摘 要：介绍了高墩、大跨连续刚构桥的结构特点，论述了高墩、大跨连续刚构桥施工中的高程线形监控方法。
关键词：高墩大跨连续刚构桥；施工；控制；自适应控制法
Construction Control of High Pier and Long Span Continuous Rigid Frame for Bridges Zhang Zhengjin1、2（1.School of Shipping Ocean and Architecture Engineering, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030;
2. No.3 Engineering Company, The 16th China Railway Construction Bureau Group, Huzhou 313000)Abstract：This paper describes the structural characteristics of the bridges of high-pier and long-span continuous rigid frames in the light of engineering practices. The methods for linear control of the construction of a bridge of high-pier and long-span continuous rigid frames with the cantilever technique are also discussed.
Key words：high-pier；long-span；continuous rigid frame；cantilever construction; control
1 高墩大跨度连续刚构桥的结构特点
1.1 桥墩
主墩高度一般40m以上，甚至高达100m以上。如贵州崇遵高速公路开肩堡特大桥主墩高67.3m，两岔河特大桥主墩高113m，韩家店特大桥主墩高83m等。
墩身一般为钢筋混凝土结构。一般设计为直立式双柱型薄壁墩，顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，满足特大跨径桥梁的受力要求。根据墩身的高度和结构计算，双柱间可设联系板梁连接，加强整体性，改善受力。
1.2 主梁
主梁跨度大，主跨径一般均超过100m，甚至达到近300m（虎门大桥辅航道桥主跨270m）。有研究表明，随着大吨位预应力体系在工程中的迅速应用和发展，大吨位预应力体系将梁式桥的经济跨径已由200m发展到350m，因此跨越能力很强。例如贵州崇遵高速公路开肩堡特大桥主跨100m，三跨一联60+100+60=220m；韩家店特大桥主跨200m，四跨一联110+200+200+110=620m；重庆黄花圆大桥主跨250m，五跨一联137+250+250+250+137=1024m。
墩梁固结，无需大型昂贵的支座和临时固结措施，施工中无需体系的转换。主梁大都为箱形梁，变截面。一般采用挂篮悬浇工艺，属于自架设体系桥梁。
主梁一般设计为三向预应力体系，以充分发挥混凝土和预应力材料的各自特点和适应桥梁大跨径、轻型化的要求。纵向一般采用大吨位预应力钢铰线群锚体系，横向一般采用一端张拉一端轧花的钢铰线扁锚体系，竖向一般采用一端张拉的高强精轧螺纹粗钢筋。
2 施工控制
2.1 施工控制的必要性
设计提供的各节段主梁的施工预拱度是基于规范要求来确定的设计参数，这往往与施工现场实际情况（例如混凝土材料比重、弹模，预应力钢束弹模、预应力损失，施工环境温度与设计的不同，施工时的荷载与设计考虑的差异等）存在一定的误差，这一误差往往导致设计计算与施工实际有出入。同时，连续刚构桥梁通常采用悬臂分节段施工，是一个复杂的施工过程，各施工阶段是一个连续、系统的施工体系，前期工作的成果直接影响后期阶段的结果，且由于连续刚构桥梁自身的特点，特别是施工标高偏低的情况是很难在后续阶段予以弥补的。这就需要在桥梁施工过程中，运用施工控制措施，通过对大跨径连续刚构桥梁进行施工控制，对施工方案的可行性做出评价，确定各施工理想状态的线形和位移，对随后施工状态的线形及位移做出预测，提供施工控制参数，保证施工中的安全和结构恒载内力及结构线形符合设计要求，保证施工质量和安全。
2.2 施工控制内容
(1)箱梁高程线形监控；
(2)箱梁平面线形监控；
(3)箱梁和薄壁墩控制断面应力监控；
(4)箱梁温度监测。
对于大型桥梁一般采用线形监控为主和应力监控为辅的双控措施。本文主要介绍高程线形控制的基本方法。
2.3 施工控制方法
目前高程线形监控的方法一般有两种：纠偏终点控制法，即在施工过程中，对产生主梁线形偏差的因素跟踪控制，随时纠偏，最终达到理想线形，这种方法常用Kalman滤波法。显然，这种方法效果虽然理想但工作量大；自适应控制法，即对施工过程的标高和内力的实测值与预测值进行比较，对结构的主要参数进行识别，找出产生偏差的原因，从而对参数进行修正，达到控制的目的。
自适应控制方法易于广大工程技术人员理解和掌握，在多座桥梁的建设中成功应用，其关键技术有：
2.3.1箱梁理论标高的计算
在实施监控之前，必须作好箱梁设计线形、目标线形和预拱度线形计算。设计线形由大桥设计单位提供；目标线形则是在设计线形的基础上，计入活载和长期徐变的作用。一般活载效应按设计规范，长期徐变作用则根据计算和国内已建成的同等跨径桥梁设置经验确定。预拱度线形的计算要在大桥施工图中施工阶段的基础上进一步细化，把箱梁一个节段施工过程划分为三个阶段进行，即挂篮移动、浇筑混凝土和张拉预应力筋前后。计算参数中，容重、弹模采用试验数值；收缩徐变采用设计数值。
