何川， 顏東煌， 易壯鵬， 萬華

(1.湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司， 湖南 長沙 410200； 2.長沙理工大學 土木工程學院)

斜拉橋是大跨度橋梁廣泛采用的一種橋型，它由主梁、主塔和斜拉索3個部分組成，具有自重較輕、受力性能良好和跨度大等優(yōu)點。由于橋位處地質(zhì)條件特點和實用性、經(jīng)濟性設(shè)計需要，大跨度斜拉橋經(jīng)常采用混合梁、高低塔的不對稱結(jié)構(gòu)體系，這種大跨復雜體系的計算分析和施工控制具有很多問題需要解決。斜拉橋中，中跨采用鋼箱梁而邊跨采用箱形混凝土梁段進行壓重是一種常見的不對稱體系，這種結(jié)構(gòu)的邊跨混凝土箱梁通常采用支架現(xiàn)澆法。荊岳長江公路大橋在結(jié)合自身的結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場條件，采用短線法邊跨混凝土箱梁進行預制和拼裝。短線法將箱梁分成若干小段，將每段的成橋整體坐標換算成預制場的局部坐標，依次在預制平臺澆注所有梁段。已預制好的梁段前移，作為下段梁的匹配梁，待澆梁段預制完成后前移，作為新梁段的匹配梁，同時存放一段時間后將預制好的梁段按照設(shè)計要求將每一段梁拼接好，循環(huán)反復直至整個梁段完成。

短線法對線形精度要求高，每一個預制節(jié)段的制造誤差如果得不到很好的控制，較小的誤差累計就可能導致較大的成橋線形誤差。該文以荊岳長江公路大橋南邊跨混凝土箱梁的拼裝過程控制為背景，進行大跨度不對稱體系斜拉橋邊跨混凝土箱梁的線形控制研究。

1 邊跨混凝土梁段拼裝

1.1 節(jié)段劃分與控制點

荊岳長江公路大橋為主跨816 m的高低塔不對稱混合梁斜拉橋，南邊跨采用分離式混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，施工方法采用短線預制與拼裝。根據(jù)南邊跨箱梁結(jié)構(gòu)特點，將其分成38個節(jié)段，從監(jiān)利側(cè)至岳陽側(cè)編號依次為N1～N38，見圖1；為了進行線形控制,每節(jié)段箱梁分布10個測點，其中T1、T5為前端高程控制點，T3、T8為軸線控制點，其余點為輔助控制點，見圖2。

圖1 南邊跨混凝土箱梁節(jié)段劃分圖(單位：cm)

圖2 梁段測點布置圖

箱梁拼裝階段控制的關(guān)鍵是對線形的控制，線形是通過梁段標高和軸線體現(xiàn)的，在施工控制中，標高的測量是控制的重要工作之一。一般情況下，標高的實測值與設(shè)計值有一定的偏差，實際線形總是偏離設(shè)計線形，這就需要對數(shù)據(jù)進行分析，及時采取措施，適當調(diào)整線形，減小其偏差。

1.2 拼裝工藝流程

南邊跨分離式混凝土箱梁采用高空平臺分節(jié)段預制，同時在高空進行移梁和存梁，使得混凝土梁段在自由無約束狀態(tài)下完成收縮和徐變變形，在至少3個月的存梁完成后，即可將梁段移至控制位置進行拼裝。

在高空支架平臺上進行的梁段拼裝主要有梁段空間位置調(diào)整、梁段拼裝、黏結(jié)劑涂抹和預應力張拉等主要工序?？臻g位置的變化可能使混凝土受力不均發(fā)生開裂，以及出現(xiàn)支座脫空造成梁段局部應力過大；拼裝時由于混凝土的變形收縮差異導致剪力鍵和剪力槽錯位，影響拼裝質(zhì)量及功效；環(huán)氧樹脂涂抹后的固化時間短，并要求在一定壓力條件下進行固化；預應力的不均勻張拉可能使得梁段出現(xiàn)不規(guī)則變形，預應力孔道出現(xiàn)錯位，影響下一梁段的拼裝。因此，混凝土梁段的拼裝難度大且受多因素制約，合理施工順序選擇和復雜因素的控制手段是這一復雜、繁瑣過程中保證混凝土梁段高精度、高質(zhì)量拼裝且無裂縫發(fā)生的關(guān)鍵所在。荊岳長江公路大橋南邊跨混凝土箱梁施工工藝的主要流程為：① 將梁段移至控制位置；② 調(diào)整梁段的空間位置，調(diào)整好后進行試拼；③ 梁段對接后，測量控制點標高、軸線及拼接縫寬，誤差如果在允許范圍內(nèi)，說明試拼成功；如果誤差超出允許范圍，在保證縫寬的前提下，對梁段進行微調(diào)直到滿足要求；④ 將梁段退回20 cm，均勻涂抹環(huán)氧樹脂，進行正式拼裝；⑤ 對接梁段，對稱張拉縱向預應力，環(huán)氧樹脂在0.3～0.4 MPa壓力下固化；⑥ 12 h后張拉剩余預應力；⑦ 進行預應力孔道壓漿；⑧ 觀測標高、軸線的變化；⑨ 進入下一階段梁的拼裝。

