一、工程概述

　　金沙洲大橋（糖廠(chǎng)大橋）位于廣州市西部，是為了配合金沙洲小區的開(kāi)發(fā)而建的一座跨越珠江的大型城市橋梁。主橋上部結構為93.0m+138.0m+93.0m三跨變高度預應力混凝土連續箱梁結構。全長(cháng)324.0m，橋寬22.0m，為單箱單室結構。箱梁為三向預應力混凝土結構，頂面寬度為22.0m，箱寬為10.0m.箱梁根部梁高為7.0m，邊跨及中跨合攏段梁高為3.0m，梁底下緣按二次拋物線(xiàn)設置。設計荷載為汽車(chē)-20級，掛車(chē)-100.

　　二、施工控制的內容和目的

　　橋梁施工控制的目的就是確保施工中結構的安全和確保結構形成后的外形和內力狀態(tài)符合設計要求。

　　對于懸臂施工的預應力砼連續梁橋結構來(lái)說(shuō)，施工控制就是根據施工監測所得的結構參數真實(shí)值進(jìn)行施工階段的仿真分析，確定出每個(gè)懸臂澆筑階段的立模標高，并在施工過(guò)程中根據施工監測的成果對誤差進(jìn)行分析、預測和對下一立模標高進(jìn)行調整，以此來(lái)保證成橋后橋面線(xiàn)型、合攏段兩懸臂端標高的相對偏差不大于規定值，以及結構內力狀態(tài)符合設計要求。

　　三、施工控制的仿真分析

　　大跨徑預應力連續梁橋的施工采用分階段逐步完成的懸臂施工方法時(shí)，結構的最終形成必須經(jīng)歷一系列的施工過(guò)程，對施工過(guò)程中每個(gè)階段進(jìn)行詳細的變形計算和受力分析，是橋梁施工控制最基本的內容之一。為了達到施工控制的目的，我們必須首先通過(guò)計算來(lái)確定橋梁結構施工過(guò)程中每個(gè)階段在受力和變形的理想狀態(tài)，以此為依據來(lái)控制施工過(guò)程中每個(gè)階段的結構行為，使其最終成橋線(xiàn)型和受力狀態(tài)滿(mǎn)足受力要求。

　　1、仿真分析的計算模型

　　在進(jìn)行仿真計算時(shí)，將金沙洲大橋主橋簡(jiǎn)化成平面結構，各懸臂施工階段離散梁?jiǎn)卧�，整個(gè)橋梁離散為101個(gè)梁?jiǎn)卧��?02個(gè)節點(diǎn)，主墩Z(yǔ)1，Z2，Z4簡(jiǎn)化為活動(dòng)鉸支座，Z3簡(jiǎn)化為固定鉸支座。

　　2、仿真分析的結構設計參數

　　大多數情況下，采用規范設計參數計算的結構內力和位移均較實(shí)測值大，這對設計是偏于安全的，但對于結構施工控制來(lái)說(shuō)是不容忽視的偏差，因為它將直接影響到成橋后結構線(xiàn)型及內力是否符合設計要求。此次仿真分析的設計參數取用原則是：結構設計參數的取值盡量和實(shí)際相吻合；對于主要的可以測定的設計參數，則用試驗數值；難以測定的則依照設計規范，根據以往的工程經(jīng)驗進(jìn)行修正。

　　3、施工階段的劃分

　　本橋采用懸臂澆筑方法施工，在施工過(guò)程中，設置了臨時(shí)支撐，在計算中除了考慮設置永久支座外，在懸臂施工期間設置了4個(gè)臨時(shí)豎向約束，以模擬實(shí)際施工的臨時(shí)支撐。本次計算實(shí)際共劃分為23個(gè)施工階段和1個(gè)運營(yíng)階段，嚴格和實(shí)際施工狀態(tài)相對應。