箱梁三条理论曲线确定后，即可以应用预拱度曲线确定箱梁立模标高：
H i立模=H i设计+Δg+f iδ+δi徐变+f i使用 (1)
式中：Hi立模为第i节段的立模标高；Hi设计为第i节段的设计标高，由设计方提供；Δg为施工挂篮在现浇梁段自重及施工荷载（如施工机具、施工人员等）作用下产生的变形，向下为正，由挂篮荷载试验确定；f iδ表示在该点i由于以后的i+1、i+2……的施工所引起的变形累计值，这一变形直到施工竣工时结束，包含在i节段以后浇筑混凝土产生的向下的变形及张拉预应力以后产生的向上的变形累积值，以向下为正，由程序计算；δi徐变表示在该点i由于混凝土的收缩徐变引起的变形累计值，可以根据施工实测及经验数据参考得到；f i使用为桥梁在实际营运状态时产生的累计变形，设计中以f1/2静荷载进行等代模拟。在标高的控制中，只要理论模型与实际吻合，就可以根据上式得到立模标高，在节段施工时，准确放样立模标高，即可以达到控制目的。
当实测变形和理论计算变形不相符时，则应调整计算参数，修正理论模型，消除理论与实际的偏差，从而掌握实际变形的规律，通过调整立模标高对桥梁标高进行控制。
2.3.2箱梁挠度测试方法
总共进行3次测量：①挂篮移动后；②张拉预应力筋前；③张拉预应力筋后。这种方法也叫三阶段观测方法。
三阶段观测方法（图1）的阶段①、②的测量数据之差反映箱梁节段自重产生的挠度效应；阶段②、③的测量数据之差反映箱梁节段张拉预应力产生的挠度效应；本阶段③、下阶段①的测量数据之差反映挂篮移动产生的挠度效应。最后一个阶段张拉预应力后要测现浇段和已浇段上的测点，其目的是检查每施工一个箱梁节段后实测线形与理论线形是否吻合。
笔者结合崇遵高速公路开肩堡特大桥等桥梁的施工监控，认为采用三阶段的观测方法是比较合理和优化的，它既抓住了施工控制的关键阶段，体现了施工控制的本质含义，又满足了施工控制的全面要求，而且还极大地简化了劳动强度，值得在施工中推广。
2.3.3箱梁实测数据处理、参数识别、预测标高
箱梁实测数据处理、参数识别、预测标高是相互关联的三个环节。对于实测数据处理的要求是及时准确。处理时对疑问数据要及时复测、复查，尤其对因施工可能引起测点移动的情况要及时改进；对不同位置的测点分析也要注意，合理取舍。
参数识别是依据三阶段测量的实测值对主要设计参数进行分析，然后将修正过的设计参数反馈到控制计算中，重新给出施工中结构变形（挠度）值，以消除理论值与实测值的偏差。对于连续刚构，设计参数主要是截面特征参数（外形尺寸）、荷载参数（自重、张拉预应力）和材料参数（如弹模、容重）。与时间关联的参数如温度、收缩徐变较难识别。对于那些难以识别的“灰色部分”，如收缩徐变影响，可以采用其他方法，如最小二乘法、回归分析法、卡尔漫滤波法、灰色理论辅助分析等等。参数识别重点是三阶段测量数据的分析。预测标高在参数识别基础上进行。箱梁节段自重、挂蓝移动、张拉预应力是产生挠度的主要因素，分析时要准确无误。对于温度影响，采用温度—挠度变形测量解决。
2.3.4温度变化对高程线形的影响
影响三阶段测量数据的主要因素是温度。因此，对温度影响箱梁挠度的分析不可缺少。毋庸置疑，精确计算温度影响几乎不可能，因为温度场随时随地都在变化，究竟取什么时刻的温度场作为标准很难确定。一般而言，应用较多的是通过实桥试验获得温度变化与箱梁挠度的关系。
温度对箱梁挠度的影响一般规律是：①温度变化，箱梁挠度变化具有滞后的现象。②温度降低，箱梁上挠；温度升高，箱梁下挠。上挠、下挠的幅度随悬臂长度的增加而增大。③箱梁顶底板面的温差对挠度也产生影响。气温上升时，由于箱梁顶面较梁底温度高，箱外温度较箱内高，箱体产生下挠现象；反之气温下降时，箱梁上挠。因此为尽量避免温度变化对高程线形的影响，在箱梁阶段施工确立立模标高时，应尽量选择外界温度较稳定、影响较小的时刻进行。
2.3.5现场量测
变形测点设置在每一节段的两端距端头10cm处，测点一般对称布置在箱梁截面的特征部位，测点的个数没有统一的标准，一般根据监控的具体要求而定。测点用钢筋头表示，并牢固地固定在所立模板的特征点上（箱梁截面的特征部位），防止施工时意外变动。为减少温度的影响，挠度观测安排在早晨进行，以使温度影响造成的误差减到最小。观测时，塔尺立于钢筋上，所测标高减去钢筋头高度即为箱梁实测标高。图2为崇遵高速开肩堡特大桥箱梁施工监控变形测点布置图，图3为韩家店特大桥箱梁施工监控变形测点布置图。
图2 开肩堡特大桥标高监控点布置图
3 结语
(1)施工监控工作应向桥梁运营阶段延伸
桥梁运营期间的应力和挠度监测能进一步检验施工控制效果，能完善和提高设计和施工控制技术水平，同时能预测和预报桥梁运营期间可能出现的病害。
(2)施工控制技术有待进一步研究和完善
施工控制分析专用程序的完善有助于减少工作量及避免人为出错。在影响箱梁挠度的众多因素中，对温度因素应特别重视，徐变及温度因素影响需深入研究和进一步完善。
(3)充分重视施工过程的管理
施工中应认真做好监控所需的试验数据，如挂蓝变形、混凝土重度、混凝土弹模等，这些数据对准确计算、预测起到重要作用，不可忽视。同时应认真控制好箱梁截面特征参数、荷载参数等。
参考文献：
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收稿日期：2006-01-03
作者简介：张正金，男，1974～，在职研究生。主要从事交通工程项目的施工管理工作。
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