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中铁建设投资集团有限公司
摘要：近年来，随着我国城市化进展加快，城市交通压力不断增大，对于城市交通提出了更高的要求。而城市高架快速通道很好的解决了目前城市交通压力需求，随着城市高架快速通道的快速发展，单一的梁、拱等结构形式已不能满足城市桥梁外观形式需求，面对日新月异的城市桥梁结构，本文以南昌市港口大道儒乐湖大桥为例，分析了连续空心箱梁拱桥的施工控制，并阐明如何在施工中做好新型结构的线形控制。
关键词：连续空心箱梁；拱桥；线形控制
一、工程概况
连续空心箱梁拱桥是指在桥梁结构中，将空心箱梁与拱两种基本结构结合起来，充分发挥梁体受弯、拱体受压的结构特点，以增强结构的承载能力及跨越能力的目的。南昌市港口大道儒乐湖大桥采用四幅九跨卵圆形钢筋混凝土结构，其主桥结构形式为连续空心箱梁拱桥，跨径布置为25m+40m+50m+3*60m+50m+40m+25m，桥梁全长410m，宽85m，分为四幅，每幅宽21.23m，单幅间距30cm，设计纵坡0.351%，横坡2%，箱梁厚度呈曲线变化由1.8m～5.9m。
儒乐湖大桥立面图
单幅箱梁整体三维效果图
主桥采用“先拱脚、再拱“芯”、后箱梁”三次浇筑的施工方法，主要施工步骤如下：利用盘扣式支架系统施工各主墩上“V”型拱脚；张拉各“V”型拱脚间临时扣索；施工“V”型拱脚上部顶板，实现拱“芯”结构；施工拱“芯”上部箱梁；按照先中间拱跨合龙，再次中间拱跨合龙，最后边拱跨合龙的顺序逐步施工各拱跨中间合龙段并逐跨张拉预应力索，最终成桥。
主桥上部结构在施工过程中受力复杂，各种施工误差（如截面误差、材料容重误差、弹性模量误差、张拉应力误差等）和施工步骤的改变及偶然施工荷载的作用都会引起桥梁结构线形与内力的改变，因此做好施工过程监测是确保成桥后线形、合龙精度及内力符合设计要求的关键。
二、施工过程监控方法
施工过程监控包含两方面的控制，一是理论监控计算，二是施工过程监测，通过施工过程监测所得到的数据与理论数据对比，不断收敛使得最终成桥线形与理论线形尽可能保持一致。
2.1理论监控计算
儒乐湖大桥监控计算采用正装法进行计算，整个计算步骤按桥梁施工浇筑过程进行，直至大桥合龙，对设计计算所确定的成桥状态和施工状态进行复核，并形成相应的施工、成桥仿真分析成果。其监控计算工作主要包括以下内容：，
（1）施工前仿真计算
根据设计图纸和现场前期收集的资料和荷载等参数，进行施工过程和成桥状态计算，并对设计成桥状态按规范进行成桥荷载组合计算，对结构强度、刚度进行验算，确保结构安全在规范允许范围之内。确定施工方案的可行性，得到初步的施工过程理论轨迹和浇筑前的主要施工控制参数。
（2）施工过程跟踪计算
施工过程跟踪计算包括节段施工前的预测计算和节段施工后的校核和修正计算。在节段施工之前，对节段施工过程中结构的内力和变形进行预测，并作为节段施工过程控制的目标，在节段施工完毕之后，根据实际的测试和测量结果，得出一组消除各种误差因素后结构的实际状态数据，并与预测值进行对比分析，找出差值，对计算模型进行修正，并重新计算作为后续施工的依据。如果实测值与计算值有较大差异，需要采用最小偏差理论分析并对偏差值做适当调整。
（3）各类参数识别与误差分析调整
计算参数误差分析和参数识别是建立在大量的测量和计算分析的基础上，儒乐湖大桥所采用的方法包括统计分析、卡尔曼滤波和预测、最小二乘法等。针对本桥而言结构参数误差与识别主要包含以下几个方面：
①梁体自重
②混凝土弹性模量及徐变特性
③施工荷载变动
④温度场的影响
2.2 施工过程监测
通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中主梁等关键部位的应力、位移和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控计算提供实测数据，以保证主梁施工过程结构的安全、位置准确及为监控计算提供实测结构参数和校核。
2.2.1 位移监控
（1）拱肋和主梁线形控制网的测定及高程控制基准点的定期复测
主桥线形控制网按规范要求测设主桥高程控制基准点，其为理论不动点，由水准基点引测其高程。为防止测点位置移动或破坏，需对高程控制基准点进行定期复核，每两个月复测一次。测量采用水准仪进行。主梁高程控制点设在墩顶中线处，由高程控制基准点引测，每月复测一次。