1.3 拼裝過程存在的問題

在開始拼裝的幾段梁中，由于受到各個因素的影響，梁段的控制非常困難。出現(xiàn)了一些幾何線形方面的難題，主要體現(xiàn)在：① 匹配縫寬和梁段標高不能兼顧；② 由于不規(guī)則變形引起梁段對角同高同低的翹曲；③ 剪力鍵與剪力槽不能有效嵌合。圖3為開始幾段梁的線形拼裝結(jié)果。

圖3 初始拼裝幾段梁的高程控制點誤差圖

從圖3可以看出：前面梁段控制點實測高程與理論值最大差值接近30 mm，誤差偏大；另外，還可發(fā)現(xiàn)上下游的差值差異很大，這說明了梁段發(fā)生了顯著的不規(guī)則變形，收縮、徐變及其他因素造成了梁段前端控制點T1和T5的變形剛好相反，梁段出現(xiàn)翹曲。同時，前幾段梁位于塔區(qū)附近，剪力值較大，大部分剪力通過設(shè)計的剪力鍵承受，因此這幾段梁在腹板位置設(shè)計的剪力鍵與剪力槽比較多，梁段的變形造成剪力鍵和剪力槽不能很好地嵌合，從而加劇梁段拼裝困難。

2 梁段變形分析及采取的控制措施

2.1 梁段翹曲的影響

梁段從澆筑到拼裝前經(jīng)歷了多道工序，包括立模、澆梁、張拉橫向預應力、拆模、移梁和存梁等，正式拼裝還有空間姿態(tài)調(diào)整和縱向預應力張拉等工序，這些工況下梁段經(jīng)歷多種體系轉(zhuǎn)換，邊界條件在不同工況下存在差異，同時由于混凝土收縮徐變、溫度變化和預應力張拉等因素的影響，梁段在縱向、豎向和橫向均發(fā)生大小不等的變形。這些變形中，梁體縱向伸縮與斜拉索水平分力產(chǎn)生的壓縮量可以通過后續(xù)梁段進行調(diào)整；橫向變形主要對梁段實際的橫坡產(chǎn)生影響，可以通過鋪裝層進行一定程度的消除；豎向變形則對梁段拼裝和線形控制產(chǎn)生直接的影響，必須采用相應的措施進行調(diào)整和控制。

豎直方向的主要變形體現(xiàn)為梁段翹曲，即對角存在同高同低，梁段在空間發(fā)生了扭曲。為了對其大小進行數(shù)值描述，取翹曲值Δ為澆筑、拼裝兩種工況下兩個對角控制點高差之和的差，具體計算公式為：

Δ=Δh1+Δh10-Δh5-Δh6

(1)

式中：Δh1、Δh10、Δh5、Δh6分別為兩種不同工況下4個控制點T1、T10、T5、T6的高差。同一段梁在任意兩種工況下均有可能產(chǎn)生翹曲，在梁段線形控制過程中最為關(guān)注的是前后兩段梁在澆筑、正式拼裝時的翹曲大小。梁段在澆筑時，某一段梁既將上一段梁做匹配模板，又是下一段的匹配模板。因此在梁段正式拼裝時，標準梁段有兩個翹曲值值得關(guān)注，一個是梁段本身澆筑至拼裝兩種工況下的相對翹曲，另一個是做匹配模板和本身拼裝兩種工況下的相對翹曲，分別用翹曲1和翹曲2表示，部分梁段的實測翹曲值如表1所示。從表1可看出：同一個梁段在不同工況發(fā)生的翹曲差異很大，除了溫度、收縮徐變引起變形外，預制及存、移梁時邊界條件的改變亦引起梁段不同位置產(chǎn)生不同的變形，形成翹曲。如果不考慮這些變形的影響，拼裝后的梁段將出現(xiàn)梁段之間的縫寬差和控制點的標高均不能滿足要求，因此必須采用對應的控制措施來消除其影響。

