张家港大桥挂篮法施工及线形控制*

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挂篮悬臂浇筑法是如今大跨度桥梁施工的常用工艺，在工艺成熟的基础上对施工精度的要求越来越高。能否使成桥后线性状态下受力情况与设计工况相符，对于桥梁使用的安全性十分重要。桥梁线形受到许多因素的影响，如何对施工状态进行实时识别（监测）、调整（纠偏）、预测，使施工系统处于控制之中，是本文所探讨的重点。

1 工程概况

张家港大桥主桥为预应力混凝土变截面连续箱梁，采用挂篮法施工。左幅跨径为38.85 m+65 m+38.85 m（路线设计线处），右幅跨径为39.65 m+68 m+39.65 m（路线设计线处），梁宽为左幅（I幅）20 m，右幅（H幅）23.75 m，采用单箱双室断面，底板水平，桥面横坡通过内、外侧腹板高度调整，腹板为直腹板。边墩处梁高2.0 m，主墩处梁高4.0 m，梁高根据二次抛物线变化，翼缘板悬臂3.8 m，顶板厚度28 cm，跨中腹板厚度50 cm，主墩两侧各10 m范围内腹板厚70 cm，过渡段长3.0 m，线性过渡。主墩墩顶附近底板厚100 cm，跨中底板厚30 cm。中横梁宽2.5 m，端横梁宽1.4 m。

2 线形控制及理论分析

本工程线形控制理论计算简化为竖向预留位移及平面线形控制。竖向预留位移线形控制就是模拟施工现场实际情况，将梁体自重、梁体混凝土施加预应力的压缩徐变、梁体温度变化、墩柱沉降、挂篮的弹性和非弹性变形等各种因素造成的挠度反向叠加加入施工控制过程中，使成桥线形符合设计要求[1]。实际施工中主要通过立模标高控制来实现，立模标高为设计标高、施工预拱度、调整值、挂篮或支架弹性变形值等4 项叠加。

平面线形控制可用2 种方法进行控制。第1种是坐标法，根据平面曲线的要素和节段长度，计算各节段中心线端点坐标，使用全站仪测设控制。第2种方法是视准线外矢距法，即相邻两墩中心作为一条视线边，根据平面曲线的要素和节段的长度，计算墩与墩之间各节段端点理论中心线和视线的外矢距，使用经纬仪或全站仪在视线垂直方向量取外矢距进行控制[2,3]。

考虑到工程实际情况，施工过程中未采用计算机仿真模拟技术，本次线形控制要点为：各节段标高控制；立模精度控制；挂篮变形情况控制，对比挂篮变形理论预计值与实测值；悬浇阶段悬臂根部截面正应力监测。

3 施工监测控制

1）根据现场老桥情况，挂篮监测平面、水准控制网布在老桥上和桥下，等I11#、I12#、H11#、H12#墩0#块浇筑好以后，在0#块上分别布设4 个临时高程点，并且在以后的使用过程中定期对控制点、水准点、临时水准点进行复测。

2）在挂篮安装之前，应对挂篮的强度、刚度和抗倾覆性进行理论计算，监控单位进行复核。在主梁施工前根据规范对挂篮进行堆载预压试验，以检验其强度及刚度是否满足要求，并消除其非弹性变形。监控单位分别对挂篮预压前、预压完成后（卸载前）和卸载后3 个工况的变形进行观测，并由此得到挂篮的弹性变形值，用于主梁立模标高的计算。

3）挂篮线形控制总体分为2 部分，一是施工高程控制，另一个是施工平面位置控制。在主桥悬臂浇筑施工中，挠度控制极为重要，影响挠度的因素主要有挂篮的变形、箱梁段自重、预应力大小、施工荷载、结构体系转换、混凝土收缩与徐变、日照和温度变化等，而这些影响在桥梁施工前是无法知道的，因此为正确合理地控制梁体挠度，拟采取以下措施来控制挂篮挠度。

（1）施工前对各梁段理论下的挠度值进行计算列表，作为各个节段挂篮立模标高的参考。

（2）通过静载试验确定挂篮的弹性变形及非弹性变形值，结合理论计算结果进行修正。

（3）在施工过程中，对钢筋安装、混凝土浇筑等工序过程进行定期监控量测，确定挂篮在施工中的实际下挠度；再结合理论计算值进行修正，以便于准确预测下一节段的施工立模标高。

