苏通大桥75m跨连续箱梁节段预制高精度控制技术

苏通大桥75m跨连续箱梁节段预制高精度控制技术刘亚东,刘景红,戴书学,牟春林(中港第二航务工程局,湖北武汉　430014)摘　要:简要介绍75m跨连续箱梁预拱度设计、箱梁节段预制高精度几何线型控制技术和几何数据采集及控制,说明预制箱梁时预制单元的定位,几何控制测点的布置及测量容许误差控制指导原则以及预制过程中的误差调整方法。

关键词:苏通大桥;预拱度;箱梁节段;短线匹配;几何线型控制;误差调整中图分类号:U445.4 文献标识码:A 文章编号:1003-3688(2005)04-0050-05Technology to Control Precision of Precasting of Segments of75-m Long Continuous Box Girders for Suzhou-Nantong BridgeLIU Ya-dong,LIU Jing-hong,DAI Shu-xue,M U Chun-lin(CHEC-Wuhan Po rt Co nst.Co rp.,W uha n　430014,China)Abstract:T he aut ho r s descr ibe in their paper the design of the pr e-camber of the75-m long continuo us bo x g ir der s, the geo metr ic linear technique t o contr ol the precisio n of precasting of seg ment s of the box g ir der s and t he co llec-tio n and contr ol of g eomet ric data.T he author s also illustr ate the sett ing of the precasting seg ment s,ar r ang ement of g eomet ric r eference points and the guiding pr inciple for contr olling the allo wa ble err or in sur vey s as w ell as the methods for compensat ion and co rr ectio n of er ro r during the prefabr icatio n o f the box g irder s.Key words:Suzhou-N anto ng Br idg e;precamber box g ir der seg ment;stub matching;g eo metrica l linear co ntro l;co m-pensatio n of er ro r1　概述苏通大桥北引桥和中引桥75m跨连续梁采用单箱单室预应力箱梁,共25跨,分为三联,左右幅分离。

桥跨组合:北引桥第一联:50m+9×75m;第二联:10×75m;中引桥:5×75m。

根据箱梁尺寸变化梁段分为A至L共14种类型,梁段总数为1032块,梁段长度有2.0m、3.0m、3.3m、3.6m、4.0m、4.6m6种,最大设计重量为286t,最小重量为93.1t。

本工程箱梁节段采用短线匹配法预制,上行式架桥机安装。

短线匹配制作,即将上部结构箱梁划分为若干节段,考虑荷载、预拱度、混凝土弹模、收缩徐变等因素,将桥梁结构线型空间坐标系转换成预制单元坐标系,以相邻的前一梁段作为匹配梁段来控制待浇梁段的几何尺寸和线型,确保相邻梁段匹配拼接精度。

与传统的现浇方法相比,短线收稿日期:2005-07-25作者简介:刘亚东(1971-),男,工程师,苏通大桥B2标项目总工,桥梁工程专业。

匹配法具有施工速度快、周期短、质量容易控制,成桥后混凝土收缩徐变对桥梁线型及结构受力影响较小等优点。

而相对于长线法,更具有占用场地较小、机械设备位置固定、更适宜大规模工厂化集中生产及小半径曲线桥的特点。

该法是国外高架桥(viaduct)上部结构施工中应用较为广泛的成熟施工技术,此次苏通长江大桥75m跨径的箱梁节段短线匹配法预制,在国内尚属首次。

本工程采用工厂化生产,设有两条生产线,每条生产线设3个预制台座和3个钢筋绑扎台座。

由于箱梁节段在预制工厂完成,安装时其几何尺寸存在不可调性,即箱梁节段在悬臂拼装阶段施工变形不易控制,其施工控制最重要的过程就是通过对桥梁结构在施工各个阶段的变形分析,在箱梁预制时将桥梁施工预拱度加以考虑,所以在预制阶段的高精度施工控制尤为重要。

在预制阶段主要有以下几项控制内容:(1)预制台座的地基处理和施工监测;(2)固定端模系统的安装和施工监测;(3)匹配梁段的精确定位;(4)底模定位和侧模、内模2005年8月 第4期　总第138期 中国港湾建设China Harbour EngineeringA ug.,2005　T o tal138,No.4安装定位;(5)钢筋绑扎及保护层厚度控制和施工控制;(6)预埋管件的定位。

2　短线法预制箱梁的总体施工流程总体施工流程见图1。

3　预拱度值设计为了克服桥梁悬臂拼装引起的静定结构的短期弹性挠度和长期徐变挠度,保证成桥线型,对于悬臂拼装的两端桥梁变形值为一期恒载变形值+预应力变形值+二期恒载变形值+1/2汽车荷载变形值+徐变变形值,将桥梁在预制开始到完工3年时间每一节点的弹性和徐变等挠度曲线及数据的反向设置,并考虑试验的修正值即为桥梁施工需要设置的预拱度值。

预拱度设计时考虑了混凝土的实际容重和实际弹性模量(28d)。

为了准确地分析与时间相关因素对有效预应力和结构变形的影响,结构模型采用同设计图纸中箱梁节段相同的尺寸并按图纸模拟预应力束的实际布置,结构模型中考虑了下部结构变形对预拱度计算的影响,设计的桥墩高度(计算至墩底)及桥墩截面将被模拟并用于结构计算,桥墩的边界条件定为墩底固结。