　　4、施工荷載的模擬

　　在預應力砼連續梁橋的懸臂施工中，掛籃和模板機具設備重對結構的內力和變形的影響很大，所以在仿真分析中，必須考慮施工荷載－主要是掛籃的影響。一般說(shuō)來(lái)在現澆1號段混凝土時(shí)掛籃設備的靜載全部落在墩頂上的0號段上，但是，在懸臂澆筑過(guò)程中，混凝土的重量不斷增加，使掛籃設備上的伸臂發(fā)生彈性變形，它使底模板前端的標高也發(fā)生同樣的變形，類(lèi)似的變形將同樣的發(fā)生在以后各階段的施工中，這種變形在掛籃拆除后卻不能得到恢復。因此在各節點(diǎn)的預拱度值中，均應計入這個(gè)影響，但是也可以調整的吊帶來(lái)解決。當澆筑2號段混凝土掛籃設備一般分成兩截，分別固定在（或者部分地落在）已完成的懸臂階段上，由于掛籃具有一定的靜載，尤其在大跨度橋梁的懸臂施工中，掛籃設備的重心距離懸臂梁的根部的力臂較大，使結構發(fā)生變形，但在掛籃拆除后，又使原來(lái)的變形得到恢復。

　　此次仿真分析計算充分考慮了施工荷載的影響，在仿真分析中模擬了掛籃的安裝和拆除，以及掛籃前進(jìn)的工況，掛籃的計算重量為800KN（其值由施工單位實(shí)測得到）。

　　5、懸臂施工的撓度計算

　　在橋梁懸臂施工的控制中，最困難的任務(wù)之一就是施工撓度的計算與控制。我們所采用的分析軟件BRCAD5.1和BSAS的系統會(huì )根據不同階段的受力狀態(tài)自動(dòng)考慮混凝土的收縮徐變影響、預加力的影響、溫度變化的影響以及支座沉降的影響，其中混凝土收縮徐變的計算考慮了各階段混凝土應力變化的影響，在預應力損失的計算中，對每個(gè)階段內每個(gè)截面上的每組鋼束都分別進(jìn)行了計算。

　　綜合考慮各種因素后，將各影響參數輸入軟件中，由軟件自動(dòng)算出各施工階段每一梁段的撓度，合攏時(shí)的撓度，合攏后二期恒載作用下的撓度，以及活載作用下的撓度。

　　通過(guò)仿真分析發(fā)現，在施工階段對結構內力和變形影響較大的設計參數主要梁自身靜載、預應力鋼絞線(xiàn)的有效預應力；材料的彈性模量E和剪切模量G、施工臨時(shí)荷載－掛籃、混凝土的收縮與徐變變形的性能以及混凝土加載齡期的變化對變形影響較大，其它的參數影響較小。

　　6、施工階段立模標高的確定

　　在主梁的懸臂澆筑過(guò)程中，梁段立模標高的合理確定，是關(guān)系到主梁的線(xiàn)型是否平順，是否符合設計的一個(gè)重要問(wèn)題，如果在確定立模標高時(shí)考慮的因素比較符合實(shí)際，而且加以正確的控制，則最終橋面線(xiàn)型較好。否則，最終橋面線(xiàn)型會(huì )與設計線(xiàn)型有較大的偏差。

　　7、仿真計算主要結果

　　通過(guò)計算結果分析可知，箱梁在懸臂施工過(guò)程中，軸力、彎矩曲線(xiàn)較為順暢，施工階段截面上下緣均為壓應力，而且都在規范允許的范圍之內。

　　在運營(yíng)階段，正常使用極限狀態(tài)下組合1箱梁應力基本上處于全截面受壓狀態(tài)，而且滿(mǎn)足規范要求。其它荷載組合除了部分幾個(gè)截面頂板或底板出現很小拉應力（最大不超過(guò)0.5MPa），箱梁應力基本上處于全截面受壓狀態(tài)，箱梁的應力滿(mǎn)足規范要求。

　　各個(gè)施工階段的撓度曲線(xiàn)很順暢。撓度的變化也很正常。

　　四、施工控制的參數識別和現場(chǎng)測試

　　1、參數的識別

　　結構設計參數的變化能導致橋梁結構內力的變化和形狀的改變，因此我們在大跨度橋梁的施工控制中，必須對設計參數進(jìn)行識別和修正。不同的設計參數對結構狀態(tài)的影響程度是不同的�？偟恼f(shuō)來(lái)，對于連續梁主要的設計參數有以下幾個(gè)方面：

