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摘要：线形控制是桥梁悬臂拼装的关键内容,其本质是根据施工顺序和施工方法逆向计算各工况下桥梁的线形变化, 以确定各施工阶段的节段空间位置。本文介绍了线形控制的基本原理和悬臂拼装线形控制方法。结合实际项目阐述了线形控制的重要性。
关键字:悬臂；线形控制；施工
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
桥梁分段施工控制就是围绕着三个结构基本状态进行，即设计理想状态、施工实际状态、最优实现状态。施工控制的目的就是确保施工中结构的安全以及结构形成后的外形和内力状态达到最优实现状态，以符合设计要求。在分段施工前，一般要结合桥型特点及施工方法等计算确定成桥阶段的设计理想状态，采用倒退分析方法确定施工理想状态，与实际施工状态比较，根据监测成果数据分析两种状态的误差，然后采用各种控制方法加以预测、调整，确保合拢段两悬臂端的相对偏差在允许范围内。
悬臂拼装施工连续梁桥的建成要经历复杂的施工过程，结构体系也将随施工阶段不同而不断变化。施工过程中，因设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如制造误差、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等种种原因，将导致施工过程中桥梁的实际状态(线形、内力)与理想目标存在一定的偏差，这种偏差累积到一定程度如不及时加以识别和调整，成桥后的结构安全状态将难以保证。而且，已施工梁段上一旦出现线形误差时，误差将永远存在，并导致成桥状态偏离设计理想状态。因此对大桥施工过程进行监控具有重要实用价值。
1 工程概况
某大桥为(45+70+45)m三跨变截面预应力混凝土连续梁桥。梁体为单箱单室斜腹板截面，箱梁中跨跨中梁高2.6 m，根部梁高4.8 m；梁底下缘为1.8次抛物线，底板及腹板厚度按折线变化。采用短线预制法与现浇相结合进行施工，即0号块、合拢段及湿接缝现浇，其余节段工厂预制，预制节段截面由多键型剪力键定位匹配，现场悬拼。
2 线形控制的实施
2.1 线形控制基本原理
大跨度桥梁的线形控制是施工-量测-识别-修正-预测-施工的循环过程，即首先根据结构模型分析计算，确定箱梁理论定位高程并实施，然后监测已完成梁段的高程和平面位置，将已完梁段的实际高程和理论高程相比较，在对偏差的结果综合分析的基础上，对待拼粱段的定位高程和平面位置加以優化调整。
这种预测控制中的优化不是一次在线完成，而是反复在线完成的，每一采样时刻优化性能指标只涉及该时刻起到未来有限时刻。到下一个采样时刻，这一优化时段会同时向前推移。因此预测控制不是用一个对全局相同的性能优化指标，而是每一时刻有一个相对于该时刻的局部性能优化指标。
2.2 悬臂拼装线形控制方法
2.2.1 测点布置
测点是指在短线法梁节段预制过程中，预制厂根据线路的设计参数(桥梁的平、竖曲线及理论预拱度设置)确定整体坐标系，在待安装节段顶面预埋轴线控制点、标高控制点，简称六点坐标。六点坐标包括有预制的理论坐标和预制的实际坐标，预制过程中，为了保证最终成桥坐标符合设计理论六点坐标，后续节段须根据前一节段的预制误差及测钉埋设偏差进行修正，并且采用三维定位软件将节段局部坐标转换至整体坐标系内，这便是预制的实际六点坐标。预制的实际六点坐标便是悬臂拼装施工过程的理论定位坐标。
2.2.2 节段预制定位高程的控制
采用节段预制为使成桥线形能符合设计要求，要求在预制施工过程中必须将可能影响结构线形的因素都要进行考虑，如临时支撑形式、节段施工顺序、受力龄期、合拢顺序、混凝土徐变、预应力损失、二期恒载(桥面铺装、体外预应力张拉)等。在考虑这些因素的前提下，经结构分析得到各“T”构的预制拱度，形成预制曲线，线形控制作业的关键在于节段生产与安装的施工精度，必须建立专业、固定的测量系统，在调整匹配面以形成预制曲线过程中，严格控制误差在2 mm以内。
