申红军

（山西中交翼侯高速公路有限公司，山西 翼城 043500）

1 工程简介

某黄河特大桥为山西出省高速公路的重点控制性工程，按左右幅分离设计，跨径组成为（120+3×175+96）m，单幅桥面宽 0.5 m（防撞墙）+11 m（行车道）+0.5 m（防撞墙）。上部结构为预应力混凝土连续—刚构，箱梁为直腹板预应力混凝土箱梁，单箱单室断面，顶宽12 m，底宽7 m，悬臂长2.5 m，合拢段梁高4.5 m，0号块梁高11.0 m，箱梁结构中布置三向的预应力，其中纵、横向的预应力是预应力钢束，竖向的预应力用的是32 mm直径的精轧螺纹钢筋。

下部结构采用空心墩，在1号、4号墩设置支座，2号、3号墩与主梁固结。其中2号墩高153 m，3号墩高148 m，桥墩基础采用的是灌注嵌岩桩。

大桥总体布置图见图1。

图1 桥梁总体布置图（单位：cm）

2 施工过程线形控制的必要性

预应力混凝土刚构—连续组合梁桥属高次超静定桥跨结构,其成桥线形与施工方法有着密切的关系。不同的施工方法及不同的施工工序均会对结构线形造成影响。另一方面,由于各种随机因素（如材料的弹性模量、混凝土收缩徐变系数、结构自重、施工荷载、温度等）的影响,使得主梁各节段的实际挠度测量值很难做到与原理论设计值完全一致。而且其主梁竖向挠度偏差具有累积的特性,若不及时有效加以调整,随着梁的悬臂长度的增加,主梁的标高会逐渐偏离设计值,最终会影响桥梁成桥的整体线形，甚至会导致误差过大而无法合拢[1]。

施工控制,就是根据实际的施工工序,以及现场获取的真实参数和数据,对桥跨结构进行实时理论分析和结构验算。对每一施工阶段,根据分析验算结果给出其主梁端的挠度 （每阶段施工挂篮的立模标高或梁段定位标高）,同时分析施工误差状态，最终达到结构实测挠度与理论值的吻合，成桥后的结构线形符合设计要求。

3 大桥施工过程线形仿真分析与监测控制

3.1 桥梁仿真分析

大桥采用通用有限元程序MIDAS Civil模拟施工全过程，并利用桥梁博士软件进行比较分析。全桥共离散为259个单元、262个节点，单元节点离散划分图见图2所示；计算施工阶段划分与桥梁施工流程相对应，共划分87个施工阶段和一个运营阶段；2号、3号墩墩顶与主梁按照刚性固结处理，1号、4号墩墩顶与主梁在主梁施工阶段以固结处理，中跨合拢后解除纵横向约束，完成体系装换。

图2 大桥结构单元离散图

3.1.1 计算参数取值

混凝土、预应力钢筋等主要材料参数根据现场实测数据及规范要求取值；后支点挂篮采用两个集中力模拟：每个挂篮和模板重量取900 kN，前支点分配1 200 kN，后吊杆分配-300 kN。

3.1.2 参数识别及修正

该桥采用自适应控制方法对桥梁施工过程中的线形进行控制。由于混凝土弹模、容重及有效预应力等部分关键参数无法直接现场量测，因此需要对这些参数进行识别，进而修正模型中的参数，达到理论和实际的吻合。该桥实际控制过程中应用“最小二乘法”对部分关键参数进行识别和误差分析[2]。

3.2 主梁立模标高的确定

控制各节段的立模标高是连续梁桥、连续钢构桥线形控制的主要手段。立模标高并不等于设计中桥梁建成后的标高，需要设置一定的预拱度。桥梁预拱度可以分为两个部分，第一部分是用于抵消主梁施工过程中的各节段的变形值，即施工预拱度；第二部分是用于抵消成桥后活载及收缩徐变作用产生的变形，即成桥预拱度。立模标高的计算公式为：

式中：Hi为梁体底模标高；H0为该梁段设计标高；fj为挂篮变形，由挂篮预压过程中实际测量绘制出挂篮荷载－挠度曲线，根据主梁各节段重量进行内插得到；fy为梁体施工预拱度；fs为成桥预拱度。

3.3 线形现场量测

数据的分析及参数的修正均要以现场量测为基础。因此准确获得大桥各阶段主梁的实际挠度值就显得尤为重要。

3.3.1 线形测点布置

在各墩“T”构的0号段布设高程量测基准点，并定期校核，以观测桥墩沉降及墩身压缩对其高程的影响，并加以修正。其余每个主梁节段前端布设3个测点，分别位于主梁中轴线及两侧防撞护栏内侧。在观测过程中，同时对3个测点进行量测，这样既可以量测竖向挠度，又可以观测主梁是否发生扭转变形。

3.3.2 量测周期及量测时间

根据施工进度，每个主梁节段对标高进行3次量测：a）混凝土浇筑后；b）预应力钢筋张拉后；c）挂篮移动后。为了尽可能减少温度因素对量测的干扰，每次的测量时间均在清晨6:00—8:00之间进行，因为此时段内温度变化较为平缓，对主梁挠度的影响较小。

4 大桥线形控制结果

全桥合拢后主梁理论及实测高程如图3所示。

图3 大桥合拢后主梁高程

由图3可知，大桥合拢后整体线形较为平顺，无明显起伏；实测高程和理论高程基本吻合，差值较小（合拢段两侧最大差值为9 mm）；成桥线形满足设计及规范要求，表明大桥线形控制较为成功。

5 结论

通过该黄河特大桥线形控制的实践，得出以下结论：

a）通过参数修正和误差识别得到的有限元模型，可以较好地应用于连续刚构桥施工过程的线形控制。

b）连续梁桥、连续刚构桥立模标高的控制是线形控制的关键，准确的现场测量是线形控制的基础。