（4）T构施工中严格控制两侧不均匀荷载的发生，挂篮移动时2 只挂篮移动距离不大于50 cm。

（5）运用高精密的仪器对一系列主梁和桥墩控制点进行测量，得到结构的几何线形。

（6）线形控制点应在主梁横向、纵向及截面关键点处布置，既能控制梁体纵横向线形，也能控制梁体截面尺寸。

（7）定期监测桩基承台顶面和墩台顶面的高程。这些数据可用来分离由于结构变形和基础沉降而引起的结构位移。

（8）在进行测量时，桥上应无大规模的施工作业，施工机具等应停放在指定位置，以减小或便于分析临时荷载对线形的影响。

（9）在长悬臂阶段或合龙前进行24 h或48 h的温度场和线形的联测，有助于摸清线形随温度变化的规律，确定合理的合龙温度及时间。

（10）在混凝土浇筑前后应对梁端及挂篮实际高程变化进行监测，当与计算预测值有较大出入时，应查明原因，及时调整。

（11）预应力张拉应在混凝土达到一定的强度后进行，张拉前后应进行梁段高程监测，并与计算值对比，出现偏差应分析原因，及时调整。

4）线形修正。将计算目标值与实测结果进行比较，根据比较结果对线形进行修正。如果复测表明是施工几何尺寸或计算荷载有误引起的偏差值超标，则应修正计算模型中的施工几何尺寸或计算荷载，对其误差引起的最终目标线形的变化进行评估，若偏离结果是可以接受的，则只需考虑在后续施工节段中对偏差值的影响逐步消减的措施，若偏离结果是不可接受的，则必要时应当考虑返工措施。

比较安装阶段末期的结构实际位移（实际累积位移）和预测位移；从本阶段的末期开始，利用分阶段分析来预测将来阶段的几何形状（假设本阶段末期的总位移就是模型中的开始位移）。比较最终的预测累积几何形状和目标几何形状，看结构是否在指定的误差范围内，按照要求的位移发展。如果最终的预测偏差超出了施工误差的范围，就查找偏差的原因，并评估最终桥梁几何形状的可接受性。如果需要修正，就计算将要安装的节段调整值，并用最小二乘法来修正最后阶段的分析，为保证线形的平顺，调整需要在一定的梁段范围内进行。

线形调整的基本原则：小于施工控制误差范围±5 mm的误差不作调整；大于施工控制误差±5 mm的误差，在后续节段调整一半[4]。

立模标高的控制应以追求桥面线形的平顺为目标，在成桥桥面标高的控制中应以桥面平顺为目标，不必片面追求个别节点的理论标高，最后成桥可能有很多梁段的实际标高与设计标高存在一定偏差，但桥面整体线形平顺[5]。

施工线形与计算线形的几种偏差方式及其处理方法如图1所示。

图1 线形偏差及其处理方法示意

4 实际施工监测数据分析

1）立模标高。以张家港大桥H辅道，H11#墩9#块立模控制为例，根据实际图纸，结合计算分析，立模标高为设计标高、施工预拱度、调整值、挂篮或支架的弹性变形值等4 项之和，与竖向预留位移线形控制理论分析相符。根据监控数据，立模宜在早晨日出之前完成且误差不得大于5 mm。通过各节段时的标高监测控制，综合立模误差、挂篮沉降误差和张拉翘起值误差，确保施工全过程的立模标高符合设计线形要求。

2）立模精度。悬臂浇筑法施工连续梁桥，立模精度的控制关系到每个悬浇块的标高、合龙误差及桥梁的成桥线形。部分立模精度情况如表1所示。

表1 H辅道11#墩立模精度分析列表

3）挂篮变形情况。由于本桥采用挂篮施工，挂篮变形的取值对于本桥的监控工作有着至关重要的影响，为此，结合已浇筑块段的挂篮变形资料，分析各工况的变形值，从中总结出挂篮变形的趋势，指导后续监控工作的顺利进行，如图2、图3所示。

图2 H辅道11#墩边跨挂篮变形理论值与实测值对比

图3 H辅道11#墩中跨挂篮变形理论值与实测值对比

4）应力情况。悬浇阶段主要对悬臂根部A1～A4截面的正应力进行监测，应力值负表示压应力，正表示拉应力。从实测数据可以看出，实测值和理论值发展趋势基本相同；张拉阶段应力实测值与理论值较为接近，主梁控制截面应力在允许范围之内，如图4、图5所示。

5）监控数据分析结论：本阶段施工过程中，各节段标高误差未超出规定允许值；各块段立模精度控制良好；各块段挂篮变形实测值与理论预计值较为吻合，但挂篮变形稳定性稍差，没有明显规律；H辅道1#块端部截面A1～A4应力实测值与理论计算值吻合良好。

图4 H辅道11#墩A1截面上缘应力理论值与实测值对比

图5 H辅道11#墩A1截面下缘应力理论值与实测值对比

5 结语

通过张家港大桥左右幅预应力混凝土连续箱梁的施工可以看出，曲线连续梁挂篮悬臂浇筑的施工必须严格控制结构线形，以保证梁体成桥后的线形与设计线形一致，满足设计受力结构状态和安全可靠性。

挂篮法悬臂浇筑施工中的线形控制是一项动态控制过程，其误差积累将影响后期合龙精度及成桥运营状况下的线形，因此在施工中应及时对各待测值进行观测，并采取合理方法对测量数据进行验算，方能最终确保线形的美观和合拢精度[6-9]。