桥面箱梁与桥墩在施工阶段按连成一体来模拟临时固结;当湿接缝或合龙段施工完成时箱梁与桥墩的连接将由支座代替,合龙后临时固结被解除,完成体系的转换。

结构分析和预拱度计算采用了美国商业软件BD2(Br idge D esigner I I),该软件具有如下功能:(1)能够模拟桥梁施工阶段并能进行时效分析;(2)能考虑桥梁体系的转换;(3)计算桥梁预拱值时,该软件提供位移初始化功能,此功能是为了确保悬臂施工阶段箱梁节段在安装时与已变形的桥面保持一致,考虑了梁段匹配预制时的线型调整。

4　几何控制数据库建立箱梁节段放样根据桥梁中心线与桥梁路面曲线相对关系、墩柱中心线与桥梁路面之间相对关系、上部箱梁结构与墩柱中心线之间相对关系进行放样。

箱梁节段预制阶段施工控制理论数据形成流程如图2。

5　箱梁预制过程中的高精度几何控制技术5.1　预制单元的构成预制时,一套标准的预制单元包含以下的主要部件:・51・2005年第4期 刘亚东,等:苏通大桥75m 跨连续箱梁节段预制高精度控制技术 固定端模、底模、外侧模板、内模、匹配梁段、测量塔,测量塔建在预制单元的两端,它们位于预制单元的中线上并且垂直于固定端模。

由于几何控制的有效性取决于预制单元定位的精确度,因此开始浇筑前须验证它的几何关系。

由于模板加工与安装时严格按其加工精度进行了控制,作好了预制单元的定位控制工作,以此保证了各预制梁段的外形几何尺寸。

5.2　局部坐标系统和几何控制测点预制单元的参照标高位于预制梁梁顶面。

其单元参照系统(即局部坐标系统)如图3所示:图3　预制单元局部坐标系示意图以固定端模中心为原点,以固定端端模为Y -Y 轴。

每一预制梁段设置6个控制测点,如图4所示。

其沿节段中心线的两个测点(F H ,BH )用来控制平面位置,而沿腹板设置的4个测点(F L ,F R,BL ,BR )用以控制标高。

在固定端模上缘也设置3个控制测点(L I ,RI ,I)。

单元中心线由旋转在测量塔上的经纬仪和目标塔反光镜确定。

在预制单元附近也要设置一个固定水准点(BM ),以对测量塔和目标塔进行校准。

如果观测到测量中目标塔有偏移,及时测量定位纠正。

在砼凝结前将6个控制预埋件安放在梁段顶板上,它们由镀锌十字头螺栓和U 形圆钢组成,这些预埋件必须尽量设置在所规定的位置。

因为它们只是局部坐标系中的相对位置,它们的位置不需要绝对的准确。

测量中采用了如下图4　测量控制点布置示意图仪器:平面控制:全站仪(T C1800,精度1+2ppm),钢尺;高程控制:水准仪(NA 2,精度为0.3mm ), 3.2m 铟瓦钢尺。

5.3　预制台座的地基处理和施工监测预制厂区位于长江冲积平原区新三角洲,在解放初期围垦造田形成,现为农田。

地质分层为耕植土、粉砂层和亚粘土层。

具有地下水位高、地基承载能力较弱的特点,对于箱梁节段短线法施工中对地基的要求,对预制单元的底模及侧模支架区域进行地基处理尤为重要,是关系到预制是否成功的关键一步。

根据地质特性及成效分析,最终选取了具有处理效果好,施工速度快,施工成本相对较低的水泥粉煤灰碎石桩(CFG )进行软基处理。

CF G 桩采用振动沉管灌注成桩法施工。

在CF G 桩施工完毕后,进行了复合地基及单桩竖向抗压载荷试验,实验检测表明,在2倍于承载力基本值的试验荷载下,其最大沉降量仅为9.17mm,其处理效果非常好。

经过8个月的预制施工监测,台座沉降仅3mm 。

软弱地基的成功处理为箱梁节段高精度控制提供了可靠保证。

5.4　固定端模系统的安装和施工监测固定端模由D 10mm 钢板做面板,HK 200b 及HK 100b 型钢做桁架,固定于预制台座底板的预埋螺栓上。

固定端模面板有可拆卸部分和永久固定部分。

永久固定部分面板宽度为梁段最薄腹板宽度,为40cm ;可拆除部分面板宽度则根据梁段腹板厚度种类设置,分别为25cm 、50cm,通过对可拆除部分的更换,可满足腹板宽度为40cm 、65cm 、90cm 梁段的生产需要。

根据梁段构造要求,固定端模模面上设有剪力键。

箱梁节段密齿形剪力键成形采用实体钢制剪力键固定在固定端模上(或活动端模),浇筑时形成凹面健槽。

当此面作为匹配面时待浇梁段将形成凸形键。

针对不同梁段端面上剪力键设计数量的不同,对共有剪力键部分,设为永久固定形式;须更换的部分则设置为螺栓活动连接,便于拆卸。

固定端模与内模和侧模接触的位置全部安装20mm ×20mm 软质橡胶止浆条,其在内模的挤压下使箱梁端部密封,起到有效止浆作用(图5)。

在整个模板系统中,固定端模的精度要求最高,安装原・52・ 中国港湾建设 2005年第4期则如下:图5　固定端模系统剖面示意图(1)端模模面与待浇段中轴线成90°,且在竖向保持垂直。