　�。�1）結構幾何形態(tài)參數：主要是橋梁結構的跨徑、高跨比、線(xiàn)型等，它們表征了結構的形狀和結構最初的狀態(tài)。

　�。�2）截面特征參數：截面的面積、抗彎慣性矩等。

　�。�3）與時(shí)間有關(guān)的參數：溫度、混凝土齡期、收縮徐變是隨著(zhù)時(shí)間而變化的參數。

　�。�4）荷載參數：主要是結構構件自重力、施工臨時(shí)荷載和預加力。

　�。�5）材料參數：主要是指材料的彈性模量E和剪切模量G，對于混凝土材料來(lái)說(shuō)，這兩個(gè)參數有一定的波動(dòng)，在橋梁的施工控制中要對其進(jìn)行識別。

　　這五類(lèi)設計參數在同一座橋梁的施工控制中并不是每一個(gè)設計參數對橋梁結構狀態(tài)的影響都是一樣的，因此我們要對設計參數進(jìn)行辨別，一方面要確定設計參數的實(shí)際值，另一方面要辨別對結構狀態(tài)影響較大的設計參數即主要參數，為了達到這個(gè)目的，對設計參數的識別，總的來(lái)講，有兩種方法和手段：其一，通過(guò)現場(chǎng)測量來(lái)確定設計參數的值。這主要是結構幾何形態(tài)參數、截面特征參數和材料特征參數，它們可以通過(guò)現場(chǎng)測量方法或試驗測量手段來(lái)確定。其二，通過(guò)結構計算分析來(lái)確定主要設計參數，也就是設計參數敏感性分析方法。在這里我們主要采用的是第一種方法。

　　2、現場(chǎng)測試

　　為了確保施工控制的順利實(shí)施，施工過(guò)程中各項技術(shù)參數的準確測定至關(guān)重要，它是進(jìn)行施工控制的必要初始參數，它為施工的仿真分析提供了實(shí)測依據，是最終實(shí)現施工控制目的的最關(guān)鍵的一步。這次我們主要現場(chǎng)測試的內容如下：

　�。�1）應力觀(guān)測：

　　在大橋上部結構的控制截面布置應力測點(diǎn)，以觀(guān)察在施工過(guò)程中這些截面的應力變化與應力分布情況。然后把結果及時(shí)反饋給設計人員，和計算結果相驗證，在計入誤差和變量調整后由設計人員分析以后每階段乃至竣工后結構的實(shí)際狀態(tài)，同時(shí)可以根據當前施工階段向前計算至竣工，預告今后施工可能出現的狀態(tài)并預報下一階段當前一安裝構件或即將安裝的構件是否出現不滿(mǎn)足強度要求的狀態(tài)，以確定是否在本施工階段對可調變量實(shí)施調整。經(jīng)現場(chǎng)測試，各施工階段被測梁段的應力值和仿真分析的相吻合，應力變化沒(méi)有出現異常。

　�。�2）撓度觀(guān)測：

　　撓度觀(guān)測資料是控制成橋線(xiàn)型最主要的依據，根據以往的經(jīng)驗，在每個(gè)施工段的斷面上上布置五個(gè)高程觀(guān)測點(diǎn)1、2、3、4、5，順序是從上游至下游排列，間距為6米＋5米＋5米＋6米，控制點(diǎn)3為橋梁中線(xiàn)點(diǎn)，這樣不僅可以測量箱梁的撓度，同時(shí)可以觀(guān)察箱梁是否發(fā)生扭轉變形。在施工過(guò)程中，對每一截面需進(jìn)行立模、混凝土澆筑前、混凝土澆筑后、預應力鋼筋張拉前、預應力鋼筋張拉后的標高觀(guān)測。以便觀(guān)察各點(diǎn)的撓度和箱梁曲線(xiàn)的變化歷程，保證箱梁懸臂端的合攏精度和橋面線(xiàn)型。為了盡量減少溫度的影響，撓度的觀(guān)測安排在早晨太陽(yáng)出來(lái)之前進(jìn)行。以這些觀(guān)測數據為依據，進(jìn)行有效的施工控制。

