佛山地铁三号线顺德水道大桥线形控制研究

石永明

广东纵横工程检测有限公司

摘要：结合佛山地铁三号线顺德水道大桥工程实际，阐述了矮塔斜拉桥的线形监控措施，使成桥后的线形满足规范要求。

关键词：矮塔斜拉桥  线形监控 

一、概述

佛山地铁三号线顺德水道大桥为（93.55+168．5+93.55）m预应力混凝土箱梁矮塔斜拉桥，墩塔梁固结，桥面宽11.8m。主梁为预应力混凝土单箱双室箱梁，斜拉索采用环氧喷涂钢绞线索，规格为31Φs15.2，全桥共采用4×7对斜拉索。

矮塔斜拉桥成桥线形的影响因素复杂，为确保佛山地铁三号线顺德水道大桥施工成桥后的线形达到预期要求，需对该桥的每一个施工阶段进行详尽分析、验算。在求得主梁挠度、塔柱位移等施工控制参数的理论计算值后，对施工顺序作出明确规定，在施工中加以有效的管理和控制，确保该桥在施工过程中的变形始终处于预期可控的范围内，成桥后主梁的线形符合预先的预期。结合仿真分析进行施工监控，使成桥后的线形满足设计及规范要求。

二、监控内容及监控方法

2.1 监控内容

矮塔斜拉桥的位移监测主要针对主梁标高观测控制，考虑施工过程的实际状况及混凝土收缩、徐变、温度变化等因素对主梁位移的影响，保证成桥时结构的线形与设计成桥状态保持一致。

2.2 监控方法

采用自适应控制方法来指导施工监控工作，通过施工过程的反馈测量数据不断更正用于施工控制的跟踪分析程序的相关参数，使计算分析程序适应实际施工过程。

（1）结构施工前期分析。对每一工况进行有限元理论分析，精确模拟施工全过程，获得结构各施工阶段的期望状态，给出各施工过程中变形的期望值，在此基础上进行施工误差灵敏度分析，确定各施工步骤的允许误差及误差出现后的位移调整方案。

（2）变形跟踪测量。根据前期分析结果和主桥实际的施工情况，对每一个节段的变形控制点进行变形测量。

（3）现场测试与现场计算分析调整。根据施工过程中位移控制点的现场跟踪测量，对测量结果与模型计算结果进行对比分析，对出现超过规范规定的误差，分析误差出现的原因，确定调整误差的措施，调整后续的施工要求。施工监控工作流程图如图1所示。

图 1施工监控工作流程

三、线形监控

3.1  线形监控流程

对实测状态与原定理想状态进行对比分析，滤除随机误差并进行参数识别和调整，对结构计算模型相关数据进行修改，重新进行模型计算，从而对原定理想状态进行修正得到新的理想状态，据此预告下阶段位移控制值和立模标高。

3.2  测点布置

（1）0号块高程观测点布置

布置0号块件高程观测点是为了控制顶板的设计标高，同时也作为以后各节段高程观察的基准点。0号块件的顶板布置3个高程观测点，如图2所示。

0#块是一个基准块，以后各节段的高程均以该块的高程作为测量依据。随着施工的不断推进，0#块本身也在发生变形（沉降），因此，需要经常性地与陆地上的永久基准点进行校核，以补偿沉降变形值。

（2）主梁各节段的高程观测点布置

在1#块~21#块每个节段均布置高程观测点。在4#、8#、12#及16#节段各设置5个测点，其余每个节段各设3个测点，布置在离块件前端20cm处。如图3和4所示。

图 2节段标高观测点平面布置示意图（尺寸单位：mm）

图 3标准节段标高观测点断面布置图（5个测点）（尺寸单位：mm）

图 4标准节段标高观测点断面布置图（3个测点）（尺寸单位：mm）

3.3  观测时间与项目

为尽量减少温度的影响，变形的观测安排在早晨太阳出来之前（一般在早晨8：00以前）进行。在整个施工过程中，观测内容包括：立模、混凝土浇筑前后、预加力张拉前后、张拉斜拉索前后、边（中）跨合拢前、最终成桥前以及二次调索前后均开展施工控制。

