摘要: 随着桥梁施工技术的发展, 挂篮施工逐渐成为大跨度桥梁施工中的主要施工方法。为确保桥梁结构合拢精度、成桥线形和运营一定时间后能达到设计要求的标高, 施工时预测桥梁上部结构在每一施工阶段的挠度, 并通过实时监测值来分析施工过程中各个阶段的行为。
关键词: 桥梁施工 悬臂 线形 预测
1 线型控制的基本原理
线型控制的基本原理是: 根据计算提供的梁体各截面最终挠度变化值来设置施工预留拱度, 据此调整每段模板安装时的前缘标高。影响挠度的相关因素较多, 主要如下：①梁段混凝土的自重;②挂篮及梁上其他施工荷载；③已张拉的预应力筋的预应力；④合拢时释放的临时锚固支座的力；⑤混凝土弹性压缩、收缩、徐变、预应力筋松弛、孔道摩阻应力损失等因素；⑥大自然的温度、湿度及风荷载等因素的作用引起的变形；⑦桥墩变形、基础沉降、施工误差等。
根据上述各种影响挠度的因素, 由设计计算出理论的预留拱度值,施工时根据实际情况作出相应的调整。
2 悬臂浇筑施工
悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段浇筑混凝土, 待混凝土达到一定强度后, 张拉预应力束, 移动挂篮, 继续浇筑下一梁段 (如图 1)。梁节段长度与梁段自重、挂篮重、平衡配重及施工恒载密切相关, 一般每个节段长为 3 ~ 4m。悬臂施工主要设备是挂篮,为了满足拼装和支承挂篮要求的起步长度, 经常采用托架施工第一梁段。
2.1 托架
依据墩身、承台或地面设立支承托架。托架采用万能杆件拼制，高度和长度应视挂篮施工的需要和现浇段的长度而定,横桥向的宽度一般比箱梁底宽出 1.5 ~ 2.0 m, 以便于设立箱梁腹板的外侧模板。托架顶面与箱梁底面在桥纵向的线形应保持一致。常用的施工托架有两种: 一是斜撑式; 二是斜拉式。为了消除托架在浇注梁段混凝土产生的变形,常用千斤顶法、水箱法对托架进行预压。
2.2 挂篮
托架上施工的几个梁段达到挂篮起步长度后, 拼装对接挂篮, 待其到一定长度之后, 再将对接挂篮分开, 形成两个独立的挂篮向跨中逐段推进, 待新浇梁段达到设计85%的强度后，使张拉预应力束与前一梁段连成一体。挂篮的构造一般由主桁、悬吊系统、平衡重及锚固系统、行走系统、张拉平台及底模架组成。
2.3 悬浇施工工艺
用挂篮悬臂浇筑施工, 除 0号块等少数梁段用托架施工外, 其余均利用挂篮施工。每个梁段的混凝土均应一次性浇筑，其循环作业工序见流程图（图2），施工周期一般为 1周左右。
3 悬臂浇筑施工的挠度控制
3.1预拱度的设置
为了保证连续梁多年运营后全桥线形达到较好的设计线形，为此,在施工中需要设置预拱度。
施工预拱度应该等于本阶段至全桥合龙完成各阶段施工对本悬浇梁段立模前端所产生的挠度之和的反号值。其中要包括砼浇筑、预应力筋的张拉所产生的挠度，还要考虑预应力损失、收缩徐变和温度的影响。运营预拱度理论上等于悬浇梁段立模前端处二期恒载挠度、活载挠度(最大挠度与最小挠度之和的平均值 ) 和成桥后多年收缩徐变所产生的挠度之和的反号值。
因而, 在施工控制之前必须反复地校核计算数据并与设计数据比较从而发现问题。而在施工控制过程中, 也要根据实测的标高数据修正结构分析参数。
3.2结构预拱度的测量
为正确反映桥梁施工的变位, 把梁底标高作为施工控制的目标。每节段变位监测点从梁底测点经腹板引到桥面。挂篮定位标高按梁底待浇节段的最前沿横截面上的测点定位, 浇完混凝土后, 通过测量梁顶预埋的钢筋头的标高与此时对应的梁底标高, 建立梁底与梁顶测点的标高关系,这样已浇梁段的梁底标高可通过梁顶标高的测量值反馈出来。
3.3结构的挠度控制
悬臂浇筑每节段施工的标高控制包括四个关键工况挂篮前移定位标高; 立模标高确定; 混凝土浇筑后控制标高; 预应力张拉后标高。
3.3.1 挂篮前移定位标高