预制块实际六点定位坐标标高： 。
综合预留拱度：
式中： —设计高程； —各施工阶段的累计挠度； —1／2静活载挠度； —支座压缩及基础沉降值； —混凝土收缩、徐变挠度； —预制偏差调整值。
2.2.3 悬臂拼装定位高程的控制
悬臂拼装施工中高程控制的关键就是施工挠度，虽然在预制过程中已经考虑了理论预拱度，但是在实际施工中胶拼张拉预应力前后、墩台沉降以及施工误差等造成实际与理论预拱度值的偏差。因此就需要采取优化措施对后面施工节块定位标高进行优化，以期张拉完后预制块标高达到最优。
下面以灰色预测控制理论来对预制块的定位标高进行优化。设Z(i)为第i节段胶拼张拉预应力前后悬臂竖向位移实测值与设计值之比，考虑到Z(i)的独立性，对Z(i)建立GM(1，1)预测模型：
(1)
其中 为z的累加生成数；则当确定 ， 后有：
(2)
若(2)式也成为GM(1,1)预测响应式，其还原值为：
(3)
若第k+1节段胶拼张拉预应力前后竖向位移设计值为 则模型输出 为：
(4)
则第k+1节段优化定位标高为：
(5)
其中， 为实际预制六点坐标高程。
虽然应用灰色预测理论模型对定位标高进行了优化，但是由于短线预制法的特点，前后节段相匹配，通过对多键型剪力键进行定位，预制块件前后紧密卡位，所以实际调整量很小，不如悬臂现浇那样可以自由调整挂篮来进行自适应调整。因此实际调整较难达到预期的理想效果，只能达到调整范围内的实际优化。
2.2.4 悬臂拼装定位轴线控制
由于悬臂拼装与悬臂现浇的不同，轴线控制问题在悬臂拼装施工中显得比较突出，由于短线法的自身特点，不能进行整个预制跨度的预拼，线形控制是通过调整两节匹配节段平面及立面内的转角来实现。预制过程中的轴线控制是施工过程控制的先决条件，很大程度上决定了悬臂拼装施工中轴线定位的偏移程度。
实际悬臂拼装前应实测各节段外形尺寸，并模拟试拼整个悬臂以检查预制过程中轴线控制的效果，为实际悬臂拼装提供参考。实际施工中在0号块现浇完成达到要求后，通过湿接缝按照实际预制六点坐标准确定位1号块，因为处于悬臂根部1号块的定位将直接决定将来施工线形的偏移程度。悬臂拼装过程中，准确测量已胶拼张拉预应力节段的轴线偏差，同时试拼下一节段，观测其试拼定位数据，结合两节段的偏差测量数据，采用前进分析方法，同时兼顾节段实际的调整量范围，在使整体拼装偏移最小的前提下，决定具体的纠偏调整量。
3 实际施工控制实施
3.1 实施的措施和流程
在悬臂拼装过程中采用专人、专仪器实行控制和数据的采集。同时为了减少温度对采集数据的影响，每天定时早上7:00测量。准确获得定位、胶拼张拉前后数据为优化控制提供条件。
在节段拼装过程中确定了调整量后，一般可通过张拉力筋或控制力筋张拉力进行调整，必要时可通过千斤顶进行调整，也可通过在胶缝材料中嵌垫软金层片(如铜)或石棉网来调节。但每次不宜垫得太厚，由于无相应规范，以经验小于5 m为宜，通过计算逐步调整。当在拼装过程中梁段线形误差过大，难以用其他方法进行补救时，可以增设一道湿接缝来调整，所增设的湿接缝宽度必须用凿除节段梁端面混凝土厚度的办法来完成。
3.2 工程施工控制的结果
该大桥只完成了24号墩最大悬臂状态施工，23号墩悬臂正在施工中，施工过程中由于节段间剪力键定位匹配，调整量受到限制，实际施工结果比预测值有一定量的差距，只能在可调整范围内达到实际的最优，最大标高施工偏差为1.85cm，满足设计及监控要求。
4 结语
采用预制节段悬拼法施工时，国外几乎全是采用短线法进行梁体节段预制，由于其预制、施工控制要求精度较高，在国内还未能得到很好的推广，通过对该大桥悬臂拼装施工控制的具体实践，可以对短线预制悬拼工艺的推广起到一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 葛耀君. 分段施工桥梁分析与控制[M]. 北京:人民交通出版社, 2003.