（2）中轴线偏位测量
根据现场施工梁段的中轴线标志，采用全站仪进行中轴线的空间坐标测量。具体做法是：采用设置在两岸稳定的基准点，配合反光棱镜，测量梁段测点中线偏差。
（3）拱肋和主梁标高测量
每节段施工完成后，测量该节段的标高变化，测点布置见图示。测点采用φ16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1cm。
梁体标高测点布置图
（4）合龙前后线形24小时联测
中边跨合龙前进行一次24小时联测，以观测主梁线形随温度变化情况。另外在具体施工时，视监控计算与监测结果的对比需要，进行温度对线形的影响观测。
（5）成桥线形测量
成桥后（合龙后，二期恒载铺装前）测量全桥线形，每5m布置两个测点（上下游各一个），测量主梁成桥线形。主梁线形测试包括主梁顶面标高测量和主梁中线测量两部分内容。
2.2.2 应力监控
影响混凝土应力测试的因素很复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变外，还与收缩、徐变、温度有关。儒乐湖大桥内外混凝土应力测试通过应变测量换算应力值，即：
σ弹=E·ε弹 式中：σ弹为荷载作用下混凝土的应力；
E为混凝土弹性模量；
ε弹为荷载作用下混凝土的弹性应变。
通过应变计实际测出的混凝土应变则是包含温度、收缩、徐变变形影响的总应变ε。
ε=ε弹性+ε徐变+ε温度+ε自身+ε收缩
按上述公式即可得到扣除了温度和收缩影响的应变。
2.2.3 测点布置
本着“完整性、代表性、实用性”的原则，并结合大桥初计算成果，选取应力测试截面及布置应力测点。儒乐湖大桥应力初步计算结果如下图示：
拱肋和梁上边缘应力图（三角区拱脚处上边缘出现较大拉应力）
拱肋和梁下边缘应力图
由初步计算结果可以看出，三角区拱脚处上边缘出现较大拉应力，是本项目应力监测的重点，根据计算结果，应力及变形监测点布置断面入下图示：
应力监测主要断面
截面应力监测点布设图
3、桥梁变形监测结果
通过施工后所测量结果与设计对比，儒乐湖大桥各施工阶段梁体实际发生的位移与理论位移接近，说明施工监控所采用的计算模型机计算参数能反映整个桥梁施工的实际状况。成桥后桥梁变形测量成果见下表：
测点截面位置 测点编号 施工阶段 实测值与设计值偏差（m） 测点截面位置 测点编号 施工阶段 实测值与设计值偏差（m）
V腿两侧 7 第一次浇筑 0.019 V腿两侧 7 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 8 第一次浇筑 0.018 V腿两侧 8 第二次浇筑 0.031
V腿两侧 9 第一次浇筑 0.023 V腿两侧 9 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 10 第一次浇筑 0.029 V腿两侧 10 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 11 第一次浇筑 0.032 V腿两侧 11 第二次浇筑 0.032
V腿两侧 12 第一次浇筑 0.030 V腿两侧 12 第二次浇筑 0.031
4#、5#跨中 4 第一次浇筑 0.007 4#、5#跨中 4 第二次浇筑 -0.003
4#、5#跨中 5 第一次浇筑 0.007 4#、5#跨中 5 第二次浇筑 -0.002
4#、5#跨中 6 第一次浇筑 0.002 4#、5#跨中 6 第二次浇筑 -0.007
5#、6#跨中 1 第一次浇筑 0.008 5#、6#跨中 1 第二次浇筑 -0.001
5#、6#跨中 2 第一次浇筑 0.014 5#、6#跨中 2 第二次浇筑 0.004
5#、6#跨中 3 第一次浇筑 0.014 5#、6#跨中 3 第二次浇筑 0.005
说明：表中数据负值表示变形向上
4、结语
儒乐湖大桥从2013年4月开始施工，于2015年9月顺利施工完成，整个施工过程顺利，桥梁线形与设计状态基本一致，在同类型桥梁的施工中，有以下几点可供借鉴：
1、在计算机程序化条件下，仿真计算要充分考虑混凝土收缩、徐变和支座单元给结构带来的影响，以保证仿真计算参数对实际施工的指导性。
2、对于混凝土收缩、徐变等时间效应在各个施工阶段逐步计入；
