钢结构线形纠偏控制探析

钢结构线形纠偏控制探析

姚志钧

上海城建市政工程（工程）集团有限公司 200065

摘 要：钢结构梁吊装技术在我国已经广泛应用，因为钢结构造价成本、结构性能和质地强度都有明显优点，使得钢结构在交通领域取得了原来越多的运用，并在一定程度上取代了以往的钢筋混凝土结构桥梁。不过在施工工艺和质量上还有瑕疵，特别是最终所呈现美观度上还有不足之处。因此在吊装过程中保持线性质量控制尤为重要。本文结合项目实际情况及交通组织方案，就跨高速3跨钢结构连续钢箱梁吊装施工技术要点进行了分析，本项目通过线型控制实现对接，分析了吊装过程中关键技术控制方法，以期可以为我国桥梁事业发展推波助澜。

关 键 词：钢箱梁；高速公路；大跨度；线型

1、工程概况

某工程需要架设钢梁跨越高速公路，其他桥梁跨度≤25米且匝道平面半径≤150米处，采用梁高1.6米钢筋混凝土连续梁；桥梁跨度在25～45米且匝道平面半径>150米处，采用梁高2米预应力混凝土连续梁。上部箱梁采用斜腹板大挑臂断面，配合下部结构花瓶式独柱墩，上下部整体协调，有较高的景观效果。大曲率小半径连续箱梁通过桥墩中支座向外偏心来防止桥梁上部结构倾覆。

2、临时交通组织

采用临时封闭高速公路1#快车道（3.75m+3m中央分隔带）作为临时支撑布置点和施工机具放置点，并开放原应急车道作为施工便道。梁板长度场内定型加工，正式吊装前被吊梁板提前调整好姿态，待高速入口处成封闭状态后，缓慢评移，精准对位并焊接固定。

3、临时支架布置

本工程钢箱梁安装分10个节段，共需设置10组临时支架，钢箱梁吊装前先安装临时支架。本工程临时支架设计采用钢管格构支架，标准节段尺寸为1.5m（长）×1.5m（宽）×6m（高），每组临时支架由1~4分副临时支架组成。

图1：临时支架布置图

图2：B匝道临时支架立面图

图3：D匝道临时支架立面图

4、箱梁线型控制技术

4.1合拢段临时锁定施工技术

钢箱梁采用工厂制造，现场拼装的施工工艺，梁面高程温度及荷载变化的影响显著，梁体长度亦受温度影响显著、具有动态施工特性，给施工测量产生了一定的难度，同时也对测量工作提出了特殊要求。为保证主梁主跨、边跨的正确贯通合龙和主梁的形体尺寸，满足动态悬拼施工的要求，需要编制详细的施工测量方案。

表1 钢梁拼装施工质量控制标准

施工监测就是通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中结构的内力、位移(线形)和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控工作提供实测数据，以保证钢梁施工过程结构的安全，为监控计算提供实测结构参数和核校。通过对这些测量数据进行计算、分析和比较以判断结构是否符合设计的要求，结构的状态是否和监控的目标相一致，结构是否处于安全状态，并根据需要对结构的状态及监控目标作出必要的调整。

1）通过前期计算分析得到成桥目标状态、施工阶段控制目标值。

2）在现场安装阶段，钢梁按照拼装线形、索力张拉方案进行安装、斜拉索张拉。

3）通过现场监测，进行数据分析和参数识别，调整计算模型指导后续阶段施工，直至全桥合龙、成桥。

4.2 控制方法

钢结构连续箱梁施工控制一般采用内力与位移双控，即标高作为控制手段。本工程钢箱梁线形控制中，采用拼装节段最前端标高作为测控手段，使各阶段钢箱梁前端的标高与阶段理论值误差在可控范围内，方向角与理论方向保持一致，确保各构件之间切线拼装精度，避免中间过程的温度影响，并结合阶段总体形状进行校正。

施工控制主要分为准备阶段、制造阶段、安装阶段三个主要阶段。

1）准备阶段进行设计复核计算、安装分析和结构参数敏感性分析。

2）制造加工阶段，通过收集相关构件制造参数，评估和确定制造过程的可靠性和正确性，进行制造误差对安装过程和成桥状态影响进行评估，形成调控措施，并及时更新计算模型。

3）安装阶段，采用连续梁一侧（暂以前侧称呼）依次往另一侧（暂以尾侧称呼）安装的方法，首段安装时，先在首段桥墩上测设定位点边线及定位点，并设置限位挡块，另一侧在支架上根据底板线型，在临时支架上设置限位挡板。安装时通过卡环调整箱梁倾斜角度，将前侧向下倾斜，尾侧上翘。且先对接前侧，前侧对接并临时固定完成后，拉动缆风绳，使尾侧紧靠限位挡板，前侧对接完成且尾侧紧靠限位挡板后即说明桥梁线型已按预测设控制点控制完成。按此方法依次向尾侧逐段安装。