挂篮前移定位标高内容组成：①结构成型的设计标高；②结构施工期的预变位，根据结构成型线形反馈计算求得；③活载引起的预抛高；④挂篮体系在节段混凝土浇筑过程中的变形预抛高。定位标高是控制结构线形的关键内容，故在挂篮前移的过程中，保证前吊带的均匀受力、后吊带与后锚收紧、控制点定位标高的正确。
3.3.2立模标高的确定
在连续梁的悬臂施工控制中, 最直接反映施工控制成果的就是对于梁段立模预留标高的准确定位。而立模预留标高的准确定位取决于分阶段施工累积挠度的计算值, 以及挂篮变形值。在桥梁悬臂施工中, 挂篮在承受混凝土梁段重量时会发生弹性变形。由于挂篮变形使底模板前端的标高发生的变形在挂篮拆除后不能得到恢复，需要在确定主梁梁段的立模标高中预先考虑其变形的影响，以确保主梁线型的完成。在实际应用中，立模标高按照下式计算。
式中为当前第段待浇筑主梁的底模板前端的立模标高；
为当前第 i段待浇筑主梁的底模板前端的成桥设计标高；
为第i段及后续所有施工梁段对该点产生的挠度影响值之和, 即施工预拱度；
为由于挂篮变形引起的底模板前端的挠度值；
为二期恒载及成桥 t年后由收缩徐变和运营所产生的挠度, 即运营预拱度。
3.3.3 混凝土浇筑后控制标高
混凝土浇筑后各控制点的标高, 主要用于已建结构状态的校核，以便修正已建结构标高的计算值和预测待浇节段的计算参数、调整与优化成桥线形，得到待浇节段的施工标高。
3.3.4 预应力张拉后标高
预应力张拉后结构控制标高的测量，目的在于获得与利用实测结构参数反馈计算值的差异，从而了解预加力值是否发生偏差、预应力的线形模拟是否恰当、预应力损失是否估计得正确以及决定是否修改预加力的理论值。
4 悬臂浇注过程监测手段及测点布置
4.1线形测量
4.1.1 挠度测量
(1) 挠度测点布置：采用水准仪测量挠度。箱梁预制时，在每个悬浇段距接缝10cm 处箱梁顶面布置 3个高程测点。测点采用短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上, 顶部磨圆露出混凝土顶面1.5~ 2.5 c m, 采用红油漆标记。测点位置见图 3。
(2) 控制网的建立与复测：利用水准仪及经纬仪把高程控制点引至墩顶梁段顶面上，标上明显标记并保护好。施工期间以此点为基准，作为其它水准测量的后视点，得出所测梁顶的高程。每一墩顶至少布置两个基准点, 每次测量时首先进行基准点之间的相互校核。
(3) 测量时间：挠度测量在温度相对恒定、没有日照影响的情况下进行。
4.1.2 主梁轴线偏移测量
用钢尺找出前端梁段的中线并做标记，采用坐标测量计算出节段端部偏移。将全站仪架在墩顶梁面中心, 后视另一墩顶梁面中心, 测出节段中心所作标记处坐标, 用所测坐标计算节段中心偏位。
4.1.3 墩顶沉降测量
墩顶沉降测量采用全站仪在一侧岸边设置两个测站，在每个墩的顶部中间设置固定测点，测出墩顶测点的三维坐标，得到墩顶标高值。每一测量工况下的沉降为测读值与初始值的差，初始值为桥墩刚建成后在气温恒定、无日照影响时自由状态下的测读值。
4.2 应力测量
4.2.1 应力测量仪器
应力测量的仪器采用钢弦式传感器, 以适应室外长期监测。钢弦传感器是一种间接测量仪器, 其测试原理是通过测试两端固定钢弦的频率, 通过事先标定的钢弦频率与其应变的关系值得到混凝土的应变, 再根据混凝土弹性模量换算出混凝土应力。
4.2.2 应力测量测点布置
对于主梁, 以测量主梁沿桥纵向应变为主, 再测量截面的顶、底板布置应力测点 (见图3)。
5总 结
在桥梁悬臂施工中, 确保桥梁成桥的线形状态符合桥梁设计线形的要求, 是保证桥梁处于合理的受力状态、桥梁运营的安全以及桥梁外观线形优美的关键, 这也是难点所在。因此, 就是要对结构的各施工阶段的结构变形和受力状态进行合理的计算分析, 为施工预拱度的准确预报作理论依据。