3、受篇幅限制，本文未对温度场变化及支架拆除对现浇梁的线形影响进行详细叙述。实际施工中，由于现浇支架在全桥合拢预应力张拉完成之后拆除，如果支架拆除顺序不当，会造成成桥曲线与设计曲线误差。
摘要：近年来，随着我国城市化进展加快，城市交通压力不断增大，对于城市交通提出了更高的要求。而城市高架快速通道很好的解决了目前城市交通压力需求，随着城市高架快速通道的快速发展，单一的梁、拱等结构形式已不能满足城市桥梁外观形式需求，面对日新月异的城市桥梁结构，本文以南昌市港口大道儒乐湖大桥为例，分析了连续空心箱梁拱桥的施工控制，并阐明如何在施工中做好新型结构的线形控制。
关键词：连续空心箱梁；拱桥；线形控制
一、工程概况
连续空心箱梁拱桥是指在桥梁结构中，将空心箱梁与拱两种基本结构结合起来，充分发挥梁体受弯、拱体受压的结构特点，以增强结构的承载能力及跨越能力的目的。南昌市港口大道儒乐湖大桥采用四幅九跨卵圆形钢筋混凝土结构，其主桥结构形式为连续空心箱梁拱桥，跨径布置为25m+40m+50m+3*60m+50m+40m+25m，桥梁全长410m，宽85m，分为四幅，每幅宽21.23m，单幅间距30cm，设计纵坡0.351%，横坡2%，箱梁厚度呈曲线变化由1.8m～5.9m。
儒乐湖大桥立面图
单幅箱梁整体三维效果图
主桥采用“先拱脚、再拱“芯”、后箱梁”三次浇筑的施工方法，主要施工步骤如下：利用盘扣式支架系统施工各主墩上“V”型拱脚；张拉各“V”型拱脚间临时扣索；施工“V”型拱脚上部顶板，实现拱“芯”结构；施工拱“芯”上部箱梁；按照先中间拱跨合龙，再次中间拱跨合龙，最后边拱跨合龙的顺序逐步施工各拱跨中间合龙段并逐跨张拉预应力索，最终成桥。
主桥上部结构在施工过程中受力复杂，各种施工误差（如截面误差、材料容重误差、弹性模量误差、张拉应力误差等）和施工步骤的改变及偶然施工荷载的作用都会引起桥梁结构线形与内力的改变，因此做好施工过程监测是确保成桥后线形、合龙精度及内力符合设计要求的关键。
二、施工过程监控方法
施工过程监控包含两方面的控制，一是理论监控计算，二是施工过程监测，通过施工过程监测所得到的数据与理论数据对比，不断收敛使得最终成桥线形与理论线形尽可能保持一致。
2.1理论监控计算
儒乐湖大桥监控计算采用正装法进行计算，整个计算步骤按桥梁施工浇筑过程进行，直至大桥合龙，对设计计算所确定的成桥状态和施工状态进行复核，并形成相应的施工、成桥仿真分析成果。其监控计算工作主要包括以下内容：，
（1）施工前仿真计算
根据设计图纸和现场前期收集的资料和荷载等参数，进行施工过程和成桥状态计算，并对设计成桥状态按规范进行成桥荷载组合计算，对结构强度、刚度进行验算，确保结构安全在规范允许范围之内。确定施工方案的可行性，得到初步的施工过程理论轨迹和浇筑前的主要施工控制参数。
（2）施工过程跟踪计算
施工过程跟踪计算包括节段施工前的预测计算和节段施工后的校核和修正计算。在节段施工之前，对节段施工过程中结构的内力和变形进行预测，并作为节段施工过程控制的目标，在节段施工完毕之后，根据实际的测试和测量结果，得出一组消除各种误差因素后结构的实际状态数据，并与预测值进行对比分析，找出差值，对计算模型进行修正，并重新计算作为后续施工的依据。如果实测值与计算值有较大差异，需要采用最小偏差理论分析并对偏差值做适当调整。
（3）各类参数识别与误差分析调整
计算参数误差分析和参数识别是建立在大量的测量和计算分析的基础上，儒乐湖大桥所采用的方法包括统计分析、卡尔曼滤波和预测、最小二乘法等。针对本桥而言结构参数误差与识别主要包含以下几个方面：
①梁体自重
②混凝土弹性模量及徐变特性
③施工荷载变动
④温度场的影响
2.2 施工过程监测
通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中主梁等关键部位的应力、位移和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控计算提供实测数据，以保证主梁施工过程结构的安全、位置准确及为监控计算提供实测结构参数和校核。
2.2.1 位移监控
（1）拱肋和主梁线形控制网的测定及高程控制基准点的定期复测
主桥线形控制网按规范要求测设主桥高程控制基准点，其为理论不动点，由水准基点引测其高程。为防止测点位置移动或破坏，需对高程控制基准点进行定期复核，每两个月复测一次。测量采用水准仪进行。主梁高程控制点设在墩顶中线处，由高程控制基准点引测，每月复测一次。