4.3 线性检测

线形控制是施工监控的重要内容，线形的好坏直接关系到梁体的安全、主跨合拢精度，以及全桥建成通车后的行车舒适度。同时，监控计算指令的正确合理与否，很大程度上依赖于线形等实测数据的准确性与真实性。

对各个施工阶段钢箱梁关键测点的变形进行监测。借助施工建立的平面及高程控制网，应用三角及精密水准法对桥梁进行线形监测。

4.3.1 线形测量控制网复核

在对钢箱梁首级控制网进行同等级复测的基础上，对钢箱梁首级控制网进行加密。平面控制网加密时根据现场条件，以便于施工和监控为前提，在南北两侧适当的位置各布设一对彼此通视的监控点。

同时，线形控制网的加密，需要考虑便于工程竣工后的检测，在大桥索塔施工时，应在工程的适当位置布设永久水准点，并在承台的适当位置也布设永久水准点，这些永久水准点与首期高程控制网联测，构成加密水准网。

4.3.2 钢梁空间几何位置测量

钢箱主梁竖向挠度变形监控测量包括水准基点联测与变形监测点高程测量两部分。施工中水准基点联测一般分为几个阶段联测复核进行，变形监控点的测量是根据施工工况的变化，按工况的划分进行测量的。其目的是通过不同工况监测数据，为控制计算提供挠度变化趋势模型计算初始数据，通过对已产生的挠度变形量，验证计算模型正确性，对主梁安装挠度变化模型进行修正，更加合理地指导后续梁段施工。主梁竖向挠度变形也是对设计是否合理的一个验证，确保主梁施工安全，使成桥后竖向线形最大程度上接近设计线形。

1）线形测点布置

钢梁拼装标高测点布置在每节梁段距前端，每个断面布置5个测点，用精密数字水准仪从基准点引测得钢箱梁测点高程，用于观测主梁竖向位移，每一个钢箱梁节段吊装完成后进行一次全截面测点测量，得到钢梁横坡数值，控制钢箱梁的扭转。高程测量采用精密水准仪进行测量。其它几何位置测量主要采用全站仪进行。

2）线形测量工况及频率

控制施工阶段的线形测量安排在相应施工阶段结束且在日落后3～4小时（夏季、秋季为日落后4～5小时）以后至次日清晨日出前进行。

具体测试工况为：

（1）单节钢梁吊装前的临时支架高程；

（2）单节钢梁拼装完成后；

（3）单节钢梁焊接完成后；

（4）相邻钢梁拼装完成后；

（5）相邻钢梁焊接完成后；

（6）主梁合龙前后；

（7）根据控制需要的其它施工工况。

4.4 高程控制网观测与平差

高程控制网为三等水准测量，本工程主要是跨公路水准测量难度较大，主要按下述方法进行联测：

1）水准点的选点与埋设工作与平面控制网选点与埋设工作同时进行，主桥两侧选设四个水准点（引桥导线点即为水准点），选择在隐蔽、位置稳定和测量方便处，避免车辆及施工造成位移变化，保证其使用的长久性、稳定性、做到桥梁施工完毕交付运营后仍能长期作为桥梁沉降观测基准点。

2）由于跨高速的前视、后视的视线长度不能相等且相差较大，同时过公路视线又很长，造成仪器i角误差及地球曲率和大气折光误差对高差的影响将很大。为消除或减弱上述误差的影响，跨公路水准测量将仪器与标尺在两岸的安置点位布设成平行四边形。

3）测设方法及检测

根据跨公路视线长度和现有仪器设备等情况，选用光电测距三角高程法进行测量。具体为：使用Nikon DTM-552全站仪采用光电测距三角高程法进行测量，双线跨河对向观测，将整个跨公路准网构成闭合水准环，并使用苏一光DSZ2(加测微器精度为±0.2mm/km)光学测微法对整个控制网进行复测。

高程线形测量对确保主梁按设计线形施工起着十分重要的作用，它是主梁施工中一项观测工作量大、观测次数频繁的测量项目。由其它工程的实践表明，影响主梁高程线形成桥质量的因素不是观测误差，而是主梁荷载分布及变化、梁体温度变化及索力作用等的影响，因此，在主梁悬拼的各个阶段，需由监控单位根据已拼梁段的线形、梁上荷载分布、温度等情况，现场解算，即时控制、纠正主梁未悬拼节段的节段前、后端高差等控制参数，以确保成桥线形与设计一致。

5、结束语

本文就跨高速3跨钢结构连续钢箱梁吊装施工技术要点进行了分析，本项目通过线型控制实现对接，分析了吊装过程中关键技术控制方法，以期可以为类似工程项目提供参考，推动我国桥梁事业发展。

参考文献：

[1] 邵旭东. 桥梁工程（第三版）[M]. 人民交通出版社.

[2] 李辉、胡成等.连续梁桥中跨合龙段劲性骨架设置及分析[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版）.2013年2月，第21卷第1期.P20-23.

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