3.4  测试与结果处理

本桥箱梁认真做好现场测量记录，填好标高监测数据表、挠度监测数据表及合拢后桥面标高监测数据报告。高程数据对监控来说至关重要，由于实际浇筑的箱梁梁高不可能完全等同于设计理论梁高，故测量梁底标高变得重中之重。但是本桥箱梁3.0m-6.2m即梁高大于铟钢标尺2m长度时，要采用精密水准仪配合铟钢标尺测量梁底标高有点困难。故在放样挂篮底模立模标高的时候，先由施工单位用全站仪进行放样定位，再由监控单位利用普通5m塔尺进行水准复核测量，只要两次测量误差在1.0cm范围内，则可进行下一步施工。在每一节段混凝土浇筑完成后，利用普通5m塔尺引测梁底测点与梁顶钢筋头测点的高差，在以后工况的测量中利用铟钢标尺进行梁顶钢筋头高程测量就可以方便了解到箱梁底高程。

测试得到的结果，一方面要与理论计算值做比较，进行参数识别和修正参数，另一方面，可掌握目前监控的成果与未来成桥后的期望值差异，为及时修正参数提供依据。

3.6  测量频率

变形测量频率及测试截面按以下原则进行：

1）测试桥墩及0#块参考点三维坐标，以此作为日后测量数据的相对坐标系原点，但每经4~5施工节段的施工周期内需要复测参考点绝对坐标；

2）施工单位根据监控单位立模指令数据定位并锁死挂篮后，测试挂篮底模前端标高，同时埋设测点钢筋头并进行水准测量；

3）浇筑每节段混凝土前，测量前一节段主梁变形测点；

4）浇筑每节段混凝土前后，测量当前节段及之前已浇筑的4个节段主梁变形测点；

5）张拉预应力阶段前后，测试新浇筑节段变形测点。

6）拉索前后，测量当前节段及之前已浇筑的4个节段主梁变形测点；

3.7  高程控制精度

本桥施工控制的最终目标是：使成桥后的线形与设计线形在各测点的误差均控制在规范规定和设计要求的范围之内。根据这一目标，按《铁路桥涵工程质量验收标准》（TB10415-2003）要求，在施工中制定如下的误差控制水平：

1）测量控制

①新浇筑梁段梁顶标高至梁底标高引测测量误差控制在5mm以内（与施工单位底模平整度有关，如不考虑底模平整度，则误差可控制在1mm以内）；

②其余时刻高程测量误差控制在1mm以内。

2）误差控制

①合拢高程及合拢高程差应满足设计单位提出并通过讨论的合理控制指标；

②挂篮定位标高与预报标高之差控制在+10mm以内；

③梁段控制测点标高与控制小组预报标高之差超过2.0cm时，需经控制小组研究调整方案后，确定下一步的调整措施；

④成桥后，各梁段控制测点标高（梁底标高）与设计值之差主跨控制在5.0cm内，边跨控制在3.0cm。

3.8斜拉桥施工过程中线型控制

进行最优化线形控制的先决条件是测量结果的正确性，对于每一节段箱梁混凝土浇筑前、混凝土浇筑后、预应力张拉后、斜拉索张拉后都要对钢筋头进行仔细的测量。将测量的数据进行分析，计算误差是否在限制之内，最后再将所有梁号段的中线标高进行线形模拟，获得实测线形效果。顺德水道大桥57#墩悬臂端和58#墩悬臂端各工况高程对比如图5～图8。