表1 混凝土梁段實測翹曲大小

2.2 標高與縫寬差的調(diào)整

對于由各種原因產(chǎn)生的梁段翹曲，可以通過逐步調(diào)整上下游縫寬差予以有效消除，使得調(diào)整后的梁段線形逐步逼近成橋線形，避免出現(xiàn)初始拼裝時出現(xiàn)的理論值與實測值差別過大的現(xiàn)象。圖4為通過縫寬差調(diào)整前端控制點標高的關(guān)系圖。從圖4可看出：縫寬差δ與控制點高程變化值d的關(guān)系。鑒于表1所反映的實測線形整體高于成橋線形，縫寬差δ必須是頂寬底窄才能將控制點高程降下來，梁段的標高需通過幾段甚至更多梁段進行調(diào)整，避免過急出現(xiàn)折角，調(diào)整值取決于實際標高與理論標高的差值，表2為部分梁段縫寬差δ的大小。在實際調(diào)整縫寬差的過程中，通過在頂板位置添加相應厚度的墊片，達到降低控制點高程和緩和線形的目的，同時由于在縫隙內(nèi)填充的環(huán)氧樹脂短時間內(nèi)不能固化，墊片起到了很好的固定作用，避免了預應力筋張拉時控制點高程發(fā)生變化。

圖4 通過頂?shù)装蹇p寬差調(diào)整控制點標高關(guān)系圖

表2 標高調(diào)整的梁段頂?shù)装蹇p寬差分布表

注：表中數(shù)據(jù)以底板縫寬減去頂板縫寬大于零為正。

2.3 剪力鍵的處理

剪力鍵主要起傳遞梁段豎向剪力的作用，梁段前期拼裝過程中由于梁段變形采取了剪力鍵打磨和預應力孔道擴張的措施解決拼梁問題，造成剪力鍵基本被磨損掉，散失了承受剪力的功能，剪力完全由預應力筋來承受，使得成橋后的安全存在隱患。鑒于此，不應對梁段進行剪力鍵的打磨處理，而應在不破壞梁段的前提下對剪力鍵進行設(shè)計改進。設(shè)計上可以通過換算，將剪力鍵的面積擴大，數(shù)量減少，并保證承受的剪力不變；另一方面，梁段預制時匹配梁剪力鍵的5個表面都黏上一塊3 mm厚的薄板，這樣剪力槽的空間相對于剪力鍵寬余很多，嵌合更加方便有效，在涂膠時保證剪力鍵5個面的環(huán)氧樹脂均勻且沒空隙即可。圖5為剪力鍵改進前后的對比圖。

3 調(diào)整后的主梁線形

靠近南塔塔區(qū)的初始梁段出現(xiàn)了一些問題，梁段控制點標高的理論值與實測值差別較大。在分析了變形的原因，以及采取調(diào)整縫寬差和優(yōu)化設(shè)計剪力鍵數(shù)量、位置等一系列措施后，拼接速度及質(zhì)量得到了很大的提高，調(diào)整后的實際線形逼近成橋線形。圖6為所有梁段拼裝完成后實測線形與理論線形及誤差分布。

從圖6可看出：南邊跨混凝土主梁的實際線形與理論線形比較吻合，在起始段出現(xiàn)問題時，及時采取了有效措施，保證了線形的平順性，避免了出現(xiàn)折角。

圖5 剪力鍵的處理圖

圖6 實際成橋線形和理論成橋線形比較圖

4 結(jié)論

大跨度不對稱斜拉橋邊跨常用的短線預制拼裝法將整個梁體分成若干節(jié)段進行預制，逐次進行拼接。梁段在預制、拼裝過程中經(jīng)過多種體系轉(zhuǎn)換，發(fā)生的變形對后續(xù)拼接工作帶來很多困難。通過調(diào)整縫寬差和改進剪力鍵設(shè)計，可以有效解決梁段發(fā)生的翹曲變形的影響，保證梁段拼裝的速度和質(zhì)量，很好地控制主梁線形。這些控制方法與改進措施在荊岳長江公路大橋南邊跨的拼裝施工中得到了具體的運用，并取得了成功，可為類似大跨度不對稱體系斜拉橋邊跨混凝土箱梁的線形控制提供借鑒。