，以成桥状态结构控制截面内力和主梁 线形、主塔偏位为控制目标，对控制张拉索力进行最 优控制，求出其调整值；４）以主梁标高为主要控制目 标，计算控制张拉索力调整值对主梁线形的影响，必要 时根据现场实测数据对主梁拼装标高、现浇预拱度、张 拉控制标高等进行调整。 全桥合龙后，根据需要对索力进行调整，以优化 结构受力。 ３影响参数的识别与调整 ３．１参数的识别Ⅲ 斜拉桥施工过程中，影响结构受力的参数很多，影 响较大的有以下几种：１）梁段质量；２）梁、塔、索刚度； ３）斜拉索张拉力；４）混凝土收缩徐变；５）施工荷载变 动；６）温度的影响；７）预应力。 上述参数中。梁段质量、施工荷载、斜拉索张拉力 和温度等参数的误差对结构的影响尤为显著，因此在 施工过程中应作为重点进行识别并进行预测分析。 ３．２参数的优化调整『２＿ 】 施工过程中．应对上述参数进行误差识别和参数 预测。以控制主梁标高、截面弯矩和索力为变量建立 控制目标函数（和约束条件），应用优化方法，调整本 粱段与未来梁段的安装索力以及未来梁段的定位标 高，使成桥状态最大限度地接近设计的理想状态，并且 ５４专荭故求２０１６ Ｎｏ．１￣Ｊａｎ．）Ｖｏ１．３４ 目前，施工阶段分析主要包括正装分析法和倒退 分析法。正装分析法是将施工过程划分成若干个阶段， 按顺序建立各阶段模型，逐步安装主梁和斜拉索，通过 分析得到各施工阶段的内力和位移；倒退分析法是以 成桥状态的内力作为初应力状态，以设计成桥线形作 为初始构形．按与实际施工相反的顺序对结构进行倒 拆，建立各阶段模型，逐步计算每次卸除一个施工阶 段对剩余结构的影响，获得各施工阶段斜拉索张拉力、 塔梁内力和结构变形。 从理论上说．将倒退分析法获得的各参数应用到 正装分析中，会得到满足设计条件的成桥状态。但是由 于斜拉桥施工计算需考虑斜拉索垂度、梁柱效应和大 位移效应等非线性因素的影响，且混凝土的收缩和徐 变与结构的形成过程有关，而倒退分析结果无法准确 地反映各阶段的位移和内力状态。为此，在该桥的施工 控制计算分析中，采用以正装分析法为主的正装迭代 修正法进行施工过程仿真计算，根据各次计算得到的 成桥状态对计算参数进行修正，再重新进行计算，使大 桥成桥状态逐步逼近设计的理想状态，以此得到各施 工阶段斜拉索张拉索力、主梁线形、主塔偏位等，作为 施工控制中的目标值。 ５关键部位施工监控技术 ５．１主梁施工 根据已确定的挂篮和现场安装施工方案，进行正 装迭代计算，得到主梁的理论立模标高，并对挂篮的 刚度、强度进行验算。 主梁施工过程中，对各节段挂篮的立模标高、斜拉 索各次张拉索力等下达施工监控指令，确定本阶段主 梁标高、斜拉索索力、主塔偏位等控制目标值和允许 偏差值，描述需完成的施工内容、荷载工况等，用以指 导施工。施工中对梁段浇筑、斜拉索张拉、预应力施加、 施工临时荷载位置和大小等进行监测，量测斜拉索索 力、主梁标高和平面坐标、主塔偏位、截面应力等数 桥梁工程器 Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ５＿。 据．控制各阶段施工内容和工况布置与施工方案和仿 索索力误差控制在一定范围内＿在主梁悬拼过程中．斜拉索的风振非常明显，直接 真计算中一致，保证各项控制指标误差在允许范围内， 对出现的不合理偏差及时调整修正，避免误差累计，影 影响主梁悬拼时的控制，因此，施工过程中在斜拉索 响后续梁段的施工精度和成桥状态ｌ ６ｌ。 ５．２二次调索 下端设置临时减振装置。 ６施工信息管理及综合分析 施工过程中，由于结构分析计算模型偏差、荷载 偏差、混凝土收缩徐变的不确定等因素造成结构状态 １）施工信息管理 施工过程信息管理是准确预报及提前发现施工 与预先设定状态有差异．在过程中需要随时调整。在特 隐患和结构工作异常的关键工作。应根据现场测量及 定的斜拉桥施工状态，通过施工过程观测数据的分析， 监测结果对影响施工模拟分析精度的主要施工参数、当发现结构整体状态偏离设计预定值较大时，需要大 范围调整斜拉索索力。大范围调索施工现场的工作量 大．耗费工期较多。 为解决大范围调索与后续节段继续施工同步作 业，一次调索是在斜拉桥中间施工状态，当通过各种 测试发现结构状态需要调整时．把需要调整的索力变 化值换算成各斜索无应力长度的调整值。调整过程用 锚头伸缩量控制。调索过程中可同时进行其他工序的 正常作业。 二次调索是在斜拉桥成桥后，对斜拉索的索力进 行全面测试，在保证线形的基础上使成桥索力和结构 内力最大限度接近理想成桥状态。 ５．３成桥恒载状态 斜拉桥设计时，仅以理论的成桥状态为基础，进行 结构设计和运营阶段的各种验算。施工完成后，如果实 际成桥状态和理论的成桥状态相差太远，就会对结构 的安全造成很大的影响。成桥阶段的主梁、主塔、斜拉 索索力等施工监控容许偏差应满足设计文件的要求。 在设计无明确要求时．根据相关规范规定和施工监控 需要，按照该桥施工控制目标执行。 ５．４斜拉索安装 该桥采用平行钢绞线拉索，斜拉索采用单根挂索． 初张采用单根张拉，二张、三张采用整束大千斤顶张 拉。初张时，每张拉一根钢绞线时都会导致桥面和塔柱 锚头的位移，从而导致此前己安装钢绞线的松弛．因此， 为保证安装完成后所有钢绞线的应力相等，先前安装 的钢绞线的张拉控制力应比其后的钢绞线的张拉控 制力高。可以通过电算分析，事先计算出每一根钢绞线 的安装张拉控制力，使得当整根索安装完成后．索内每 根钢绞线的应力相同。该桥斜拉索索力拟采用振动法 和光纤基准丝法测量。施工过程中采用以线形控制为 主、索力控制为辅的原则，在确保主梁线形和拉索无 应力长度的前提下，结合前一组梁段误差的情况．将拉 结构状态参数及时进行调整，使结构的状态满足设计 及规范要求。 ２）施工状态预报及综合分析 施工监控部门可根据上一施工周期结构标高测 量结果和理论计算分析，预测下一施工周期结构的标 高，如结构状态正常可继续施工，若发现有问题应及 时进行处理。综合分析是施工监控、保证桥梁施工质 量的关键．施工监控负责人在对现场监测结果进行综 合分析后．应对已施工结构质量做出结论，并对下一 施工周期的施工状态进行预报。 ７结语 对全桥线形进行工艺监控，可以使线形更加符合 设计要求和外观美学要求，通过不断修正监控方案和 手段、改进施工控制关键点的参数，将会使合龙后的 梁顶标高和线形直顺度更加合理。曩 参考文献： 【１］刘长卿，王明胜，杨辉．涪江五桥主塔索导管安装搞精度定 位测量及误差分析【ＪＪ．市政技术，２０１５，３３（３）：１６６—１６９． ［２］杨玉泉．支座体系混合式叠合梁斜拉桥施工监控技术ｆＪ］．建 筑技术，２０１３，４４（９）：８０６—８１０． ［３】孙高．浅谈斜拉桥施工监控测量技术【ＪＪ．江苏科技信息，２００９ （２）：４５－４６． 【４】金亚彬，朴东平．斜拉桥主梁悬臂段前支点挂篮施Ｔ技术研 究ＩＪＪ．北方交通，２０１０（１０）：２９—３３． 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