[2] 陈舟顺. 连续梁悬臂浇筑施工线型控制[J].安徽建筑, 2006.
关键字:悬臂；线形控制；施工
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0 引言
桥梁分段施工控制就是围绕着三个结构基本状态进行，即设计理想状态、施工实际状态、最优实现状态。施工控制的目的就是确保施工中结构的安全以及结构形成后的外形和内力状态达到最优实现状态，以符合设计要求。在分段施工前，一般要结合桥型特点及施工方法等计算确定成桥阶段的设计理想状态，采用倒退分析方法确定施工理想状态，与实际施工状态比较，根据监测成果数据分析两种状态的误差，然后采用各种控制方法加以预测、调整，确保合拢段两悬臂端的相对偏差在允许范围内。
悬臂拼装施工连续梁桥的建成要经历复杂的施工过程，结构体系也将随施工阶段不同而不断变化。施工过程中，因设计参数误差(如材料特性、截面特性、徐变系数等)、施工误差(如制造误差、安装误差等)、测量误差及结构分析模型误差等种种原因，将导致施工过程中桥梁的实际状态(线形、内力)与理想目标存在一定的偏差，这种偏差累积到一定程度如不及时加以识别和调整，成桥后的结构安全状态将难以保证。而且，已施工梁段上一旦出现线形误差时，误差将永远存在，并导致成桥状态偏离设计理想状态。因此对大桥施工过程进行监控具有重要实用价值。
1 工程概况
某大桥为(45+70+45)m三跨变截面预应力混凝土连续梁桥。梁体为单箱单室斜腹板截面，箱梁中跨跨中梁高2.6 m，根部梁高4.8 m；梁底下缘为1.8次抛物线，底板及腹板厚度按折线变化。采用短线预制法与现浇相结合进行施工，即0号块、合拢段及湿接缝现浇，其余节段工厂预制，预制节段截面由多键型剪力键定位匹配，现场悬拼。
2 线形控制的实施
2.1 线形控制基本原理
大跨度桥梁的线形控制是施工-量测-识别-修正-预测-施工的循环过程，即首先根据结构模型分析计算，确定箱梁理论定位高程并实施，然后监测已完成梁段的高程和平面位置，将已完梁段的实际高程和理论高程相比较，在对偏差的结果综合分析的基础上，对待拼粱段的定位高程和平面位置加以優化调整。
这种预测控制中的优化不是一次在线完成，而是反复在线完成的，每一采样时刻优化性能指标只涉及该时刻起到未来有限时刻。到下一个采样时刻，这一优化时段会同时向前推移。因此预测控制不是用一个对全局相同的性能优化指标，而是每一时刻有一个相对于该时刻的局部性能优化指标。
2.2 悬臂拼装线形控制方法
2.2.1 测点布置
测点是指在短线法梁节段预制过程中，预制厂根据线路的设计参数(桥梁的平、竖曲线及理论预拱度设置)确定整体坐标系，在待安装节段顶面预埋轴线控制点、标高控制点，简称六点坐标。六点坐标包括有预制的理论坐标和预制的实际坐标，预制过程中，为了保证最终成桥坐标符合设计理论六点坐标，后续节段须根据前一节段的预制误差及测钉埋设偏差进行修正，并且采用三维定位软件将节段局部坐标转换至整体坐标系内，这便是预制的实际六点坐标。预制的实际六点坐标便是悬臂拼装施工过程的理论定位坐标。
2.2.2 节段预制定位高程的控制
采用节段预制为使成桥线形能符合设计要求，要求在预制施工过程中必须将可能影响结构线形的因素都要进行考虑，如临时支撑形式、节段施工顺序、受力龄期、合拢顺序、混凝土徐变、预应力损失、二期恒载(桥面铺装、体外预应力张拉)等。在考虑这些因素的前提下，经结构分析得到各“T”构的预制拱度，形成预制曲线，线形控制作业的关键在于节段生产与安装的施工精度，必须建立专业、固定的测量系统，在调整匹配面以形成预制曲线过程中，严格控制误差在2 mm以内。
预制块实际六点定位坐标标高： 。
综合预留拱度：
式中： —设计高程； —各施工阶段的累计挠度； —1／2静活载挠度； —支座压缩及基础沉降值； —混凝土收缩、徐变挠度； —预制偏差调整值。