　　1、理論標高和實(shí)測標高最大誤差為20mm，理論值和實(shí)測值符合較好，在施工不需要調整立模標高，給施工帶來(lái)了很大的方便。也更好地說(shuō)明立模標高的計算模式合理，具有很強的實(shí)用性。

　　2、合攏時(shí)兩個(gè)合攏段理論標高和實(shí)測標高均為誤差為16mm，它們的相對高差為2mm，兩者在同一水平線(xiàn)上，合攏時(shí)不需要進(jìn)行壓重和糾偏，可以直接合攏。保證了成橋后橋面線(xiàn)型平順，與設計相吻合。

　�。�3）溫度控制

　　溫度是影響主梁撓度的最主要的因素之一，溫度變化包括日溫度變化和季節變化兩部分，日溫度變化比較復雜，尤其是日照作用，季節溫差對主梁的撓度影響比較簡(jiǎn)單，其變化是均勻的。因此為了摸清箱梁截面內外溫差和溫度在截面上的分布情況，在梁體上布置溫度溫度觀(guān)測點(diǎn)進(jìn)行觀(guān)測，以獲得準確的溫度變化規律。

　�。�4）混凝土彈性模量和容重的測量

　　混凝土彈性模量的測試主要是為了測定混凝土彈性模量E隨時(shí)間的變化規律，采用現場(chǎng)取樣通過(guò)萬(wàn)能實(shí)驗機進(jìn)行測定�；炷�土彈性模量和容重的測量是在現場(chǎng)取樣，采用實(shí)驗室的常規方法進(jìn)行測定。

　�。�5）鋼絞線(xiàn)管道摩阻損失的測定

　　在進(jìn)行鋼絞線(xiàn)張拉時(shí)，由于管道摩阻會(huì )造成預應力不同程度的損失，本測試項目旨在定量地測量鋼絞線(xiàn)管道摩阻損失，以確定有效的預應力。

　　五、施工控制的措施

　�。�1）在懸臂施工過(guò)程中，對撓度和施工標高進(jìn)行施工精密測量。

　�。�2）對懸臂施工實(shí)行第三方監測，確保撓度和施工標高的測量準確無(wú)誤。

　�。�3）預應力鋼絞線(xiàn)在具體張拉過(guò)程中，及時(shí)向設計人員提供有關(guān)數據，以便核對延伸量，同時(shí)也是驗證預應力有關(guān)參數的準確性。實(shí)測延伸量和理論延伸量符合較好，滿(mǎn)足設計要求。

　�。�4）施工單位應將已經(jīng)施工階段的實(shí)測撓度及標高等參數提前3天反饋給設計人員，以便設計人員對將施工階段的標高進(jìn)行調整和控制。

　�。�5）懸臂施工按照對稱(chēng)平衡的原則進(jìn)行施工，施工過(guò)程中應隨時(shí)注意兩懸臂不得出現不平衡荷載。

　�。�6）為了避免不平衡荷載的出現，懸臂施工段除了施工機具外，不得堆放其它物品和材料，以免引起撓度偏差。

　�。�7）在有可能時(shí)宜將長(cháng)臂和邊中跨合攏避開(kāi)臺風(fēng)季節，在每一梁段施工過(guò)程中出現臺風(fēng)預報應停止施工，并做好施工的防臺風(fēng)工作。

　　六、結論

　　通過(guò)金沙洲大橋主橋138米預應力砼連續梁橋的設計、施工和施工控制的實(shí)踐，我們可以得出如下結論：

　　1、本文立模標高計算公式概念清楚，使用方便簡(jiǎn)單，而且實(shí)際施工中理論標高和實(shí)際標高誤差很小，給施工帶來(lái)了很大的方便。從而也證明了理論計算模式的先進(jìn)性、正確性。

　　2、合攏時(shí)合攏段的相對高差也在5mm以?xún)�，合攏時(shí)不需要進(jìn)行壓重和糾偏。保證了成橋后橋面線(xiàn)型平順，與設計相吻合。

　　3、確保了施工過(guò)程中結構的可靠度和安全性，保證了橋梁變形、梁段的撓度變化和結構的應力狀態(tài)符合設計要求。