图5  顺德水道大桥57#墩悬臂施工过程中高程对比

图6  顺德水道大桥58#墩悬臂施工过程中高程对比

图7  顺德水道桥57#墩悬臂施工过程中斜拉索张拉工况高程对比

图8  顺德水道桥58#墩悬臂施工过程中斜拉索张拉工况高程对比

3.9疫情和春节期间影响

2020年1月14日、15日，顺德水道大桥57#墩和58#墩分别完成了主梁16#块的预应力张拉施工，1月14日、15日进行了主梁应力、标高监测。之后春节停工，随着疫情影响，春节停工长达57天，在停工期间于2月23日、3月3日、3月11日、分别对57#墩和58#墩的主梁标高进行了监测，并与1月15日的结构线型进行对比。

图9 顺德水道大桥LS58#墩主梁春节停工主梁竖向位移图

由图9可见，对比四次标高实测值，可知停工期间主梁整体线形下挠，单次（3月11日与3月3日比较）最大位移是主梁中跨16#块为-1.11mm、停工期间（56天）累计（3月11日与1月14日比较）最大位移是主梁中跨16#块为-8.11mm。分析推断梁体下挠是由主梁混凝土结构徐变产生的。由停工引起的挠度最大为-8.11mm，和计算分析得出的预计结果相差未超出15mm，故而没有进行针对此次挠度变形的调整值。             

3.10温度影响监控情况

在监控过程中，影响主梁标高的因素很多，如：直接荷载、温度、收缩徐变等。其中日照温差对线形的影响将影响施工期间立模标高的确定，增加施工难度。监控前期实施时，将根据以往桥梁监控的经验预估温差对标高的影响值，后期将对顺德水道大桥进行连续的标高监测，捕获到日照温差对顺德水道大桥的影响量值，以指导顺德水道大桥合龙施工以及为日后其他类似桥梁的施工监控提供参考数据。

57#墩主梁最大悬臂端（20#块）和58#墩主梁最大悬臂端（20#块）处于最大悬臂状态，悬臂端高程受温度影响比较大，于2020年7月18日、7月19日对主桥中跨合拢段标高在20：00-次日凌晨6：00每小时进行一次高程监测，监测结果如下：

图1057#墩、58#墩主梁温度-位移曲线图

（1）57#墩主梁最大悬臂端（20#块）和58#墩主梁最大悬臂端（20#块）合拢段两侧设计高差为0mm，实测高差为5mm，偏差为5mm＜20mm，满足设计要求。

（2）悬臂端桥面标高受温度影响比较大，悬臂端高程随着气温的降低而逐渐升高。

（3）57#墩主梁最大悬臂端（20#块）和58#墩主梁最大悬臂端（20#块）合拢段两侧高程变化趋势及大小基本一致，变化相对大小在±1mm之内；边跨20#块受温度影响不大，高程变化在±1mm之内。

（4）从监测结果发现，受温度影响悬臂端桥面高程处于不断变化中，在22：00～24：00时，气温、高程相对稳定，故建议中跨合拢顶推在22:00开始，23:00~24:00焊接劲性骨架。

3.11顺德水道大桥线型控制成果

通过施工过程中的各工况下的线型控制，以及在疫情影响下长时间停工下引起的梁体下挠，在合拢段施工时对于主梁受温度影响下的变化进行密切监测确保大桥线型符合设计要求。

图11 中跨合拢后主梁线形对比图

四、

结语

矮塔斜拉桥线型控制需结合现场实测数据，及时做好调整仿真分析计算，准确预测下一节段主梁线形，严格控制每个节段主梁立模高程精度。大桥合龙准备阶段，进行了详细的模拟计算，以及对合龙口标高、合龙间距、温度等参数进行了24小时连续观测，并依此确定最佳合龙施工时间。大桥施工过程中做到整体管控、细节把关、科学预测，最终实现了大桥主梁高精度合龙，主跨合拢高差为5mm。合龙后桥梁线形满足设计要求，顺德水道大桥成桥线形平顺，达到了设计要求。

参考文献：

[1] 李闯. 矮塔斜拉桥悬浇施工线形控制研究[D]. 安徽：安徽理工大学.2017.

[2] 杨福生. 波形钢腹板矮塔斜拉桥的施工线形监控[D]. 北京：中建交通建设集团有限公司.2017.