（2）中轴线偏位测量
根据现场施工梁段的中轴线标志，采用全站仪进行中轴线的空间坐标测量。具体做法是：采用设置在两岸稳定的基准点，配合反光棱镜，测量梁段测点中线偏差。
（3）拱肋和主梁标高测量
每节段施工完成后，测量该节段的标高变化，测点布置见图示。测点采用φ16的短钢筋制作，底部焊于钢筋笼上，顶部磨圆露出砼面1cm。
梁体标高测点布置图
（4）合龙前后线形24小时联测
中边跨合龙前进行一次24小时联测，以观测主梁线形随温度变化情况。另外在具体施工时，视监控计算与监测结果的对比需要，进行温度对线形的影响观测。
（5）成桥线形测量
成桥后（合龙后，二期恒载铺装前）测量全桥线形，每5m布置两个测点（上下游各一个），测量主梁成桥线形。主梁线形测试包括主梁顶面标高测量和主梁中线测量两部分内容。
2.2.2 应力监控
影响混凝土应力测试的因素很复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变外，还与收缩、徐变、温度有关。儒乐湖大桥内外混凝土应力测试通过应变测量换算应力值，即：
σ弹=E·ε弹 式中：σ弹为荷载作用下混凝土的应力；
E为混凝土弹性模量；
ε弹为荷载作用下混凝土的弹性应变。
通过应变计实际测出的混凝土应变则是包含温度、收缩、徐变变形影响的总应变ε。
ε=ε弹性+ε徐变+ε温度+ε自身+ε收缩
按上述公式即可得到扣除了温度和收缩影响的应变。
2.2.3 测点布置
本着“完整性、代表性、实用性”的原则，并结合大桥初计算成果，选取应力测试截面及布置应力测点。儒乐湖大桥应力初步计算结果如下图示：
拱肋和梁上边缘应力图（三角区拱脚处上边缘出现较大拉应力）
拱肋和梁下边缘应力图
由初步计算结果可以看出，三角区拱脚处上边缘出现较大拉应力，是本项目应力监测的重点，根据计算结果，应力及变形监测点布置断面入下图示：
应力监测主要断面
截面应力监测点布设图
3、桥梁变形监测结果
通过施工后所测量结果与设计对比，儒乐湖大桥各施工阶段梁体实际发生的位移与理论位移接近，说明施工监控所采用的计算模型机计算参数能反映整个桥梁施工的实际状况。成桥后桥梁变形测量成果见下表：
测点截面位置 测点编号 施工阶段 实测值与设计值偏差（m） 测点截面位置 测点编号 施工阶段 实测值与设计值偏差（m）
V腿两侧 7 第一次浇筑 0.019 V腿两侧 7 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 8 第一次浇筑 0.018 V腿两侧 8 第二次浇筑 0.031
V腿两侧 9 第一次浇筑 0.023 V腿两侧 9 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 10 第一次浇筑 0.029 V腿两侧 10 第二次浇筑 0.029
V腿两侧 11 第一次浇筑 0.032 V腿两侧 11 第二次浇筑 0.032
V腿两侧 12 第一次浇筑 0.030 V腿两侧 12 第二次浇筑 0.031
4#、5#跨中 4 第一次浇筑 0.007 4#、5#跨中 4 第二次浇筑 -0.003
4#、5#跨中 5 第一次浇筑 0.007 4#、5#跨中 5 第二次浇筑 -0.002
4#、5#跨中 6 第一次浇筑 0.002 4#、5#跨中 6 第二次浇筑 -0.007
5#、6#跨中 1 第一次浇筑 0.008 5#、6#跨中 1 第二次浇筑 -0.001
5#、6#跨中 2 第一次浇筑 0.014 5#、6#跨中 2 第二次浇筑 0.004
5#、6#跨中 3 第一次浇筑 0.014 5#、6#跨中 3 第二次浇筑 0.005
说明：表中数据负值表示变形向上
4、结语
儒乐湖大桥从2013年4月开始施工，于2015年9月顺利施工完成，整个施工过程顺利，桥梁线形与设计状态基本一致，在同类型桥梁的施工中，有以下几点可供借鉴：
1、在计算机程序化条件下，仿真计算要充分考虑混凝土收缩、徐变和支座单元给结构带来的影响，以保证仿真计算参数对实际施工的指导性。
2、对于混凝土收缩、徐变等时间效应在各个施工阶段逐步计入；
3、受篇幅限制，本文未对温度场变化及支架拆除对现浇梁的线形影响进行详细叙述。实际施工中，由于现浇支架在全桥合拢预应力张拉完成之后拆除，如果支架拆除顺序不当，会造成成桥曲线与设计曲线误差。