2.2.3 悬臂拼装定位高程的控制
悬臂拼装施工中高程控制的关键就是施工挠度，虽然在预制过程中已经考虑了理论预拱度，但是在实际施工中胶拼张拉预应力前后、墩台沉降以及施工误差等造成实际与理论预拱度值的偏差。因此就需要采取优化措施对后面施工节块定位标高进行优化，以期张拉完后预制块标高达到最优。
下面以灰色预测控制理论来对预制块的定位标高进行优化。设Z(i)为第i节段胶拼张拉预应力前后悬臂竖向位移实测值与设计值之比，考虑到Z(i)的独立性，对Z(i)建立GM(1，1)预测模型：
(1)
其中 为z的累加生成数；则当确定 ， 后有：
(2)
若(2)式也成为GM(1,1)预测响应式，其还原值为：
(3)
若第k+1节段胶拼张拉预应力前后竖向位移设计值为 则模型输出 为：
(4)
则第k+1节段优化定位标高为：
(5)
其中， 为实际预制六点坐标高程。
虽然应用灰色预测理论模型对定位标高进行了优化，但是由于短线预制法的特点，前后节段相匹配，通过对多键型剪力键进行定位，预制块件前后紧密卡位，所以实际调整量很小，不如悬臂现浇那样可以自由调整挂篮来进行自适应调整。因此实际调整较难达到预期的理想效果，只能达到调整范围内的实际优化。
2.2.4 悬臂拼装定位轴线控制
由于悬臂拼装与悬臂现浇的不同，轴线控制问题在悬臂拼装施工中显得比较突出，由于短线法的自身特点，不能进行整个预制跨度的预拼，线形控制是通过调整两节匹配节段平面及立面内的转角来实现。预制过程中的轴线控制是施工过程控制的先决条件，很大程度上决定了悬臂拼装施工中轴线定位的偏移程度。
实际悬臂拼装前应实测各节段外形尺寸，并模拟试拼整个悬臂以检查预制过程中轴线控制的效果，为实际悬臂拼装提供参考。实际施工中在0号块现浇完成达到要求后，通过湿接缝按照实际预制六点坐标准确定位1号块，因为处于悬臂根部1号块的定位将直接决定将来施工线形的偏移程度。悬臂拼装过程中，准确测量已胶拼张拉预应力节段的轴线偏差，同时试拼下一节段，观测其试拼定位数据，结合两节段的偏差测量数据，采用前进分析方法，同时兼顾节段实际的调整量范围，在使整体拼装偏移最小的前提下，决定具体的纠偏调整量。
3 实际施工控制实施
3.1 实施的措施和流程
在悬臂拼装过程中采用专人、专仪器实行控制和数据的采集。同时为了减少温度对采集数据的影响，每天定时早上7:00测量。准确获得定位、胶拼张拉前后数据为优化控制提供条件。
在节段拼装过程中确定了调整量后，一般可通过张拉力筋或控制力筋张拉力进行调整，必要时可通过千斤顶进行调整，也可通过在胶缝材料中嵌垫软金层片(如铜)或石棉网来调节。但每次不宜垫得太厚，由于无相应规范，以经验小于5 m为宜，通过计算逐步调整。当在拼装过程中梁段线形误差过大，难以用其他方法进行补救时，可以增设一道湿接缝来调整，所增设的湿接缝宽度必须用凿除节段梁端面混凝土厚度的办法来完成。
3.2 工程施工控制的结果
该大桥只完成了24号墩最大悬臂状态施工，23号墩悬臂正在施工中，施工过程中由于节段间剪力键定位匹配，调整量受到限制，实际施工结果比预测值有一定量的差距，只能在可调整范围内达到实际的最优，最大标高施工偏差为1.85cm，满足设计及监控要求。
4 结语
采用预制节段悬拼法施工时，国外几乎全是采用短线法进行梁体节段预制，由于其预制、施工控制要求精度较高，在国内还未能得到很好的推广，通过对该大桥悬臂拼装施工控制的具体实践，可以对短线预制悬拼工艺的推广起到一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 葛耀君. 分段施工桥梁分析与控制[M]. 北京:人民交通出版社, 2003.
[2] 陈舟顺. 连续梁悬臂浇筑施工线型控制[J].安徽建筑, 2006.